Элемент периода 3

Период 3 элемента является одним из химических элементов в третьем ряду (или период ) в периодической таблице химических элементов . Периодическая таблица выстроена в ряды, чтобы проиллюстрировать повторяющиеся (периодические) тенденции в химическом поведении элементов по мере увеличения их атомного номера: новая строка начинается, когда периодическая таблица пропускает строку и химическое поведение начинает повторяться, что означает, что элементы с похожим поведением попадают в одни и те же вертикальные столбцы. Третий период содержит восемь элементов: натрий, магний, алюминий, кремний, фосфор, серу, хлор и аргон. Первые два, натрий и магний, являются членами s-блока периодической таблицы, а остальные - членамир-блок . Все элементы периода 3 встречаются в природе и имеют по крайней мере один стабильный изотоп . ^[1]

Атомная структура [ править ]

В квантовомеханическом описании атомной структуры этот период соответствует накоплению электронов в третьей ( n = 3 ) оболочке , а точнее, заполнению ее подоболочки 3s и 3p. Есть трехмерная подоболочка, но - в соответствии с принципом Ауфбау - она ​​не заполняется до периода 4 . Это делает все восемь элементов аналогами элементов периода 2 в той же точной последовательности. Правило октета как правило , относится к периоду 3 таким же образом , как в период 2 -х элементов, потому что 3d подоболочки обычно не-действия.

Элементы [ править ]

Химический элемент			Блокировать	Электронная конфигурация
11	Na	Натрий	s-блок	[Ne] 3s 1
12	Mg	Магний	s-блок	[Ne] 3s 2
13	Al	Алюминий	p-блок	[Ne] 3s 2 3p 1
14	Si	Кремний	p-блок	[Ne] 3s 2 3p 2
15	п	Фосфор	p-блок	[Ne] 3s 2 3p 3
16	S	Сера	p-блок	[Ne] 3s 2 3p 4
17	Cl	Хлор	p-блок	[Ne] 3s 2 3p 5
18	Ar	Аргон	p-блок	[Ne] 3s 2 3p 6

Натрий [ править ]

Натрий (символ Na ) - мягкий серебристо-белый металл с высокой реакционной способностью, входящий в группу щелочных металлов ; его единственный стабильный изотоп - ²³ Na. Это богатый элемент, который присутствует во многих минералах, таких как полевой шпат , содалит и каменная соль . Многие соли натрия хорошо растворимы в воде и, таким образом, присутствуют в значительных количествах в водоемах Земли, наиболее часто в океанах в виде хлорида натрия .

Полезны многие соединения натрия, такие как гидроксид натрия (щелок) для производства мыла и хлорид натрия для использования в качестве средства для борьбы с обледенением и питательного вещества. Этот же ион также входит в состав многих минералов, таких как нитрат натрия .

Свободный металл, элементарный натрий, не встречается в природе, но должен быть получен из соединений натрия. Элементный натрия был впервые выделен Гемфри Дэви в 1807 г. с помощью электролиза из гидроксида натрия .

Магний [ править ]

Магний (символ Mg ) - это щелочноземельный металл с общей степенью окисления +2. Это восьмой по численности элемент в земной коре ^[2] и девятый во всей известной Вселенной в целом. ^{[3] [4]} Магний является четвертым по распространенности элементом на Земле в целом (после железа, кислорода и кремния), составляя 13% массы планеты и значительную часть мантии планеты . Его относительно много, потому что он легко образуется в сверхновых звездах путем последовательного добавления трех ядер гелия к углероду (который, в свою очередь, состоит из трех ядер гелия). Из-за высокого содержания иона магниярастворимость в воде, это третий по распространенности элемент, растворенный в морской воде . ^[5]

Свободный элемент (металл) в природе не встречается на Земле, так как он очень реактивен (хотя однажды произведенный, он покрыт тонким слоем оксида [см. Пассивация ], который частично маскирует эту реакционную способность). Свободный металл горит характерным ярким белым светом, что делает его полезным ингредиентом для вспышек. В настоящее время металл в основном получают электролизом солей магния, полученных из рассола . С коммерческой точки зрения, металл в основном используется в качестве легирующего агента при производстве алюминиево- магниевых сплавов, иногда называемых « магнезиум » или «магнелием». Поскольку магний менее плотен, чем алюминий, эти сплавы ценятся за их относительную легкость и прочность.

Ионы магния кислые на вкус, а в низких концентрациях помогают придать природную терпкость пресным минеральным водам .

