Элемент периода 3
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( март 2024 г. ) |
| Часть серии о |
| Периодическая таблица |
|---|
Элемент периода 3 — это один из химических элементов в третьем ряду (или периоде ) периодической таблицы химических элементов . Таблица Менделеева расположена в строках, чтобы проиллюстрировать повторяющиеся (периодические) тенденции в химическом поведении элементов по мере увеличения их атомного номера: новая строка начинается, когда химическое поведение начинает повторяться, что означает, что элементы со сходным поведением попадают в одну и ту же группу. вертикальные колонны. Третий период содержит восемь элементов: натрий, магний, алюминий, кремний, фосфор, серу, хлор и аргон. Первые два, натрий и магний, являются членами s-блока таблицы Менделеева, а остальные — членами p-блока . Все элементы периода 3 встречаются в природе и имеют по крайней мере один стабильный изотоп . [1]
Атомная структура
[ редактировать ]В квантовомеханическом описании атомной структуры этот период соответствует накоплению электронов в третьей ( n = 3 ) оболочке , точнее, заполнению ее подоболочек 3s и 3p. Подоболочка 3d имеется, но — в соответствии с принципом Ауфбау — она не заполняется до периода 4 . Это делает все восемь элементов аналогами элементов периода 2 в одной и той же точной последовательности. Правило октетов обычно применяется к периоду 3 так же, как и к элементам периода 2, поскольку подоболочка 3d обычно не действует.
Элементы
[ редактировать ]| Элемент | # | Символ | Блокировать | Электронная конфигурация |
|---|---|---|---|---|
| Натрий | 11 | Уже | S-блок | [Нет] 3 секунды 1 |
| Магний | 12 | мг | S-блок | [Нет] 3 секунды 2 |
| Алюминий | 13 | Ал | p-блок | [Нет] 3 секунды 2 3р 1 |
| Кремний | 14 | И | p-блок | [Нет] 3 секунды 2 3р 2 |
| Фосфор | 15 | П | p-блок | [Нет] 3 секунды 2 3р 3 |
| сера | 16 | С | p-блок | [Нет] 3 секунды 2 3р 4 |
| хлор | 17 | кл. | p-блок | [Нет] 3 секунды 2 3р 5 |
| Аргон | 18 | С | p-блок | [Нет] 3 секунды 2 3р 6 |
Натрий
[ редактировать ]Натрий (символ Na ) — мягкий, серебристо-белый, высокореактивный металл, принадлежит к числу щелочных металлов ; стабильный изотоп его единственный 23 На. Это распространенный элемент, который присутствует во многих минералах, таких как полевые шпаты , содалит и каменная соль . Многие соли натрия хорошо растворимы в воде и поэтому присутствуют в значительных количествах в водоемах Земли, особенно в океанах в виде хлорида натрия .
Полезны многие соединения натрия, такие как гидроксид натрия (щелочь) для изготовления мыла и хлорид натрия для использования в качестве противогололедного агента и питательного вещества. Тот же ион также входит в состав многих минералов, например нитрата натрия .
Свободный металл, элементарный натрий, не встречается в природе, но его необходимо получать из соединений натрия. Элементарный натрий был впервые выделен Хамфри Дэви в 1807 году электролизом гидроксида натрия .
Магний
[ редактировать ]Магний (обозначение Mg ) является щелочноземельным металлом и имеет общую степень окисления +2. Это восьмой по распространенности элемент в земной коре. [2] и девятый во всей известной вселенной в целом. [3] [4] планеты Магний является четвертым по распространенности элементом на Земле в целом (после железа, кислорода и кремния), составляя 13% массы планеты и значительную часть мантии . Его относительно много, поскольку он легко образуется в сверхновых звездах путем последовательного присоединения трех ядер гелия к углероду (который, в свою очередь, состоит из трех ядер гелия). ионов магния Из-за высокой растворимости в воде он является третьим по распространенности элементом, растворенным в морской воде . [5]
Свободный элемент (металл) не встречается в природе на Земле, поскольку он обладает высокой реакционной способностью (хотя после образования он покрывается тонким слоем оксида [см. пассивацию ], который частично маскирует эту реакционную способность). Свободный металл горит характерным ярким белым светом, что делает его полезным ингредиентом в вспышках. Металл сейчас в основном получают электролизом солей магния, полученных из рассола . В коммерческом отношении металл главным образом используется в качестве легирующего агента для изготовления алюминиево -магниевых сплавов, иногда называемых « магналием » или «магнием». Поскольку магний менее плотен, чем алюминий, эти сплавы ценятся за относительную легкость и прочность.
