Химия - Второй период периодической системы

28 февраля 2011

Ко второму периоду периодической системы относятся элементы второй строки периодической системы химических элементов. Строение периодической таблицы основано на строках для иллюстрации повторяющихся трендов в химических свойствах элементов при увеличении атомного числа: новая строка начинается тогда, когда химические свойства повторяются, что означает, что элементы с аналогичными свойствами попадают в один и тот же вертикальный столбец. Второй период содержит больше элементов, чем предыдущий, в него входят: литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород, фтор и неон. Данное положение объясняется современной теорией строения атома.

Элементы

Химические элементы второго периода

Группа	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
	I	II											III	IV	V	VI	VII	VIII
Символ	3 Li	4 Be											5 B	6 C	7 N	8 O	9 F	10 Ne

Литий

Литий является химическим элементом с атомным номером 3, встречающимся в двух изотопах: Li и Li. При нормальной температуре и давлении литий — это серебристо-белый, мягкий щелочной металл с высокой реакционной способностью. Его плотность составляет 0.564 г/см. Литий является самым лёгкий из всех металлов и наименее плотным из всех твёрдых элементов. Наиболее распространённым в природе изотопом является литий-7, обозначающийся как Li, который составляет 92,5% всего лития. Такой изотоп состоит из трёх протонов и четырёх нейтронов. Изотоп литий-6, обозначающийся Li, тоже стабилен, он содержит три протона и три нейтрона. Эти два изотопа составляют весь естественный литий на Земле, хотя искусственно были синтезированы и другие изотопы. В ионных соединениях литий теряет электрон и становится положительно заряженным катионом Li.

Согласно теории, Li является одним из немногих элементов, синтезированных в результате Большого Взрыва, вследствие чего его относят к списку изначальных элементов. Литий стоит на 33 месте среди самых распространённых элементов на Земле, встречаясь в концентрациях от 20 до 70 миллионных долей по весу, но из-за его высокой реакционной способности в природе он встречается только в виде соединений. Наиболее богатым источником литий-содержащих соединений являются гранитные пегматиты, а также сподумен и петалит, которые являются наиболее коммерчески целесообразными источниками этого элемента. Металл выделяется электролитически из смеси хлорида лития и хлорида калия.

Соли лития используются в фармакологической промышленности как лекарственное средство для стабилизации настроения. Они используются также при лечении биполярного расстройства, где играют определённую роль в лечении депрессии и мании, и могут уменьшить шансы суицида. Наиболее распространёнными из применяемых соединений лития являются карбонат лития Li₂CO₃, цитрат лития Li₃C₆H₅O₇, сульфат лития Li₂SO₄ и оротат лития LiC₅H₃N₂O₄·H₂O. Литий используется также в качестве анода в литиевых батареях, а его сплавы с алюминием, кадмием, медью и марганцем используются для высокопрочных частей самолетов и космических аппаратов, например, для внешнего топливного бака космического корабля Спейс шаттл.

Бериллий

Бериллий является химическим элементом с атомным номером 4, существующем в виде Be. При нормальной температуре и давлении бериллий является твёрдым, лёгким, хрупким, двухвалентным щёлочноземельным металлом серо-стального цвета, с плотностью 1,85 г/см. Он обладает одной из самых высоких температур плавления среди всех лёгких металлов. Наиболее распространенным изотопом бериллия является Be, который содержит 4 протона и 5 нейтронов. Он составляет почти 100% всего природного бериллия, и является единственным стабильным изотопом, однако искусственно были синтезированы и другие изотопы. В ионных соединенийях бериллий теряет два валентных электрона с образованием катиона Be.

Небольшое количество атомов бериллия было синтезировано во время Большого Взрыва, хотя большинство из них распались или участвовали в дальнейшем в атомных реакциях при создания более крупных ядер, таких как углерод, азот и кислород. Бериллий является одним из компонентов в 100 из более 4000 известных минералов, таких как бертрандит Be₄Si₂O₇₂, берилл Al₂Be₃Si₆O₁₈, хризоберилл Al₂BeO₄ и фенакит Be₂SiO₄. Драгоценные формы берилла — аквамарин, берилл красный и изумруд. Наиболее распространенными источниками бериллия, используемого в коммерческих целях, являются берилл и бертрандит, и при его производстве используется реакция восстановления фторида бериллия с помощью металлического магния или электролиз расплавленного хлорида бериллия, содержащиго некоторое количество хлорида натрия, поскольку хлорид бериллия является плохим проводником электричества.