Алюминий [ править ]

Алюминий (символ Аль ) или алюминий ( американский английский ) является серебристо - белым членом бора группы из химических элементов и металла р-блоков , классифицированного некоторые химики как пост-переходного металл. ^{[6] При} нормальных условиях он не растворяется в воде. Алюминий является третьим наиболее распространенным элементом (после кислорода и кремния ), и наиболее распространенный металл , в земном «ы коры. Он составляет около 8% от массы твердой поверхности Земли. Металлический алюминий слишком химически реакционноспособен, чтобы возникать изначально. Вместо этого он содержится в более чем 270 различных минералах . ^[7] Основная руда алюминия - бокситы .

Алюминий отличается низкой плотностью металла и способностью противостоять коррозии из-за явления пассивации . Конструкционные компоненты из алюминия и его сплавов жизненно важны для аэрокосмической промышленности и важны для других областей транспорта и конструкционных материалов. Наиболее полезными соединениями алюминия, по крайней мере, в расчете на массу, являются оксиды и сульфаты.

Кремний [ править ]

Кремний (символ Si ) - металлоид 14 группы . Он менее активен, чем его химический аналог углерод , неметалл непосредственно над ним в периодической таблице, но более активен, чем германий , металлоид непосредственно под ним в таблице. Споры о характере кремния возникли с момента его открытия: кремний был впервые получен и охарактеризован в чистом виде в 1824 году и получил название кремний (от латинского : кремний , кремни) с окончанием -ium, указывающим на металл. Однако его окончательное название, предложенное в 1831 году, отражает более химически похожие элементы - углерод и бор.

Кремний - восьмой самый распространенный элемент во Вселенной по массе, но очень редко встречается в природе как чистый свободный элемент. Он наиболее широко распространен в пыли , песках , планетоидах и планетах в виде различных форм диоксида кремния (кремнезема) или силикатов . Более 90% земной коры состоит из силикатных минералов , что делает кремний вторым по распространенности элементом в земной коре (около 28% по массе) после кислорода . ^[8]

Большая часть кремния используется в коммерческих целях без разделения и, действительно, часто с небольшой обработкой соединений природой. Сюда входит прямое использование в промышленных зданиях глины , кварцевого песка и камня . Кремнезем используется в керамическом кирпиче . Силикат входит в портландцемент для строительного раствора и штукатурки и в сочетании с кварцевым песком и гравием для изготовления бетона . Силикаты также присутствуют в белой керамике, такой как фарфор , и в традиционном натриево-известковом стекле на основе кварца . Более современные соединения кремния, такие какКарбид кремния образуют абразивные материалы и высокопрочную керамику. Кремний является основой широко распространенных синтетических полимеров на основе кремния, называемых силиконами .

Элементарный кремний также оказывает большое влияние на современную мировую экономику. Хотя большая часть свободного кремния используется в рафинировании стали, литье алюминия и тонкой химической промышленности (часто для производства коллоидного кремнезема ), относительно небольшая часть очень очищенного кремния, который используется в полупроводниковой электронике (<10%), возможно, даже более критично. Из-за широкого использования кремния в интегральных схемах , являющихся основой большинства компьютеров, от него зависит большая часть современных технологий.

Фосфор [ править ]

Фосфор (символ P ) - это многовалентный неметалл группы азота , фосфор как минерал почти всегда присутствует в своем максимально окисленном ( пятивалентном ) состоянии, как неорганические фосфатные породы . Элементный фосфор существует в двух основных формах - белый фосфор и красный фосфор - но из-за его высокой реакционной способности фосфор никогда не встречается на Земле как свободный элемент.

Первая форма элементарного фосфора, который должен быть произведен (белый фосфор, в 1669 году), излучает слабое свечение при воздействии кислорода - отсюда его название, данное из греческой мифологии, Φωσφόρος, что означает «светоносец» (лат. Люцифер ), что означает « Утро». Звезда », планета Венера . Хотя термин « фосфоресценция », означающий свечение после освещения, происходит от этого свойства фосфора, свечение фосфора возникает в результате окисления белого (но не красного) фосфора и должно называться хемилюминесценцией . Это также самый легкий элемент, позволяющий легко создавать стабильные исключения из правила октетов .

