§ 17. Естественные семейства химических элементов

Химия, 7 класс. Учебник: Оспанова М.К. и др. (Мектеп, 2025). Глава 6: Периодическая таблица химических элементов. Страницы 87–94.

Чему научишься

• Объяснять, что такое естественное семейство элементов и почему элементы в нём похожи.
• Называть четыре семейства: щелочные металлы, галогены, инертные газы, переходные металлы.
• Находить семейство по положению элемента в таблице (группа и подгруппа).
• Описывать характеристику элемента по плану: символ, положение, атомный номер, атомная масса, семейство, простое вещество.
• Считать протоны, нейтроны и электроны по атомному номеру и массе.

Разминка

• Что такое группа и что такое период в таблице Менделеева? Период — горизонтальный ряд, группа — вертикальный столбец. Всего 7 периодов и 8 групп.
• Что значит число под символом элемента, например 11 у натрия? Это порядковый (атомный) номер: число протонов в ядре и электронов в атоме.
• Почему родственники в одной семье часто похожи? У них общие «гены». У элементов похожесть тоже есть, и сегодня выясним, откуда она берётся.

💡 В классе у каждого своя парта, но ряды сидят вместе. Так и в таблице: элементы одного столбца ведут себя похоже, как друзья из одной компании.

Разбираемся

Что такое семейство элементов

Если элементы похожи по химическим и физическим свойствам, их объединяют в естественное семейство (семейство сходных элементов). Обычно семья занимает один столбец таблицы, то есть одну группу.

📌 Семейство элементов — это группа элементов со сходными свойствами. Если знаешь свойства одного члена семьи, можешь предсказать свойства остальных.

Такая подсказка помогала даже учёным: по сходству они предсказывали, какими будут ещё не открытые элементы. Сегодня познакомимся с четырьмя семьями.

Щелочные металлы: самые «заводные»

Группа IA. Сюда входят литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr.

Это самые активные металлы. Они очень мягкие и пластичные: натрий и калий легко режутся ножом. Но из-за огромной активности их хранят под слоем керосина или машинного масла. С водой они реагируют бурно, иногда со взрывом, и получаются щёлочи. Отсюда и название семьи.

🌟 Самый активный из них франций, «король металлов». Он радиоактивен и так редок, что в земной коре его одновременно считанные граммы.

Есть закономерность: чем больше порядковый номер щелочного металла, тем ниже температуры плавления и кипения, и тем мягче металл. Причина простая: атомы становятся крупнее.

⚠️ Опыты со щелочными металлами проводят только в кабинете химии, с учителем, в защитных очках и на небольших кусочках. Дома и самому с натрием или калием работать нельзя: можно получить ожог и пожар.

Галогены: «рождающие соли»

Группа VIIA (17). Фтор F, хлор Cl, бром Br, йод I и астат At. Это самые активные неметаллы, и самый активный среди них фтор, «король неметаллов». Хранят их в закрытой посуде, потому что они опасны.

У галогенов разные цвета и состояния:

С металлами галогены бурно реагируют и образуют соли. Отсюда название «галогены» («солерождающие»). С водородом они дают кислоты, например соляную.

🌟 Обычная поваренная соль NaCl — это встреча двух героев: щелочного металла натрия и галогена хлора. Каждый по отдельности опасен, а вместе они дают соль, которую добывают, например, из озёр Казахстана. Химия умеет превращать «опасных» в «безобидных».

🌟 Хлор используют для обеззараживания воды, и городская вода в кране Алматы тоже очищается хлором. Он убивает микробов. А йод, открытый благодаря коту французского учёного Куртуа, до сих пор лежит в домашней аптечке (зелёнка и йодная настойка).

Инертные газы: ни с кем не дружат

Группа VIIIA (18). Гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe и радон Rn. Это самые неактивные неметаллы, все они газы. Их называют ещё благородными газами: как аристократы, они почти ни с кем не вступают в реакции.

Это не мешает им работать:

• гелий наполняет воздушные шары и аэростаты (он негорючий, в отличие от взрывоопасного водорода);
• неон и аргон светятся в рекламных вывесках;
• аргон защищает металл при сварке;
• криптон и ксенон применяют в лампах, фарах и лазерах;
• радон радиоактивен, его используют в медицине (при строгом контроле).

🌟 После катастрофы дирижабля «Гинденбург» в 1937 году водород в воздушных аппаратах заменили гелием: он лёгкий и не горит. Рекламные огни над проспектом в Астане или Алматы по вечерам частично светятся благодаря неону.

Переходные металлы: рабочие лошадки

Металлы побочных подгрупп. Сюда входят золото Au, серебро Ag, медь Cu, платина Pt и многие другие. Они хорошо проводят тепло и электричество и плавятся при высоких температурах. Исключение — ртуть Hg, единственный жидкий металл.

Переходные металлы часто служат катализаторами: веществами, которые меняют скорость реакции, но сами при этом не расходуются. Катализаторы помогают заводам выпускать больше продукции.

🌟 Медь из Жезказгана, хром из Актюбинской области, золото казахстанских месторождений — всё это переходные металлы. Именно из меди сделаны провода у тебя дома: она отлично проводит ток.

