Элемент периода 2 — один из химических элементов во второй строке (или периоде ) периодической таблицы химических элементов . Периодическая таблица выстроена в ряды, чтобы проиллюстрировать повторяющиеся (периодические) тенденции в химическом поведении элементов по мере увеличения их атомного номера ; новый ряд начинается, когда химическое поведение начинает повторяться, создавая столбцы элементов со схожими свойствами.
Второй период содержит элементы литий , бериллий , бор , углерод , азот , кислород , фтор и неон . В квантово-механическом описании атомной структуры этот период соответствует заполнению второй ( n = 2 ) оболочки , а точнее ее 2s и 2p подоболочек. Элементы периода 2 (углерод, азот, кислород, фтор и неон) подчиняются правилу октета , то есть им нужно восемь электронов для завершения их валентной оболочки (литий и бериллий подчиняются правилу дуэта , бор является электронодефицитным ), где может разместиться максимум восемь электронов: два на 2s-орбитали и шесть на 2p подоболочке.
Период 2 — первый период в периодической таблице, из которого можно вывести периодические тенденции . Период 1 , который содержит только два элемента ( водород и гелий ), слишком мал, чтобы вывести из него какие-либо убедительные тенденции, особенно потому, что эти два элемента ведут себя совсем не так, как другие элементы s-блока. [1] [2] Период 2 имеет гораздо более убедительные тенденции. Для всех элементов в периоде 2, по мере увеличения атомного номера, атомный радиус элементов уменьшается, электроотрицательность увеличивается, а энергия ионизации увеличивается. [3]
Период 2 имеет только два металла (литий и бериллий) из восьми элементов, меньше, чем в любом последующем периоде как по количеству, так и по пропорции. Он также имеет наибольшее количество неметаллов, а именно пять, среди всех периодов. Элементы периода 2 часто имеют самые экстремальные свойства в своих соответствующих группах; например, фтор является наиболее реактивным галогеном , неон является наиболее инертным благородным газом , [4] а литий является наименее реактивным щелочным металлом . [5]
Все элементы периода 2 полностью подчиняются правилу Маделунга ; в периоде 2 литий и бериллий заполняют подоболочку 2s , а бор, углерод, азот, кислород, фтор и неон заполняют подоболочку 2p . Период разделяет эту черту с периодами 1 и 3 , ни один из которых не содержит переходных элементов или внутренних переходных элементов , которые часто отклоняются от правила. [5]
Литий (Li) — щелочной металл с атомным номером 3, встречающийся в природе в двух изотопах : 6 Li и 7 Li. Эти два изотопа составляют все природные проявления лития на Земле, хотя были синтезированы и другие изотопы . В ионных соединениях литий теряет электрон, чтобы стать положительно заряженным, образуя катион Li + . Литий — первый щелочной металл в периодической таблице [примечание 1] и первый металл любого вида в периодической таблице [примечание 2] При стандартной температуре и давлении литий — мягкий, серебристо-белый, высокореакционный металл . При плотности 0,564 г⋅см −3 литий является самым легким металлом и наименее плотным твердым элементом. [6]
Литий — один из немногих элементов, синтезированных в Большом взрыве . Литий — 31-й по распространенности элемент на Земле, [7] встречающийся в концентрациях от 20 до 70 ppm по весу, [8] но из-за своей высокой реакционной способности он встречается в природе только в соединениях . [8]
Соли лития используются в фармакологической промышленности в качестве препаратов для стабилизации настроения . [9] [10] Они используются при лечении биполярного расстройства , где они играют роль в лечении депрессии и мании и могут снизить вероятность самоубийства . [11] Наиболее распространенными используемыми соединениями являются карбонат лития , Li 2 CO 3 , цитрат лития , Li 3 C 6 H 5 O 7 , сульфат лития , Li 2 SO 4 , и оротат лития , LiC 5 H 3 N 2 O 4 · H 2 O. Литий также используется в батареях в качестве анода , а его сплавы с алюминием , кадмием , медью и марганцем используются для изготовления высокопроизводительных деталей для самолетов , в частности внешнего бака космического челнока . [6]
Бериллий (Be) — химический элемент с атомным номером 4, встречающийся в форме 9Be . При стандартной температуре и давлении бериллий — прочный, стально-серый, легкий, хрупкий , двухвалентный щелочноземельный металл с плотностью 1,85 г⋅см −3 . [12] Он также имеет одну из самых высоких температур плавления среди всех легких металлов . Наиболее распространенным изотопом бериллия является 9Be , который содержит 4 протона и 5 нейтронов. Он составляет почти 100% всего встречающегося в природе бериллия и является его единственным стабильным изотопом; однако были синтезированы и другие изотопы . В ионных соединениях бериллий теряет два валентных электрона, образуя катион Be2 + .
