- תיאור איכותני (וחיוון המחזוריות בשינויים) של משתנים ב-רדיוס אטומי, רדיוס יוני, נקודת הרתיחה ומוליכות חשמלית של היסודות
- הסבר השינויים בנקודת ההיתוך ובמוליכות החשמלית על בסיס המבנה והקשרים בין האטומים של היסודות
הטבלה המחזורית: מחזוריות כימית
כימיה A-Level · נושא 9
8:43
הטבלה המחזורית: מחזוריות כימית
נתרן וארגון יושבים באותה שורה בטבלה המחזורית, עם שישה אלמנטים בלבד ביניהם. משליכים נתרן למים קרים והוא נמס לכדור מבריק…
קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון
9.1
תכונות פיזיקליות לאורך המחזור 3
סיילבוס
מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'
מחזוריות היא העובדה שתיכונות חוזרות בדפוס קבוע כאשר עוברים לאורך כל מחזור בטבלה המחזורית. מחזור 3 (Na עד Ar) הוא הדוגמה הסטנדרטית.
| תכונה | מגמה לאורך המחזור 3 |
|---|---|
| רדיוס אטומי | הופך לקטן (מטען גרעיני גדול יותר מושך את אותה מעטפת פנימה) |
| רדיוס יוני | יונים חיוביים הם קטנים; החל מ-$\text{P}^{3-}$ ואילך, היונים השליליים הם גדולים יותר |
| נקודת הרתיחה | עולה לשיא בסיλικון, ולאחר מכן יורדת בח sharply |
| הולכה חשמלית | גבוהה עבור Na, Mg, Al; אפסית כמעט החל מ-Si ואילך |
נקודת ההיתוך וההולכה נובעות מהמבנה והקשרים:
- Na, Mg, Al הם מתכת ענקיים. נקודות ההיתוך עולות (Na → Al) כי כל אטום מספק יותר אלקטרונים דלוקליזציה והיונים קטנים יותר, ולכן הקשרים חזקים יותר. הם מוליכים היטב.
- Si הוא מוлекуלרי ענק (קשר קוולנטי ענק). יש לו את נקודת ההיתוך הגבוהה ביותר, מכיוון שיש לשבור קשרים קוולנטיים חזקים. הוא כמעט אינו מוליך.
- P, S, Cl, Ar הם מוסקולרים פשוטים (או אטומים יחידים). נקודות ההיתוך שלהם נמוכות, כי הכוחות היחידים שנשברים הם כוחות ואן דר ואלס החלשים בין המולקולות - הקשרים הקוולנטיים החזקים בתוך כל מולקולה מעולם אינם נשברים. הם אינם מוליכים.
שם כוחות ואן דר ואלס כאשר מסביר את הירידה: זו נקודת הניקוד, ו"הקשרים הקוולנטיים הם חלשים" היא הטעות שמפסדת אותה. היתוך $\text{S}_8$ מבודד מולקולות שלמות אחת מהשנייה; הוא לא נוגע בקשר יחיד $\text{S–S}$. הגדלים שלהם עדיין נובעים מהמולקולה: $\text{S}_8$ נמס בגבוה יותר מ-$\text{P}_4$ כי הוא גדול יותר, עם יותר אלקטרונים ולכן כוחות ואן דר ואלס חזקים יותר, בעוד ש-$\text{Ar}$ (אטום יחיד) הוא הנמוך ביותר מכולם.
*נקודת ההמיסה לאורך המחזור 3 מגיעה לשיא בסיλικון (רשת קוולנטית ענק); היא גבוהה עבור המתכות ונמוכה עבור האלמנטים המולקולריים הפשוטים
חקור
מגמות לאורך תקופה 3
החלף בין רדיוס אטומי, אנרגיית יוניזציה ונקודת התכה, ועבור בתקופה 3 כדי לראות כל מגמה מחזורית.
