Натрий и аргон находятся в одном ряду Периодической таблицы, между ними всего шесть элементов. Бросьте натрий в холодную воду, и он расплавится в блестящий шар…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
9.1
Physical properties across Period 3 · Физические свойства вдоль периода 3
Syllabus · Программа
English
describe qualitatively (and indicate the periodicity in) the variations in atomic radius, ionic radius, melting point and electrical conductivity of the elements
explain the variation in melting point and electrical conductivity in terms of the structure and bonding of the elements
Русский
описывать качественно (и указывать периодичность) изменения атомного радиуса, ионного радиуса, температуры плавления и электропроводности элементов
объяснять изменения температуры плавления и электропроводности с точки зрения строения и связей элементов
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Periodicity 周期性 means that properties repeat in a regular pattern as you go across each period 周期 of the Periodic Table. Period 3 (Na to Ar) is the standard example.
Property
Trend across Period 3
atomic radius 原子半径
gets smaller (more nuclear charge pulls the same shell in)
ionic radius 离子半径
positive ions are small; from $\text{P}^{3-}$ onwards the negative ions are larger
melting point 熔点
rises to a peak at silicon, then falls sharply
electrical conductivity 导电性
high for Na, Mg, Al; almost zero from Si onwards
The melting point and conductivity follow from the structure and bonding:
Na, Mg, Al are giant metallic 金属晶体. Melting points rise (Na → Al) because each atom gives more delocalised electrons and the ions get smaller, so the bonding is stronger. They conduct well.
Si is giant molecular 原子晶体 (giant covalent). It has the highest melting point, because strong covalent bonds must be broken. It barely conducts.
P, S, Cl, Ar are simple molecular 分子晶体 (or single atoms). Their melting points are low, because the only forces that break are the weak van der Waals' forces 范德华力between the molecules - the strong covalent bonds inside each molecule are never broken at all. They do not conduct.
Name van der Waals' forces when you explain that drop: it is the marking point, and "the covalent bonds are weak" is the error that loses it. Melting $\text{S}_8$ pulls whole molecules apart from each other; it does not touch a single $\text{S–S}$ bond. Their sizes still follow the molecule: $\text{S}_8$ melts higher than $\text{P}_4$ because it is bigger, with more electrons and so stronger van der Waals' forces, while $\text{Ar}$ (a single atom) is lowest of all.
Русский
Свойства повторяются в регулярной закономерности вдоль каждого периода таблицы.
Периодичность означает, что свойства повторяются в регулярной закономерности при переходе через каждый период Периодической таблицы. Период 3 (от Na до Ar) является стандартным примером.
Атомный радиус уменьшается вдоль периода 3: растущий заряд ядра притягивает ту же внешнюю оболочку внутрь
Свойство
Закономерность вдоль периода 3
атомный радиус
уменьшается (больший заряд ядра притягивает ту же оболочку ближе)
ионный радиус
положительные ионы маленькие; начиная со $\text{P}^{3-}$ отрицательные ионы больше
температура плавления
растет до пика у кремния, затем резко падает
электрическая проводимость
высокая у Na, Mg, Al; почти нулевая начиная с Si
Температура плавления и проводимость обусловлены структурой и связями:
Na, Mg, Al имеют гигантскую металлическую структуру. Температуры плавления растут (Na → Al), так как каждый атом отдает больше делокализованных электронов, а ионы становятся меньше, поэтому связь становится сильнее. Они хорошо проводят ток.
Si имеет гигантскую молекулярную (гигантскую ковалентную) структуру. У него самая высокая температура плавления, потому что нужно разрушать прочные ковалентные связи. Он плохо проводит ток.
P, S, Cl, Ar — простые молекулы (или отдельные атомы). Их температуры плавления низкие, так как разрушаются только слабые силы Ван-дер-Ваальсамежду молекулами — прочные ковалентные связи внутри каждой молекулы вообще не разрываются. Они не проводят ток.