Ионы магния кислые на вкус и в низких концентрациях придают пресным минеральным водам естественную терпкость .
Алюминий
[ редактировать ]Алюминий (символ Al ) или алюминий ( американский английский ) — серебристо-белый член бора группы химических элементов и металл p-блока, классифицированный некоторыми химиками как постпереходный металл. [6] В обычных условиях он не растворяется в воде. Алюминий — третий по распространенности элемент (после кислорода и кремния ) и самый распространенный металл в земной коре . Он составляет около 8% массы твердой поверхности Земли. Металлический алюминий слишком химически активен, чтобы встречаться в природе. Вместо этого он встречается в составе более чем 270 различных минералов . [7] Основная руда алюминия — бокситы .
металла Алюминий примечателен низкой плотностью и способностью противостоять коррозии благодаря явлению пассивации . Конструкционные компоненты из алюминия и его сплавов жизненно важны для аэрокосмической промышленности и важны в других областях транспорта и конструкционных материалов. Наиболее полезными соединениями алюминия, по крайней мере по весу, являются оксиды и сульфаты.
Кремний
[ редактировать ]Кремний (символ Si ) — 14 группы металлоид . Он менее активен, чем его химический аналог углерод , неметалл, находящийся непосредственно над ним в таблице Менделеева, но более активен, чем германий , металлоид, находящийся непосредственно под ним в таблице Менделеева. Споры о свойствах кремния возникли с момента его открытия: кремний был впервые получен и охарактеризован в чистой форме в 1824 году и получил название кремний (от латинского : silicis , кремни) с окончанием -ium , обозначающим металл. Однако его окончательное название, предложенное в 1831 году, отражает более химически близкие элементы — углерод и бор.
Кремний является восьмым наиболее распространенным элементом во Вселенной по массе, но очень редко встречается в природе в виде чистого свободного элемента. Наиболее широко он распространен в пыльцах , 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 зачастую с незначительной переработкой природных соединений. К ним относятся непосредственное использование глины , кварцевого песка и камня в промышленных зданиях . Кремнезем используется в керамическом кирпиче . Силикат используется в портландцементе для строительного раствора и штукатурки , а также в сочетании с кварцевым песком и гравием для изготовления бетона . Силикаты также содержатся в белой керамике, такой как фарфор , и в традиционном кварца на основе натриево-известковом стекле . Более современные соединения кремния, такие как карбид кремния, образуют абразивы и высокопрочную керамику. Кремний является основой 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 сталелитейной промышленности, алюминиевом литье и тонкой химической промышленности (часто для производства коллоидного кремнезема ), относительно небольшая часть очень высокоочищенного кремния, которая используется в полупроводниковой электронике (< 10%), возможно, даже более критично. Из-за широкого использования кремния в интегральных схемах , составляющих основу большинства компьютеров, от него зависит значительная часть современных технологий.
Фосфор
[ редактировать ]Фосфор (символ Р ) — многовалентный неметалл группы азота , фосфор как минерал почти всегда присутствует в максимально окисленном ( пятивалентном ) состоянии, как неорганические фосфатные породы . Элементарный фосфор существует в двух основных формах — белом фосфоре и красном фосфоре , — но из-за своей высокой реакционной способности фосфор никогда не встречается на Земле в свободном виде.
Первая форма элементарного фосфора, которая была получена (белый фосфор, в 1669 году), излучает слабое свечение под воздействием кислорода – отсюда и его название, данное из греческой мифологии, Φωσφόρος, что означает «носитель света» (лат. Люцифер ), относящееся к « Утренняя 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 его следует называть хемилюминесценцией . Это также самый легкий элемент, позволяющий легко создавать стабильные исключения из правила октетов .
Подавляющее большинство соединений фосфора потребляется в виде удобрений. Другие применения включают роль фосфорорганических соединений в моющих средствах , пестицидах , нервно-паралитических веществах и спичках . [9]
сера
[ редактировать ]Сера (символ S ) — распространенный многовалентный неметалл, один из халькогенов . В обычных 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 как окислитель или восстановитель . Он окисляет большинство металлов и некоторые неметаллы , включая углерод, что приводит к его отрицательному заряду в большинстве сераорганических соединений , но восстанавливает некоторые сильные окислители, такие как кислород и фтор .