מילון מונחים
אימון
| English | עברית |
|---|---|
| periodicity/ˌpɪərɪˌɒˈdɪsɪti/ | תקופתיות |
| period/ˈpɪərɪəd/ | תקופה |
| atomic radius/əˈtɒmɪk ˈreɪdɪəs/ | רדיוס אטומי |
| ionic radius/aɪˈɒnɪk ˈreɪdɪəs/ | רדיוס יוני |
| melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ | נקודת התכה |
| electrical conductivity/ɪˈlektrɪkl kɒndəkˈtɪvɪti/ | הולכה חשמלית |
| giant metallic/ˈdʒaɪənt məˈtælɪk/ | גרמי מתכתי |
| giant molecular/ˈdʒaɪənt məˈlekjʊlə/ | מולקולרי ענק |
| simple molecular/ˈsɪmpl məˈlekjʊlə/ | מולקולרי פשוט |
| oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ | מספר חמצון |
| valence shell/ˈveɪləns ʃel/ | מעטפת ערכיות |
| electron/ɪˈlektrɒn/ | אלקטרון |
9.2
תכונות כימיות לאורך המחזור 3
סיילבוס
- תיאור וכתיבת משוואות לתגובות של היסודות עם חמצן (ליצירת $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$), כלור (ליצירת $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$) ומים (רק $\text{Na}$ ו$\text{Mg}$)
- פירוט והסבר השינויים במספר החימצון של החומצות (רק $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ ו$\text{SO}_3$) והכלורידים (רק $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$) על בסיס אלקטרונים בשכבת הערכים החיצונית שלהם
- תאר, וכתוב משוואות לריאקציות, אם ישנן, של החומציות $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{SiO}_2$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ ו-$\text{SO}_3$ עם מים, כולל ה-pH הסביר של הפתרונות שנוצרו
- תאר, הסבר וכתוב משוואות על התנהגות חומצה/בסיס של החומציות $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ ו-$\text{SO}_3$ וההידרוקסידים $\text{NaOH}$, $\text{Mg(OH)}_2$ ו-$\text{Al(OH)}_3$, כולל, כשמתאים, התנהגות אמפוטרייתית בריאקציות עם חומצות ובסיסים (תחמוצת נתרן בלבד)
- תאר, הסבר וכתוב משוואות לריאקציות של כלורידים $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ עם מים, כולל ה-pH הסביר של הפתרונות שנוצרו
- הסבר את השונות והמגמות ב-9.2.2, 9.2.3, 9.2.4 ו-9.2.5 בתוך הקשר קשר כימי ואלקטרonegativity
- הצע סוגי קשר כימי המופיעים בכלורידים וחומציות מתוך תצפיות של התכונות הכימיות והפיזיקליות שלהם
מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'
תגובות עם חמצן, כלור ומים
עם חמצן:
$$4\text{Na} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{Na}_2\text{O} \qquad 2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO} \qquad 4\text{Al} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Al}_2\text{O}_3$$
$$\text{P}_4 + 5\text{O}_2 \rightarrow \text{P}_4\text{O}_{10} \qquad \text{S} + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_2$$
עם כלור:
$$2\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{NaCl} \qquad \text{Mg} + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{MgCl}_2 \qquad 2\text{Al} + 3\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{AlCl}_3$$
$$\text{Si} + 2\text{Cl}_2 \rightarrow \text{SiCl}_4 \qquad 2\text{P} + 5\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{PCl}_5$$
עם מים (רק Na ו-Mg מגיבים):
$$2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2 \qquad \text{Mg} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 + \text{H}_2$$
נתרן מגיב במהירות; מגנזיום מגיב רק לאט מאוד עם מים קרים.
מספר חמצון של החומציות והכלורידים
מספר החמצון של יסוד בתור ה-3 בחומצה או בכלוריד עולה לאורך התור, מכיוון שהוא שווה למספר האלקטרונים בשכבת הערכים (שכבת ערכים) שהאטום משתמש בהם בקישור:
| חומציות | $\text{Na}_2\text{O}$ | $\text{MgO}$ | $\text{Al}_2\text{O}_3$ | $\text{P}_4\text{O}_{10}$ | $\text{SO}_2$ / $\text{SO}_3$ |
|---|---|---|---|---|---|
| מספר חמצון | $+1$ | $+2$ | $+3$ | $+5$ | $+4$ / $+6$ |
הכלורידים $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ מראים מספרי חמצון $+1$ עד $+5$ באותו אופן.
חומציות עם מים, והתנהגות חומצה-בסיס
לאורך התור החומציות משתנות מבסיסיות לחומציות:
| חומצה | עם מים | טבע חומצה-בסיס | pH מקריב |
|---|---|---|---|
| $\text{Na}_2\text{O}$ | $\text{Na}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH}$ | בסיסי | 13–14 |
| $\text{MgO}$ | $\text{MgO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2$ | בסיסי | 9–10 |
| $\text{Al}_2\text{O}_3$ | בלתי ממיס | אמפיטרי | 7 |
| $\text{SiO}_2$ | בלתי ממיס | חומצי חלש | 7 |
| $\text{P}_4\text{O}_{10}$ | $\text{P}_4\text{O}_{10} + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{H}_3\text{PO}_4$ | חומצי | 1–2 |
| $\text{SO}_3$ | $\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4$ | חומצי מאוד | 0–1 |
תחמוצות מתכת (משמאל) הן בסיסיות; תחמוצות אל-מתכת (מימין) הן חומציות. $\text{Al}_2\text{O}_3$ וה-הידרוקסיד שלו $\text{Al(OH)}_3$ הם אמפוטריים — הם מגיבים עם שני החומציים והבסיסים:
$$\text{Al}_2\text{O}_3 + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$$
$$\text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{NaOH} + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaAl(OH)}_4$$
כלורידים עם מים
- $\text{NaCl}$ ו$\text{MgCl}_2$ הם יוניים. הם פשוט נמסים, ומניבים תמיסה קרובה לניטרלית.