Благодаря высокой жёсткости, легкому весу и стабильности размеров в широком диапазоне температур, металлический бериллий используется в качестве конструкционного материала в авиации, ракетной технике и спутниковой связи. Он используется в качестве легирующей добавки в бериллиевой бронзе, которая используется в электрических компонентах ввиду её высокой электро- и теплопроводности. Листы бериллия используются в рентгеновских детекторах для фильтрации видимого света и пропуска только рентгеновских лучей. Он используется в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах, поскольку лёгкие ядра более эффективны в замедлении нейтронов, чем тяжёлые. Низкий вес и высокая жёсткость бериллия делают полезным его применение в высокочастотных громкоговорителях.

Бериллий и его соединения отнесены Международным агентством по изучению рака к 1 группе канцерогенов. Они обладают канцерогенными свойствами как для людей, так и для животных. Хронический бериллиоз является лёгочным, гранулематозным заболеванием большого круга кровообращения, вызванным воздействием бериллия. Приблизительно 1% - 15% людей чувствительны к бериллию, и у них могут развиться воспалительные реакции дыхательной системы и кожи, которые называются хронической бериллиевой болезнью или бериллиозом. Иммунная система организма распознаёт бериллий как инородные частицы и подготавливает против них атаку, как правило, в лёгких, через которые эти частицы вдыхаются. Эта реакция может вызвать лихорадку, усталость, слабость, ночные потовыделения и затруднение дыхания.

Бор

Бор является химическим элементом с атомным номером 5, существующем в виде B и B. При нормальной температуре и давлении бор является трёхвалентным металлоидом, имеющем несколько аллотропных форм. Аморфный бор представляет собой коричневый порошок, образующийся как продукт многих химических реакций. Кристаллический бор является очень твёрдым, чёрным материалом с высокой температурой плавления, существующем во многих полиморфных модификациях. Наиболее распространёнными являются две ромбоэдрические модификации: α-бор и β-бор, содержащие 12 и 106,7 атомов в ромбоэдрической ячейке соответственно, и 50-атомный бор с тетрагональной решёткой. Бор имеет плотность 2.34. Наиболее распространённым в природе изотопом бора является B, содержащий 5 протонов и 6 нейтронов. Другой встречающийся изотоп B содержит 5 протонов и 5 нейтронов. Но это только стабильные изотопы, а искусственно были синтезированы и другие. Бор создаёт ковалентные связи с другими неметаллами и имеет степень окисления 1, 2, 3 и 4. В свободном виде в природе бор не встечается, а встечается в таких соединениях, как бораты. Наиболее распространёнными источниками бора являются турмалин, бура Na₂B₄O₅₄·8H₂O и кернит Na₂B₄O₅₄·2H₂O. Чистый бор получить довольно трудно. Сделать это можно путём его восстановления магнием из оксида бора B₂O₃. Этот оксид получают путём плавления борной кислоты B₃, которая в свою очередь получается из буры. Небольшое количество чистого бора можно получить путём термического разложения метила бора BBr₃ в газообразном водороде над горячей проволокой из тантала, который действует в качестве катализатора. Коммерчески наиболее важными источниками бора являются: пентагидрат тетрабората натрия Na₂B₄O₇ · 5H₂O, который в больших количествах используется при производстве изоляционного стекловолокна и отбеливателя из пербората натрия; карбид бора, керамический материал, используемый для изготовления бронированных изделий, особенно бронежилетов для солдат и сотрудников полиции; ортоборная кислота H₃BO₃ и борная кислота, используемые в производстве текстильного стекловолокна и плоскопанельных дисплеев; декагидрат тетрабората натрия Na₂B₄O₇ · 10H₂O и бура, используемые в производстве клеев; наконец, изотоп бор-10 используется в управлении ядерными реакторами в качестве защиты от ядерного излучения и в приборах для обнаружения нейтронов.

Бор является одним из важнейших микроэлементов растений, необходимый для создания и роста прочных клеточных мембран, деления клеток, развития семян и плодов, транспортировки сахар и развития гормонов. Однако концентрация его в почве более 1.0 мд может вызвать некроз листьев и плохой рост. Уровень около 0.8 мд может вызвать эти же симптомы у растений особенно чувствительных к бору. У большинства растений, даже не слишком чуствительных к наличию бора в почве, признаки отравления бором появляются при уровне выше 1.8 мд. В организме животных бор является ультраразличимым элементом. В диете человека ежедневный приём составляет 2.1-4.3 мг бора в день на килограмм массы тела. Он также используется как добавка для профилактики и лечения остеопороза и артрита.