В природе сера встречается в чистом виде, а также в виде сульфидных и сульфатных минералов. Кристаллы элементарной серы обычно ищут коллекционеры минералов из-за их ярко окрашенной многогранной формы. Будучи в изобилии в самородной форме, сера была известна еще в древние времена, ее использование упоминалось в Древней Греции , Китае и Египте . Пары серы применялись 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 собственный алхимический символ . наилучшего качества Это было необходимо для изготовления черного пороха , и алхимики предположили, что ярко-желтый порошок содержит некоторые свойства 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.
Элементарную серу когда-то добывали 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 удаления серосодержащих примесей из природного газа и нефти . Коммерческое использование элемента происходит в основном в удобрениях из-за относительно высокой потребности в нем растений, а также в производстве серной кислоты , основного промышленного химиката. Другие известные применения этого элемента — спички , инсектициды и фунгициды . Многие соединения серы имеют запах, а запах одорированного природного газа, запах скунса, грейпфрута и чеснока обусловлен соединениями серы. Сероводород, вырабатываемый живыми организмами, придает характерный запах гниющим яйцам и другим биологическим процессам.
хлор
[ редактировать ]Хлор (обозначение Cl ) — второй по легкости галоген . Элемент образует двухатомные молекулы при стандартных условиях , называемый дихлором. Он имеет самое высокое сродство к электрону и самую высокую электроотрицательность среди всех элементов; таким образом, хлор является сильным окислителем .
Самое распространенное соединение хлора — хлорид натрия ( поваренная соль ) известно с древнейших времен; однако около 1630 года газообразный хлор был получен бельгийским химиком и врачом Яном Баптистом ван Гельмонтом. Синтез и характеристика элементарного хлора произошли в 1774 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле, который назвал его «дефлогистированным воздухом соляной кислоты», поскольку он думал, что синтезировал оксид, полученный из соляной кислоты , поскольку в то время считалось, что кислоты обязательно содержат кислород. Ряд химиков, в том числе Клод Бертолле, предположили, что «дефлогистированный солянокислый воздух» Шееле должен быть комбинацией кислорода и еще неоткрытого элемента, а Шееле назвал предполагаемый новый элемент в этом оксиде muriaticum . Предположение о том, 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 , назвавшим 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 распространенности химический элемент в земной коре. Огромная окислительная способность хлора привела к тому, что его стали использовать в качестве отбеливающих и дезинфицирующих средств, а также он стал 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 разрушении озона .
Аргон
[ редактировать ]Аргон (обозначение Ar ) — третий элемент 18-й группы благородных газов . Аргон является третьим по распространенности газом в атмосфере Земли с содержанием 0,93%, что делает его более распространенным, чем углекислый газ . Почти весь этот аргон представляет собой радиогенный аргон-40, образующийся в результате распада калия-40 в земной коре. Во Вселенной аргон-36 на сегодняшний день является наиболее распространенным изотопом аргона, являясь предпочтительным изотопом аргона, получаемым в результате звездного нуклеосинтеза .
Название «аргон» происходит от греческого прилагательного среднего рода ἀργόν , что означает «ленивый» или «неактивный», поскольку элемент почти не вступает в химические реакции. Полный октет (восемь электронов) во внешней атомной оболочке делает аргон стабильным и устойчивым к связыванию с другими элементами. Температура тройной точки 83,8058 К является определяющей фиксированной точкой Международной температурной шкалы 1990 года .
Аргон получают в промышленности путем фракционной перегонки жидкого воздуха . Аргон в основном используется в качестве инертного защитного газа при сварке и других высокотемпературных промышленных процессах, где обычно нереактивные вещества становятся реакционноспособными: например, атмосфера аргона используется в графитовых электропечах, чтобы предотвратить горение графита. Газ аргон также используется в лампах накаливания и люминесцентном освещении, а также в других типах газоразрядных трубок. Из аргона получается своеобразный сине-зеленый газовый лазер .
Биологические роли
[ редактировать ]Натрий является важным элементом для всех животных и некоторых растений. У животных ионы натрия используются против ионов калия для создания зарядов на клеточных мембранах , обеспечивая передачу нервных импульсов при рассеивании заряда; поэтому он классифицируется как диетический неорганический макроминерал.