Небольшие количества бериллия были синтезированы во время Большого взрыва , хотя большая его часть распалась или прореагировала дальше, чтобы создать более крупные ядра, такие как углерод, азот или кислород. Бериллий является компонентом 100 из 4000 известных минералов , таких как бертрандит , Be4Si2O7 ( OH) 2 , берилл , Al2Be3Si6O18 , хризоберилл , Al2BeO4 , и фенакит , Be2SiO4 . Драгоценные формы берилла - это аквамарин , красный берилл и изумруд . Наиболее распространенными источниками бериллия , используемыми в коммерческих целях , являются берилл и бертрандит , и его производство включает восстановление фторида бериллия металлическим магнием или электролиз расплавленного хлорида бериллия , содержащего некоторое количество хлорида натрия , поскольку хлорид бериллия является плохим проводником электричества . [12]
Благодаря своей жесткости, малому весу и размерной стабильности в широком диапазоне температур металлический бериллий используется в качестве конструкционного материала в самолетах, ракетах и спутниках связи . [12] Он используется в качестве легирующего агента в бериллиевой меди , которая используется для изготовления электрических компонентов из-за своей высокой электро- и теплопроводности. [13] Листы бериллия используются в рентгеновских детекторах для фильтрации видимого света и пропускания только рентгеновских лучей. [12] Он используется в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах, поскольку легкие ядра более эффективны в замедлении нейтронов, чем тяжелые ядра. [12] Малый вес и высокая жесткость бериллия также делают его полезным в производстве твитеров в громкоговорителях . [14]
Бериллий и его соединения классифицируются Международным агентством по изучению рака как канцерогены группы 1 ; они канцерогенны как для животных, так и для людей. [15] Хронический бериллиоз — это легочное и системное гранулематозное заболевание, вызванное воздействием бериллия. От 1% до 15% людей чувствительны к бериллию и могут развить воспалительную реакцию в дыхательной системе и коже , называемую хроническим бериллиозом или бериллиозом . Иммунная система организма распознает бериллий как инородные частицы и начинает атаку против них, обычно в легких, куда они вдыхаются. Это может вызвать лихорадку, усталость, слабость, ночную потливость и затрудненное дыхание. [16]
Бор (B) — химический элемент с атомным номером 5, встречающийся в виде 10 B и 11 B. При стандартной температуре и давлении бор является трехвалентным металлоидом , который имеет несколько различных аллотропов . Аморфный бор — это коричневый порошок, образующийся в результате многих химических реакций. Кристаллический бор — очень твердый черный материал с высокой температурой плавления, который существует во многих полиморфных модификациях : наиболее распространены две ромбоэдрические формы, α-бор и β-бор, содержащие 12 и 106,7 атомов в ромбоэдрической элементарной ячейке соответственно, и 50-атомный тетрагональный бор. Плотность бора составляет 2,34−3 . [ 17] Наиболее распространенным изотопом бора является 11 B с концентрацией 80,22%, который содержит 5 протонов и 6 нейтронов. Другой распространенный изотоп — 10 B при 19,78%, который содержит 5 протонов и 5 нейтронов. [18] Это единственные стабильные изотопы бора; однако были синтезированы и другие изотопы . Бор образует ковалентные связи с другими неметаллами и имеет степени окисления 1, 2, 3 и 4. [19] [20] [21] Бор не встречается в природе как свободный элемент, но в таких соединениях, как бораты . Наиболее распространенными источниками бора являются турмалин , бура , Na 2 B 4 O 5 (OH) 4 ·8H 2 O, и кернит , Na 2 B 4 O 5 (OH) 4 ·2H 2 O. [17] Чистый бор получить трудно. Его можно получить путем восстановления магнием триоксида бора , B 2 O 3 . Этот оксид производится путем плавления борной кислоты , B(OH) 3 , которая в свою очередь получается из буры. Небольшие количества чистого бора могут быть получены путем термического разложения бромида бора, BBr3 , в водороде над горячей танталовой проволокой , которая действует как катализатор . [17] Наиболее коммерчески важными источниками бора являются: пентагидрат тетрабората натрия , Na2B4O7 · 5H2O , который используется в больших количествах при изготовлении изоляционного стекловолокна и отбеливателя на основе пербората натрия ; карбид бора , керамический материал, используется для изготовления броневых материалов, особенно в бронежилетах для солдат и полицейских; ортоборная кислота , H3BO3 или борная кислота, используется в производстве текстильного стекловолокна и плоских дисплеев ; декагидрат тетрабората натрия, Na2B4O7 · 10H2O или бура, используется в производстве клеев; а изотоп бор-10 используется в качестве контроля для ядерных реакторов, в качестве защиты от ядерного излучения и в приборах, используемых для обнаружения нейтронов. [18]
Бор является важным микроэлементом для растений , необходимым для прочности и развития клеточной стенки, деления клеток, развития семян и плодов, транспорта сахара и развития гормонов. [22] Однако высокие концентрации в почве, превышающие 1,0 ppm, могут вызвать некроз листьев и плохой рост. Уровни, составляющие всего 0,8 ppm, могут вызвать эти симптомы у растений, особенно чувствительных к бору. Большинство растений, даже те, которые толерантны к бору в почве, будут проявлять симптомы токсичности бора, когда уровни бора превышают 1,8 ppm. [18] У животных бор является ультраследовым элементом ; в рационе человека суточная доза составляет от 2,1 до 4,3 мг бора/кг массы тела (мт)/день. [23] Он также используется в качестве добавки для профилактики и лечения остеопороза и артрита. [24]
Углерод — химический элемент с атомным номером 6, встречающийся в виде 12 C, 13 C и 14 C. [25] При стандартной температуре и давлении углерод является твердым веществом, встречающимся во многих различных аллотропах , наиболее распространенными из которых являются графит , алмаз , фуллерены и аморфный углерод . [25] Графит — это мягкий, гексагональный кристаллический , непрозрачный черный полуметалл с очень хорошими проводящими и термодинамически стабильными свойствами. Алмаз, однако, является высокопрозрачным бесцветным кубическим кристаллом с плохими проводящими свойствами, является самым твердым известным природным минералом и имеет самый высокий показатель преломления среди всех драгоценных камней . В отличие от структуры кристаллической решетки алмаза и графита, фуллерены представляют собой молекулы , названные в честь Ричарда Бакминстера Фуллера , архитектуру которого напоминают молекулы. Существует несколько различных фуллеренов, наиболее широко известным из которых является «бакибол» C 60 . О фуллеренах мало что известно, и они являются текущим предметом исследований. [25] Существует также аморфный углерод, который является углеродом без какой-либо кристаллической структуры. [26] В минералогии этот термин используется для обозначения сажи и угля , хотя они не являются по-настоящему аморфными, поскольку содержат небольшое количество графита или алмаза. [27] [28] Наиболее распространенным изотопом углерода при 98,9% является 12 C, с шестью протонами и шестью нейтронами. [29] 13 C также стабилен, с шестью протонами и семью нейтронами, при 1,1%. [29] Следовые количества 14 C также встречаются в природе, но этот изотоп радиоактивен и распадается с периодом полураспада 5730 лет; он используется для радиоуглеродного датирования . [30] Были также синтезированы другие изотопы углерода . Углерод образует ковалентные связи с другими неметаллами со степенью окисления −4, −2, +2 или +4. [25]