Подавляющее большинство соединений фосфора расходуется в качестве удобрений. Другие приложения включают в себя роль фосфорорганических соединений в моющих средствах , пестициды и нервно - паралитических веществ , а также матчей . ^[9]

Сера [ править ]

Сера (символ S ) является распространенным многовалентным неметаллом, одним из халькогенов . В нормальных условиях атомы серы образуют циклические восьмиатомные молекулы с химической формулой S ₈ . Элементарная сера представляет собой ярко-желтое кристаллическое твердое вещество при комнатной температуре. Химически сера может реагировать либо как окислитель, либо как восстановитель . Он окисляет большинство металлов и некоторые неметаллы , включая углерод, что приводит к его отрицательному заряду в большинстве сероорганических соединений , но снижает количество сильных окислителей, таких каккислород и фтор .

В природе сера встречается как чистый элемент, а также как сульфидные и сульфатные минералы. Кристаллы элементарной серы обычно востребованы коллекционерами минералов из-за их ярко окрашенной многогранной формы. Сера была известна в древних временах, поскольку ее использовали в Древней Греции , Китае и Египте . Пары серы использовались как фумиганты, а серосодержащие лекарственные смеси - как бальзамы и противопаразитарные средства. Сера упоминается в Библии как сера на английском языке , и это название до сих пор используется в некоторых ненаучных терминах. ^[10]Сера считалась достаточно важной, чтобы получить свой собственный алхимический символ . Это было необходимо для получения черного пороха лучшего качества , и алхимики предположили, что ярко-желтый порошок обладает некоторыми свойствами золота, которое они стремились синтезировать из него. В 1777 году Антуан Лавуазье помог убедить научное сообщество в том, что сера является основным элементом, а не соединением.

Элементарная сера когда-то добывалась из соляных куполов , где она иногда встречается почти в чистом виде, но этот метод устарел с конца 20 века. Сегодня почти вся элементарная сера производится как побочный продукт при удалении серосодержащих загрязняющих веществ из природного газа и нефти . Этот элемент используется в коммерческих целях в основном в удобрениях из-за относительно высокой потребности в нем растений, а также в производстве серной кислоты , основного промышленного химического вещества. Другие известные применения этого элемента - спички , инсектициды и фунгициды.. Многие соединения серы имеют пахучий запах, а запах одорированного природного газа, запах скунса, грейпфрута и чеснока обусловлен соединениями серы. Сероводород, вырабатываемый живыми организмами, придает характерный запах тухлым яйцам и другим биологическим процессам.

Хлор [ править ]

Хлор (символ Cl ) - второй по легкости галоген . В стандартных условиях элемент образует двухатомные молекулы , называемые дихлор. У него самое высокое сродство к электрону и третье место по электроотрицательности среди всех элементов; таким образом, хлор является сильным окислителем .

Наиболее распространенное соединение хлора, хлорид натрия ( поваренная соль ), известно с древних времен; однако около 1630 года бельгийский химик и врач Ян Баптист ван Гельмонт получил газообразный хлор. Синтез и характеристика элементарного хлора произошел в 1774 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле, который назвал его «воздух с дефлогистированной соляной кислотой», поскольку он думал, что синтезировал оксид, полученный из соляной кислоты , потому что в то время считалось, что кислоты обязательно содержат кислород. Ряд химиков, в том числе Клод Бертолле, предположили, что «дефлогистированный воздух соляной кислоты» Шееле должен быть комбинацией кислорода и еще не открытого элемента,и Шееле назвал предполагаемый новый элемент в этом оксиде muriaticum. Предположение, что этот недавно открытый газ был простым элементом, было сделано в 1809 году Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи-Жаком. Это было подтверждено в 1810 году сэром Хамфри Дэви , который назвал его хлором, от греческого слова χλωρός (chlōros), что означает «зелено-желтый».

Хлор входит в состав многих других соединений. Это второй по распространенности галоген и 21-й по содержанию химический элемент в земной коре. Большая окислительная способность хлора привела к его использованию в отбеливающих и дезинфицирующих средствах, а также в том, что он является важным реагентом в химической промышленности. В качестве обычного дезинфицирующего средства соединения хлора используются в плавательных бассейнах для поддержания их чистоты и гигиены . В верхних слоях атмосферы хлорсодержащие молекулы, такие как хлорфторуглероды , участвуют в истощении озонового слоя .

Аргон [ править ]

Аргон (символ Ar ) - третий элемент в группе благородных газов 18 . Аргон является третьим по распространенности газом в атмосфере Земли ( 0,93%), что делает его более распространенным, чем углекислый газ . Почти весь этот аргон представляет собой радиогенный аргон-40, полученный при распаде калия-40 в земной коре. Во Вселенной аргон-36 на сегодняшний день является наиболее распространенным изотопом аргона, который является предпочтительным изотопом аргона, полученным в результате звездного нуклеосинтеза .