Углерод

Углерод является химическим элементом с атомным номером 6, встречающемся в природе в виде C, C и C. При нормальной температуре и давлении углерод является твёрдым веществом, существующем в различных аллотропных формах, наиболее распространенными из которых являются графит, алмаз, фуллерены и аморфный углерод. Графит — мягкий, матово-чёрный полуметалл с гексагональной кристаллической решёткой, с очень хорошими проводящими и термодинамически стабильными свойствами. Алмаз имеет весьма прозрачные бесцветные кристаллы с кубической решёткой и с плохими проводящими свойствами, он является самым твёрдым из известных естественных минералов и имеет самый высокий показатель преломления среди всех драгоценных камней. В отличие от структур алмаза и графита типа кристаллической решётки, фуллерены, названные в честь Ричарда Бакминстера Фуллера, являются веществами, архитектура которых напоминает молекулы. Есть несколько различных фуллеренов, наиболее известным из которых является «бакминстерфуллерен» C₆₀, название которого также связано с именем Ричарда Бакминстера Фуллера. Пространственная структура этого фуллерена напоминает геодезический купол, изобретённый Фуллером. О фуллеренах известно пока немного, они являются предметом интенсивных исследований. Существует также аморфный углерод, который не имеет кристаллической структуры. В минералогии этот термин используется для ссылки на сажу и уголь, хотя они не являются строго аморфными, поскольку содержат небольшое количество графита или алмаза. Наиболее распространённым изотопом углерода является C с шестью протонами и шестью нейтронами. Стабилен также изотоп C с шестью протонами и семью нейтронами. Ничтожные количества C также встречаются в природе, но этот изотоп является радиоактивным и распадается с периодом полураспада 5730 лет. Он используется в методе радиоуглеродного датирования. Искусственно синтезированы также другие изотопы углерода. Углерод образует ковалентные связи с другими неметаллами со степенью окисления -4, -2, +2 и +4.

Углерод является четвёртым по распространённости элементом во Вселенной по массе после водорода, гелия и кислорода, вторым в организме человека по массе после кислорода и третьим по числу атомов. Существует чуть ли не бесконечное число соединений, содержащих углерод, благодаря способности углерода к образованию стабильной связи C — С. Простейшими углеродосодержащими молекулами являются углеводороды, которые включают углерод и водород, хотя иногда они содержат в функциональных группах и другие элементы. Углеводороды используются в качестве топлива, для производства пластмасс и в нефтехимии. Все органические соединения, необходимые для жизни, содержат по меньшей мере один атом углерода. В соединении с кислородом и водородом углерод может образовывать многие группы важных биологических соединений, включая сахара, лигнаны, хитины, спирты, жиры и ароматические эфиры, каротиноиды и терпены. С азотом он образует алкалоиды, а с добавлением серы формирует антибиотики, аминокислоты и резину. С добавлением фосфора к этим элементам углерод формирует ДНК и РНК, химические коды носителей жизни, и аденозинтрифосфаты, являющиеся наиболее важными переносчиками энергии для молекул во всех живых клетках.

Азот

Азот является химическим элементом с атомным номером семь и атомной массой 14,00674. При стандартных условиях азот в природе представляет собой инертный двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха, составляющий 78,08% от объёма атмосферы Земли. Азот был открыт как составная компонента воздуха шотландским врачом Даниэлем Резерфордом в 1772 году. В природе он встречается в виде двух изотопов: азот-14 и азот-15.

Многие важные для промышленности вещества, такие как аммиак, азотная кислота, органические нитраты и цианиды, содержат азот. В химии элементарного азота преобладает чрезвычайно сильная химическая связь, в результате чего возникают трудности как для организмов, так и при промышленном производстве в разрушении этой связи при преобразовании молекулы N₂ в полезные соединения. Но в то же время такое успешное преобразование вызывает потом высвобождение большого количества энергии, если такие соединения сжечь, взорвать или другим способом преобразовать азот обратно в газообразное двухатомное состояние.

Азот присутствет во всех живых организмах, а круговорот азота описывает движение элемента из воздуха в биосферу и органические соединения, и затем обратно в атмосферу. Искусственно произведённые нитраты являются ключевыми ингредиентами промышленных удобрений, а также основными загрязняющими веществами при возникновении эвтрофикации водных систем. Азот является составной частью аминокислот, а, следовательно, белков и нуклеиновых кислот. Он находится в химической структуре практически всех нейротрансмиттеров и является определяющим компонентом алкалоидов и биологических молекул, производимых многими организмами.

Кислород

Кислород является химическим элементом с атомным номером 8, встречающемся в природе в виде O, O and O, среди которых самым распространённым изотопом является O.

Фтор

Фтор является химическим элементом с атомным номером 9, имеющем единственный стабильный изотоп F.

Неон

Неон является химическим элементом с атомным номером 10, встречающемся в природе в виде Ne, Ne and Ne.

Просмотров: 2637

<<< Восьмой период периодической системы

Короткая форма периодической системы элементов >>>