Углерод является четвертым по распространенности элементом во Вселенной по массе после водорода , гелия и кислорода [31] и вторым по распространенности элементом в организме человека по массе после кислорода [32] , третьим по распространенности по числу атомов. [33] Существует почти бесконечное количество соединений, которые содержат углерод из-за способности углерода образовывать длинные стабильные цепи связей C — C. [34] [35] Простейшими углеродсодержащими молекулами являются углеводороды , которые содержат углерод и водород, [34] хотя иногда они содержат другие элементы в функциональных группах . Углеводороды используются в качестве ископаемого топлива и для производства пластмасс и нефтехимических продуктов . Все органические соединения , необходимые для жизни, содержат по крайней мере один атом углерода. [34] [35] В сочетании с кислородом и водородом углерод может образовывать множество групп важных биологических соединений [35], включая сахара , лигнаны , хитины , спирты , жиры и ароматические эфиры , каротиноиды и терпены . С азотом он образует алкалоиды , а с добавлением серы он также образует антибиотики , аминокислоты и резиновые продукты. С добавлением фосфора к этим другим элементам он образует ДНК и РНК , носители химического кода жизни, и аденозинтрифосфат (АТФ), важнейшую молекулу переноса энергии во всех живых клетках. [35]
Азот — химический элемент с атомным номером 7, символом N и атомной массой 14,00674 ед. Элементарный азот — бесцветный, без запаха, безвкусный и в основном инертный двухатомный газ при стандартных условиях , составляющий 78,08% по объему атмосферы Земли . Элемент азот был открыт как отделимый компонент воздуха шотландским врачом Дэниелом Резерфордом в 1772 году. [36] Он встречается в природе в виде двух изотопов: азота-14 и азота-15. [37]
Многие промышленно важные соединения, такие как аммиак , азотная кислота , органические нитраты ( топливо и взрывчатые вещества ) и цианиды , содержат азот. Чрезвычайно сильная связь в элементарном азоте доминирует в химии азота, вызывая трудности как для организмов, так и для промышленности в разрыве связи для преобразования N
2молекулы в полезные соединения , но в то же время вызывая высвобождение большого количества часто полезной энергии, когда соединения сгорают, взрываются или распадаются обратно в газообразный азот.
Азот встречается во всех живых организмах, и азотный цикл описывает движение элемента из воздуха в биосферу и органические соединения, а затем обратно в атмосферу. Синтетически произведенные нитраты являются ключевыми ингредиентами промышленных удобрений , а также основными загрязнителями, вызывающими эвтрофикацию водных систем. Азот является составным элементом аминокислот и, следовательно , белков , а также нуклеиновых кислот ( ДНК и РНК ). Он находится в химической структуре почти всех нейротрансмиттеров и является определяющим компонентом алкалоидов , биологических молекул, вырабатываемых многими организмами. [38]
Кислород — химический элемент с атомным номером 8, встречающийся в основном в виде 16 O, а также 17 O и 18 O.
Кислород — третий по массе элемент во Вселенной (хотя атомов углерода больше, каждый атом углерода легче). Он является высоко электроотрицательным и неметаллическим, обычно двухатомным, газом вплоть до очень низких температур. Только фтор более реакционноспособен среди неметаллических элементов. Ему не хватает двух электронов до полного октета, и он легко принимает электроны от других элементов. Он бурно реагирует со щелочными металлами и белым фосфором при комнатной температуре и менее бурно со щелочноземельными металлами тяжелее магния. При более высоких температурах он сжигает большинство других металлов и многие неметаллы (включая водород, углерод и серу). Многие оксиды являются чрезвычайно стабильными веществами, которые трудно разлагаются, например, вода , диоксид углерода , оксид алюминия , кремний и оксиды железа (последний часто появляется как ржавчина ). Кислород входит в состав веществ, которые лучше всего описываются как некоторые соли металлов и кислородсодержащих кислот (такие как нитраты, сульфаты, фосфаты, силикаты и карбонаты).
Кислород необходим для всей жизни. Растения и фитопланктон фотосинтезируют воду и углекислый газ, а вода, оба оксиды, в присутствии солнечного света, образуя сахара с выделением кислорода. Затем сахара превращаются в такие вещества, как целлюлоза и (с азотом и часто серой) белки и другие необходимые для жизни вещества. Животные, особенно, но также грибы и бактерии в конечном итоге зависят от фотосинтезирующих растений и фитопланктона для пищи и кислорода.