Называйте силы Ван-дер-Ваальса, когда объясняете этот спад: это ключевой момент для оценивания, а фраза «ковалентные связи слабые» является ошибкой, из-за которой баллы снимаются. Плавление $\text{S}_8$ отрывает целые молекулы друг от друга; оно не затрагивает ни одной $\text{S–S}$ связи. Их размеры все еще следуют размеру молекулы: $\text{S}_8$ плавится выше, чем $\text{P}_4$, потому что он больше, содержит больше электронов и, следовательно, обладает более сильными силами Ван-дер-Ваальса, в то время как $\text{Ar}$ (отдельный атом) имеет самую низкую температуру плавления.
Температура плавления вдоль периода 3 достигает пика у кремния (гигантская ковалентная); она высока для металлов и низка для простых молекулярных элементов
Explore · Исследовать
Trends across Period 3 · Тренды в периоде 3
Switch between atomic radius, ionisation energy and melting point, and step across Period 3 to see each periodic trend. · Переключайтесь между атомным радиусом, энергией ионизации и температурой плавления и двигайтесь по периоду 3, чтобы увидеть каждую периодическую закономерность.
Chemical properties across Period 3 · Химические свойства вдоль периода 3
Syllabus · Программа
English
describe, and write equations for, the reactions of the elements with oxygen (to give $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$), chlorine (to give $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$) and water ($\text{Na}$ and $\text{Mg}$ only)
state and explain the variation in the oxidation number of the oxides ($\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ and $\text{SO}_3$ only) and chlorides ($\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ only) in terms of their outer shell (valence shell) electrons
describe, and write equations for, the reactions, if any, of the oxides $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{SiO}_2$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ and $\text{SO}_3$ with water including the likely pHs of the solutions obtained
describe, explain, and write equations for, the acid/base behaviour of the oxides $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ and $\text{SO}_3$ and the hydroxides $\text{NaOH}$, $\text{Mg(OH)}_2$ and $\text{Al(OH)}_3$ including, where relevant, amphoteric behaviour in reactions with acids and bases (sodium hydroxide only)
describe, explain, and write equations for, the reactions of the chlorides $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ with water including the likely pHs of the solutions obtained
explain the variations and trends in 9.2.2, 9.2.3, 9.2.4 and 9.2.5 in terms of bonding and electronegativity
suggest the types of chemical bonding present in the chlorides and oxides from observations of their chemical and physical properties
Русский
описывать и записывать уравнения реакций элементов с кислородом (для получения $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$), хлором (для получения $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$) и водой (только $\text{Na}$ и $\text{Mg}$)
указывать и объяснять изменение степени окисления оксидов (только $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ и $\text{SO}_3$) и хлоридов (только $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$) с точки зрения их внешних оболочек (валентных электронов)
описывать и записывать уравнения реакций, если таковые имеются, оксидов $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{SiO}_2$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ и $\text{SO}_3$ с водой, включая ожидаемые значения pH полученных растворов
описывать, объяснять и записывать уравнения кислотосплавного поведения оксидов $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ и $\text{SO}_3$ и гидроксидов $\text{NaOH}$, $\text{Mg(OH)}_2$ и $\text{Al(OH)}_3$, включая, где уместно, амфотерное поведение в реакциях с кислотами и основаниями (только гидроксидом натрия)
опишите, объясните и запишите уравнения реакций хлоридов $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ с водой, включая предполагаемые значения pH полученных растворов
объяснять вариации и тенденции в разделах 9.2.2, 9.2.3, 9.2.4 и 9.2.5 с точки зрения химической связи и электроотрицательности
определять типы химической связи в хлоридах и оксидах на основе наблюдений их химических и физических свойств
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
Sodium reacts fast; magnesium reacts only very slowly with cold water.