Магний является одиннадцатым по массе элементом в организме человека ; его ионы необходимы всем живым клеткам , где они играют важную роль в управлении важными биологическими полифосфатными соединениями, такими как АТФ , ДНК и РНК . Таким образом, для функционирования сотен ферментов требуются ионы магния. Магний также является металлическим ионом в центре хлорофилла и, таким образом, является обычной добавкой к удобрениям . [11] Соединения магния применяют в медицине как обычные слабительные средства , антациды (например, магнезиевое молочко ), а также в ряде ситуаций, когда требуется стабилизация аномального нервного возбуждения и спазма сосудов (например, для лечения эклампсии ).
Несмотря на широкое распространение в окружающей среде, соли алюминия не используются какой-либо формой жизни. Благодаря своей распространенности он хорошо переносится растениями и животными. [12] Из-за их распространенности потенциальная полезная (или иная) биологическая роль соединений алюминия вызывает постоянный интерес.
Кремний является важным элементом в биологии, хотя, по-видимому, животным необходимы лишь его незначительные следы. [13] хотя различным морским губкам для формирования структуры необходим кремний. Она гораздо важнее для метаболизма растений, особенно многих трав, а кремниевая кислота (разновидность кремнезема) составляет основу поразительного множества защитных оболочек микроскопических диатомей .
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 впервые был выделен из мочи человека, а костная зола была важным ранним источником фосфатов. Фосфатные минералы являются ископаемыми. 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 всей жизни и широко используется в биохимических процессах. В метаболических реакциях соединения серы служат как топливом, так и дыхательным (кислородзамещающим) материалом для простых организмов. Сера в органической форме присутствует в витаминах биотине и тиамине , последний назван в честь греческого слова, обозначающего серу. Сера является важной частью многих ферментов и антиоксидантных молекул, таких как глутатион и тиоредоксин . Органически связанная сера входит в состав всех белков, как и аминокислоты цистеин и метионин . Дисульфидные связи в значительной степени ответственны за механическую прочность и нерастворимость белка кератина , содержащегося во внешней коже, волосах и перьях, и этот элемент способствует их резкому запаху при сжигании.
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 ионов хлорида .
Аргон не играет биологической роли. Как и любой газ, кроме кислорода, аргон является удушающим веществом .
Таблица элементов
[ редактировать ]| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Группа → | ||||||||||||||||||
| ↓ Период | ||||||||||||||||||
| 3 | ||||||||||||||||||
Примечания
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ↑ Элемент периода 3. Архивировано 29 июля 2012 г. в Wayback Machine с сайта Scienceaid.co.uk.
- ^ Рейлсбэк, Л. Брюс. «Распространение и форма наиболее распространенных элементов в континентальной коре Земли» (PDF) . Некоторые основы минералогии и геохимии . Архивировано (PDF) из оригинала 27 сентября 2011 г. Проверено 15 февраля 2008 г.
- ^ Хаускрофт, CE; Шарп, AG (2008). Неорганическая химия (3-е изд.). Прентис Холл. стр. 305–306. ISBN 978-0-13-175553-6 .
- ^ Эш, Рассел (2005). Десять лучших вещей 2006 года: Лучшая книга списков . ДК Паб. ISBN 0-7566-1321-3 . Архивировано из оригинала 10 февраля 2010 г.
- ^ Антони, Джей Флор (2006). «Химический состав морской воды» .
- ^ Хьюи Дж.Э., Кейтер Э.А. и Кейтер Р.Л. 1993, Принципы структуры и реактивности, 4-е изд., Издательство HarperCollins College, ISBN 0-06-042995-X , с. 28
- ^ Шахашири, Басам З. «Химическое вещество недели: алюминий» . Наука — это весело. Архивировано из оригинала 6 сентября 2007 г. Проверено 28 августа 2007 г.
- ^ Нейв, Р. Обилие элементов в земной коре , Университет штата Джорджия.
- ^ Герберт Дисковски, Томас Хофманн «Фосфор» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2005, Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a19_505
- ^ Гринвуд, Нью-Йорк; и Эрншоу, А. (1997). Химия элементов (2-е изд.), Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3365-4 .
- ^ «Магний в здоровье» .
- ^ Гельмбольдт, Отто; Кейт Хадсон, Л.; Мишра, Чанакья; Веферс, Карл; Черт возьми, Вольфганг; Старк, Ганс; Даннер, Макс; Рёш, Норберт (2007). «Соединения алюминия неорганические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a01_527.pub2 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Нильсен, Форрест Х. (1984). «Ультрамикроэлементы в питании». Ежегодный обзор питания . 4 : 21–41. дои : 10.1146/annurev.nu.04.070184.000321 . ПМИД 6087860 .