Огонь использует кислород для окисления соединений, как правило, углерода и водорода, до воды и углекислого газа (хотя могут быть задействованы и другие элементы), будь то неконтролируемые пожары, которые уничтожают здания и леса, или контролируемый пожар в двигателях, или выработка электроэнергии от турбин, тепла для поддержания тепла в зданиях или движущая сила, приводящая в движение транспортные средства.
Кислород составляет примерно 21% атмосферы Земли; весь этот кислород является результатом фотосинтеза. Чистый кислород используется в лечении людей с респираторными проблемами. Избыток кислорода токсичен .
Кислород изначально ассоциировался с образованием кислот, пока не было показано, что некоторые кислоты не содержат кислорода. Кислород назван так из-за его способности образовывать кислоты, особенно с неметаллами. Некоторые оксиды некоторых неметаллов являются чрезвычайно кислыми, например, триоксид серы , который образует серную кислоту при контакте с водой. Большинство оксидов с металлами являются щелочными, некоторые чрезвычайно щелочными, например, оксид калия . Некоторые оксиды металлов являются амфотерными, например, оксид алюминия, что означает, что они могут реагировать как с кислотами, так и с основаниями.
Хотя кислород обычно является двухатомным газом, кислород может образовывать аллотроп, известный как озон . Озон является трехатомным газом, еще более реактивным, чем кислород. В отличие от обычного двухатомного кислорода, озон является токсичным материалом, обычно считающимся загрязняющим веществом. В верхних слоях атмосферы часть кислорода образует озон, который обладает свойством поглощать опасные ультрафиолетовые лучи в озоновом слое . Жизнь на суше была невозможна до образования озонового слоя.
Фтор — химический элемент с атомным номером 9. В природе он встречается в единственной стабильной форме 19 F. [39]
Фтор — это бледно-желтый двухатомный газ при нормальных условиях и вплоть до очень низких температур. Замыкая один электрон высокоустойчивого октета в каждом атоме, молекулы фтора достаточно нестабильны, чтобы легко разрываться, при этом свободные атомы фтора стремятся захватить отдельные электроны практически у любого другого элемента. Фтор — самый реактивный из всех элементов, и он даже атакует многие оксиды, заменяя кислород фтором. Фтор даже атакует кремний, один из излюбленных материалов для транспортировки сильных кислот, и сжигает асбест. Он атакует поваренную соль , одно из самых устойчивых соединений, с выделением хлора. Он никогда не появляется в природе в несвязанном виде и почти никогда не остается несвязанным долго. Он сжигает водород одновременно, если он находится в жидком или газообразном состоянии — даже при температурах, близких к абсолютному нулю. [40] Его чрезвычайно трудно изолировать от каких-либо соединений, не говоря уже о том, чтобы сохранить несвязанным.
Газообразный фтор чрезвычайно опасен, поскольку он воздействует практически на все органические материалы, включая живую плоть. Многие из образуемых им бинарных соединений (называемых фторидами) сами по себе очень токсичны, включая растворимые фториды и особенно фтористый водород . Фтор образует очень прочные связи со многими элементами. С серой он может образовывать чрезвычайно стабильный и химически инертный гексафторид серы ; с углеродом он может образовывать замечательный материал тефлон , который является стабильным и негорючим твердым веществом с высокой температурой плавления и очень низким коэффициентом трения, что делает его отличным покрытием для кастрюль и плащей. Соединения фтора и углерода включают некоторые уникальные пластмассы. он также используется в качестве реагента при изготовлении зубной пасты.
Неон — химический элемент с атомным номером 10, встречающийся в виде 20 Ne, 21 Ne и 22 Ne. [41]
Неон — одноатомный газ. С полным октетом внешних электронов он очень устойчив к удалению любого электрона и не может принять электрон от чего-либо. Неон не имеет тенденции образовывать какие-либо нормальные соединения при нормальных температурах и давлениях; он фактически инертен. Это один из так называемых «благородных газов».
Неон является следовым компонентом атмосферы и не играет никакой биологической роли.
{{cite web}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link)[ постоянная мертвая ссылка ]