Oxidation number of the oxides and chlorides
The oxidation number 氧化数 of the Period 3 element in its oxide or chloride rises across the period, because it equals the number of outer-shell (valence shell 价层) electrons 电子 the atom uses in bonding:
Oxides
$\text{Na}_2\text{O}$
$\text{MgO}$
$\text{Al}_2\text{O}_3$
$\text{P}_4\text{O}_{10}$
$\text{SO}_2$ / $\text{SO}_3$
oxidation number
$+1$
$+2$
$+3$
$+5$
$+4$ / $+6$
The chlorides $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ show oxidation numbers $+1$ to $+5$ in the same way.
Oxides with water, and acid–base behaviour
Across the period the oxides 氧化物 change from basic to acidic:
Metal oxides (left) are basic; non-metal oxides (right) are acidic. $\text{Al}_2\text{O}_3$ and its hydroxide 氢氧化物$\text{Al(OH)}_3$ are amphoteric — they react with both acids and bases:
These trends follow from the change in bonding and electronegativity 电负性. On the left, the elements are metals with low electronegativity, so their oxides and chlorides are ionic and basic (or neutral). On the right, the elements are non-metals with high electronegativity, so their oxides and chlorides are covalent and acidic. You can use a chloride's or oxide's properties (melting point, conductivity, effect on water) to suggest whether its bonding is ionic or covalent.
Worked example. Predict the pH when $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$ and $\text{SO}_3$ are each added to water. Acid-base character follows the metal to non-metal change across Period 3. $\text{Na}_2\text{O}$ is ionic and basic: it dissolves to give $\text{NaOH}$, so the pH is about 13. $\text{SO}_3$ is covalent and acidic: it reacts to give $\text{H}_2\text{SO}_4$, so the pH is about 1. $\text{Al}_2\text{O}_3$ sits at the changeover - it is amphoteric and essentially insoluble in water, so the pH stays about 7. The trap is that last one: amphoteric does not mean neutral, it means the oxide reacts with acids and with alkalis - it simply does not react with water.
Натрий реагирует быстро; магний реагирует с холодной водой лишь очень медленно.
Степень окисления оксидов и хлоридов
Степень окисления элемента периода 3 в его оксиде или хлориде растет вдоль периода, так как она равна числу внешних (валентных) электронов, которые атом использует в связях:
Оксиды
$\text{Na}_2\text{O}$
$\text{MgO}$
$\text{Al}_2\text{O}_3$
$\text{P}_4\text{O}_{10}$
$\text{SO}_2$ / $\text{SO}_3$
степень окисления
$+1$
$+2$
$+3$
$+5$
$+4$ / $+6$
Хлориды $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ показывают степени окисления $+1$ до $+5$ аналогичным образом.
Оксиды с водой и кислотнo-оснóвное поведение
Вдоль периода оксиды меняют свое свойство от основного к кислотному:
Оксиды периода 3 меняют свое свойство от основных (металлы) через амфотерные (Al$_2$O$_3$) к кислотным (неметаллы)
Металлические оксиды (слева) являются основными; неметаллические оксиды (справа) — кислотными. $\text{Al}_2\text{O}_3$ и его гидроксид$\text{Al(OH)}_3$ являются амфотерными — они реагируют как с кислотами, так и с основаниями:
Ионные хлориды лишь растворяются (нейтральный раствор); ковалентные хлориды реагируют с водой (гидролиз) с образованием кислого раствора и паров HCl
Объяснение закономерностей
Эти закономерности обусловлены изменением типа химической связи и электроотрицательности. Слева находятся металлы с низкой электроотрицательностью, поэтому их оксиды и хлориды ионные и основные (или нейтральные). Справа находятся неметаллы с высокой электроотрицательностью, поэтому их оксиды и хлориды ковалентные и кислотные. По физическим свойствам хлорида или оксида (температура плавления, проводимость, взаимодействие с водой) можно определить характер связи — ионный или ковалентный.