Название «аргон» происходит от греческого среднего прилагательного ἀργόν , что означает «ленивый» или «бездействующий», так как элемент почти не вступает в химические реакции. Полный октет (восемь электронов) во внешней оболочке атома делает аргон стабильным и устойчивым к связыванию с другими элементами. Его температура тройной точки 83,8058  К является определяющей фиксированной точкой по Международной температурной шкале 1990 года .

Аргон получают промышленно с помощью фракционной перегонки из жидкого воздуха . Аргон в основном используется в качестве инертного защитного газа при сварке и других высокотемпературных промышленных процессах, где обычно нереактивные вещества становятся реактивными: например, атмосфера аргона используется в графитовых электрических печах для предотвращения горения графита. Газ аргон также используется в лампах накаливания и люминесцентных лампах, а также в газоразрядных трубках других типов. Аргон создает отличительный сине-зеленый газовый лазер .

Биологические роли [ править ]

Натрий является важным элементом для всех животных и некоторых растений. У животных ионы натрия используются против ионов калия для накопления зарядов на клеточных мембранах , что позволяет передавать нервные импульсы при рассеивании заряда; поэтому он классифицируется как диетический неорганический макроминерал.

Магний - одиннадцатый элемент по массе в организме человека по распространенности ; его ионы необходимы для всех живых клеток , где они играют важную роль в манипулировании важными биологическими полифосфатными соединениями, такими как АТФ , ДНК и РНК . Таким образом, для работы сотен ферментов требуются ионы магния. Магний также является ионом металла в центре хлорофилла и, таким образом, является обычной добавкой к удобрениям . ^[11] Соединения магния используются в медицине как обычные слабительные , антациды (например, молоко магнезии), а также в ряде ситуаций, когда требуется стабилизация аномального нервного возбуждения и спазма кровеносных сосудов (например, для лечения эклампсии ).

Несмотря на широкое распространение в окружающей среде, соли алюминия не используются ни в одной из форм жизни. Благодаря своей распространенности, он хорошо переносится растениями и животными. ^{[12] В} связи с их распространенностью потенциальные полезные (или иные) биологические роли соединений алюминия вызывают постоянный интерес.

Кремний является важным элементом биологии, хотя животным, по-видимому, требуются лишь крошечные его следы ^[13], хотя различным морским губкам нужен кремний для того, чтобы иметь структуру. Это гораздо более важно для метаболизма растений, особенно многих трав, а кремниевая кислота (разновидность кремнезема) составляет основу поразительного множества защитных панцирей микроскопических диатомовых водорослей .

Фосфор необходим для жизни. Как фосфат, он является компонентом ДНК , РНК , АТФ , а также фосфолипидов, которые образуют все клеточные мембраны. Демонстрируя связь между фосфором и жизнью, элементарный фосфор исторически был впервые выделен из мочи человека, а костная зола была важным ранним источником фосфата. Фосфатные минералы - это окаменелости. Низкий уровень фосфатов является важным ограничением роста в некоторых водных системах. Сегодня наиболее важным коммерческим применением химикатов на основе фосфора является производство удобрений для замены фосфора, который растения удаляют из почвы.

Сера является важным элементом для всего живого и широко используется в биохимических процессах. В метаболических реакциях соединения серы служат как топливом, так и респираторными (заменяющими кислород) материалами для простых организмов. Сера в органической форме содержится в витаминах биотин и тиамин , названный в честь греческого слова, обозначающего серу. Сера является важной частью многих ферментов и молекул антиоксидантов, таких как глутатион и тиоредоксин . Органически связанная сера является компонентом всех белков, как и аминокислоты цистеин и метионин . Дисульфидные связи в значительной степени ответственны за механическую прочность и нерастворимость белка.кератин , который содержится во внешней коже, волосах и перьях, и этот элемент способствует их резкому запаху при сгорании.

Элементарный хлор чрезвычайно опасен и ядовит для всех форм жизни и используется в качестве легочного агента в химической войне ; однако хлор необходим большинству форм жизни, включая человека, в форме хлорид- ионов.

Аргон не играет биологической роли. Как и любой другой газ, кроме кислорода, аргон обладает удушающим действием .

Таблица элементов [ править ]

Заметки [ править ]

Ссылки [ править ]