- $\text{SiCl}_4$ ו$\text{PCl}_5$ הם קוולנטיים. הם עוברים הידרוליזה (מגיבים עם מים) ליצירת תמיסות חומציות ואדים של $\text{HCl}$:
$$\text{SiCl}_4 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{SiO}_2 + 4\text{HCl} \qquad \text{PCl}_5 + 4\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_3\text{PO}_4 + 5\text{HCl}$$
הסבר התגובתיות
תגובתיות אלו נובעות מהשינוי בקישור וב-חשמלילכות. בשמאל, האלמנטים הם מתכות עם חשמלילכות נמוכה, ולכן התחמוצות והכלורידים שלהם הם יוניים ובסיסיים (או ניטרליים). מימין, האלמנטים הם אל-מתכות עם חשמלילכות גבוהה, ולכן התחמוצות והכלורידים שלהם הם קוולנטיים וחומציים. ניתן להשתמש בתכונות של כלוריד או תחמוצה (נקודת הרתיחה, מוליכות, השפעה על מים) כדי להציע האם הקישור ביניהם הוא יוני או קוולנטי.
דוגמה מופתרת. נבא את ה-pH כאשר $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$ ו$\text{SO}_3$ מוספים כל אחד למים. מאפיין חומצה-בסיס עוקב אחר השינוי ממתכת לאל-מתכת לאורך מחזור 3. $\text{Na}_2\text{O}$ הוא יוני ובסיסי: הוא נמס לתמיסת $\text{NaOH}$, ולכן ה-pH הוא כ-13. $\text{SO}_3$ הוא קוולנטי וחומצי: הוא מגיב ליצירת $\text{H}_2\text{SO}_4$, ולכן ה-pH הוא כ-1. $\text{Al}_2\text{O}_3$ נמצא באזור המעבר — הוא אמפוטרי ובעיקר בלתי מומס במים, ולכן ה-pH נשאר כ-7. המכשול הוא בזה האחרון: אמפוטרי לא מסמן ניטרליות, אלא שהתחמוצה מגיבה עם חומצות וגם עם בסיסים — היא פשוט אינה מגיבה עם מים.
חקור
מעבדת תגובות מחזור 3
סווג תגובות מחזור 3 לפי מה שהן חושפות לגבי קישוריות וחמיציות.
חקור
דרך הידרולזה של תחמוצות וכלורידים
עקוב אחר שינוי ה-pH בתחמוצות ובכלורידים תקופה 3 במים.
מילון מונחים
אימון
| English | עברית |
|---|---|
| oxide/ˈɒksaɪd/ | תחמוצת |
| amphoteric/ˌæmfəʊˈterɪk/ | דו-חומצי |
| hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/ | הידרוקסיד |
| hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ | הידרוליזה |
| electronegativity/ɪˌlektrəʊŋɡəˈtɪvɪti/ | חשמליליות |
| van der Waals' forces/ˈvændɜː wɑːlz ˈfɔːsɪz/ | כוחות ואן דר ואלס |
9.3
מחזוריות של אלמנטים אחרים
סיילבוס
- נבא תכונות מאפיין של אלמנט בקבוצה נתונה באמצעות ידע ב-מחזוריות כימית
- גזור את הטבע, המיקום האפשרי בטבלה המחזורית והזהות של אלמנטים לא ידועים מתוך מידע נתון על תכונות פיזיקליות וכימיות
מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'
אותה רעיון עובד לכל קבוצה. אם ידועה לך התגובתיות לאורך קבוצה ולאורך מחזור, תוכל:
- לנבא את תכונותיו של אלמנט לפי מיקומו (למשל, אלמנט מקבוצה 1 יהיה מתכת תגובתית היוצרת יון $+1$).
- להסיק את המיקום והזהות האפשריים של אלמנט לא ידוע לפי תכונותיו הפיזיקליות והכימיות.
חקור
מגמות מחזוריות
צעדו לאורך מחזור 3 כדי לראות תכונה עולה או יורדת, ואז חזרו על כך במחזור הבא — הדפוס החוזר הזה הוא מחזוריות.
9.3
טיפים לבחינות
- תמיד לשלב את התגובתיות עם הסיבה: רדיוס אטומי יורד לאורך מחזור 3 (עלייה במטען הגרעיני, צלילה דומה).
- להסביר את תגובתיות נקודת ההיתוך לפי מבנה: מתכת ענקית (Na→Al), קוולנטית ענקית (Si, הגבוהה ביותר), ולאחר מכן מולקולרית פשוטה ($\text{P}_4$, $\text{S}_8$, $\text{Cl}_2$) ואטומית (Ar).
- תחמוצות הופכות מבסיסיות → אמפוטריות ($\text{Al}_2\text{O}_3$) → חומציות לאורך המחזור; לקשר זאת לקישור יוני-קוולנטי.
- לגבי תגובות תחמוצות/כלורידים עם מים, לפרט את המוצרים וה-pH הנובע.
שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה
לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.