Разобранный пример. Предскажите pH при добавлении в воду $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$ и $\text{SO}_3$. Кислотно-основные свойства следуют за переходом от металла к неметаллу в Периоде 3. $\text{Na}_2\text{O}$ ионный и основной: он растворяется, образуя $\text{NaOH}$, поэтому pH составляет около 13. $\text{SO}_3$ ковалентный и кислотный: он реагирует, образуя $\text{H}_2\text{SO}_4$, поэтому pH составляет около 1. $\text{Al}_2\text{O}_3$ находится на границе перехода — он амфотерный и практически нерастворим в воде, поэтому pH остается около 7. Подвох заключается в последнем пункте: амфотерность не означает нейтральную реакцию; это означает, что оксид реагирует и с кислотами, и со щелочами — он просто не реагирует с водой.
Explore · Исследовать
Period 3 reaction lab · Лабораторная работа по реакциям 3-го периода
Classify Period 3 reactions by what they reveal about bonding and acidity. · Классифицируйте реакции 3-го периода по тому, что они раскрывают о связях и кислотности.
Explore · Исследовать
Oxide and chloride hydrolysis route · Путь гидролиза оксидов и хлоридов
Follow how Period 3 oxides and chlorides change pH in water. · Отследите, как pH воды меняется при взаимодействии с оксидами и хлоридами 3-го периода.
Periodicity of other elements · Периодичность других элементов
Syllabus · Программа
English
predict the characteristic properties of an element in a given group by using knowledge of chemical periodicity
deduce the nature, possible position in the Periodic Table and identity of unknown elements from given information about physical and chemical properties
Русский
предсказывать характерные свойства элемента в заданной группе, используя знания о химической периодичности
выводить природу, возможное положение в Периодической таблице и идентификацию неизвестных элементов на основе данных о физических и химических свойствах
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
The same idea works for any group. If you know the pattern down a group and across a period, you can:
predict the properties of an element from its position (for example, a Group 1 element will be a reactive metal forming a $+1$ ion).
deduce the likely position and identity of an unknown element from its physical and chemical properties.
Русский
Та же логика применима к любой группе. Зная закономерности по вертикали группы и по горизонтали периода, вы можете:
предсказывать свойства элемента по его положению в таблице (например, элемент Группы 1 будет активным металлом, образующим ион $+1$).
выводить вероятное положение и название неизвестного элемента на основе его физических и химических свойств.
Explore · Исследовать
Periodic trends · Периодические закономерности
Step across Period 3 to see a property rise or fall, then repeat in the next period — that recurring pattern is periodicity. · Перейдите через Период 3, чтобы увидеть рост или падение свойства, затем повторите в следующем периоде — эта повторяющаяся закономерность называется периодичностью.
Always pair the trend with its reason: atomic radius falls across Period 3 (rising nuclear charge, similar shielding).
Explain the melting-point pattern by structure: giant metallic (Na→Al), giant covalent (Si, highest), then simple molecular ($\text{P}_4$, $\text{S}_8$, $\text{Cl}_2$) and monatomic (Ar).
Oxides go basic → amphoteric ($\text{Al}_2\text{O}_3$) → acidic across the period; link to ionic-to-covalent bonding.
For reactions of oxides/chlorides with water, give the products and the resulting pH.
Русский
Всегда связывайте закономерность с её причиной: атомный радиус уменьшается в Периоде 3 (растущий заряд ядра, схожий экранирование).
Объяснить закономерность температур плавления через структуру: гигантская металлическая (Na→Al), гигантская ковалентная (Si, самая высокая), затем простые молекулярные ($\text{P}_4$, $\text{S}_8$, $\text{Cl}_2$) и одноатомные (Ar).
Оксиды меняют свои свойства от основных → амфотерных ($\text{Al}_2\text{O}_3$) → кислотных вдоль периода; это связано с переходом от ионной к ковалентной связи.
При реакциях оксидов/хлоридов с водой указывайте продукты реакции и resulting pH.
Interactive lessons on this topic · Интерактивные уроки по этой теме
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Выберите один, и сайт будет вести вас — конспекты, работы, видео и практика откроются там.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Введите запрос для поиска заметок, уроков, кода, словаря и вопросов с реальных экзаменов по всем предметам.