👨‍👩‍👧 Родителю. Попросите ребёнка найти на кухне предметы из меди, железа и алюминия и объяснить, почему кастрюли делают из металла. Заодно проверьте: ребёнок называет металлы по символам? Это закрепляет таблицу лучше зубрёжки.

Как не запутаться в семьях

⚠️ Частая ошибка. Водород стоит в таблице в первой группе, но к щелочным металлам не относится: это газ-неметалл. И ещё: «инертные» не значит «ни на что не годные», они очень полезны.

Проверь, как понял

Проверь себя

• Что такое семейство химических элементов? Это группа элементов со сходными свойствами, обычно одна группа таблицы.
• Почему щелочные металлы так назвали? При реакции с водой они образуют щёлочи.
• Почему галогенов называют «солерождающими»? С металлами они реагируют бурно и дают соли.
• Как меняется температура плавления у щелочных металлов сверху вниз? Уменьшается: у лития 180 °C, у калия 64 °C, у цезия 29 °C.
• Чем отличается ртуть от других переходных металлов? Она единственная жидкая при комнатной температуре.

Решаем упражнения

📕 В таблице 11 у хлора температура кипения напечатана «−35 °C», а в задании 2 для проверки даны «−34 °C» (то есть для хлора). Справочное значение — около −34 °C, так что в таблице 11 правильнее «−34».

№ 1

Назови известные семейства элементов. Почему они так называются?

Как думать. Вспомни четыре семьи из урока и подумай, по какому признаку названа каждая.

Пример ответа.

• Щелочные металлы (группа IA): реагируют с водой и образуют щёлочи.
• Галогены (группа VIIA): «солерождающие», с металлами дают соли.
• Инертные (благородные) газы (группа VIIIA): почти не вступают в реакции, «инертные» значит «бездеятельные».
• Переходные металлы (побочные подгруппы): стоят в таблице между главными подгруппами, как бы «переходят» от одних к другим.

Ответ: щелочные металлы, галогены, инертные газы, переходные металлы; названия связаны с самым характерным свойством семьи.

№ 2

Дополни таблицу физических свойств галогенов данными: −34 °C, 114 °C, 59 °C. Заполни агрегатное состояние при комнатной температуре и недостающие температуры для хлора, брома и йода.

Как думать. Три числа подходят к трём пустым клеткам. Бром плавится при −7 °C, значит кипит при более высокой температуре, 59 °C. У йода плавление выше, чем кипение у других, значит, 114 °C. Остаётся −34 °C для кипения хлора.

Решение.

Проверка: у каждого вещества кипение выше плавления. Состояние при +20 °C: хлор кипит уже при −34, значит, при комнатной температуре это газ; бром уже расплавился, но ещё не кипит, значит, жидкость; йод ещё не расплавился, значит, твёрдый.

Ответ: хлор: газ, −101 и −34; бром: жидкость, −7 и 59; йод: твёрдое вещество, 114 и 184.

№ 3

Составь характеристику франция по плану. Данные для щелочных металлов даны в таблице: литий (3; 180 °C), натрий (11; 98), калий (19; 64), рубидий (37; 39), цезий (55; 29). Пункты а)–е).

Как думать. Франций — последний член семьи щелочных металлов, значит, он в группе IA, а период — седьмой, самый нижний.

Решение.

• а) Символ Fr. Положение: 7-й период, IA группа (главная подгруппа).
• б) Атомный номер 87. Относительная атомная масса около 223 (самый долгоживущий изотоп).
• в) Семейство: щелочные металлы.
• г) Простое вещество: металл франций Fr. Радиоактивный, очень редкий и самый активный металл.
• д) С водой образуется сложное вещество гидроксид франция (щёлочь) и водород:

словесно: франций + вода → гидроксид франция + водород

2Fr+2H₂O→2FrOH+H₂

• е) График: по оси X откладываем атомные номера 3, 11, 19, 37, 55, по оси Y температуры плавления 180, 98, 64, 39, 29. Линия плавно идёт вниз и выравнивается. Для номера 87 она опускается до 20-25 °C.

Ответ: Fr, 7-й период, IA группа; номер 87, A_r≈223; щелочной металл; при реакции с водой образует FrOH и H₂; температура плавления по графику примерно 20-25 °C.

№ 4

Составь характеристику астата: а) символ и положение; б) атомный номер и атомная масса; в) семейство; г) простое вещество; д) агрегатное состояние.

Как думать. Астат — последний галоген, значит, он в VIIA группе, но внизу, в 6-м периоде.

Решение.

• а) Символ At. Положение: 6-й период, VIIA группа (17).
• б) Атомный номер 85. Относительная атомная масса около 210.
• в) Семейство галогенов.
• г) Простое вещество: астат At₂ (по аналогии с Cl₂ и I₂), радиоактивный неметалл.
• д) У фтора и хлора газ, у брома жидкость, у йода твёрдое вещество: так по ряду вниз вещество «тяжелеет». Значит, астат при комнатной температуре, скорее всего, твёрдое вещество, чёрного или тёмного цвета.

Ответ: At, 6-й период, VIIA группа; номер 85, A_r≈210; галоген; простое вещество At₂; твёрдое вещество.

№ 5

По таблице определи характеристики атомов: Na (номер 11, масса 23), S (16; 32), H (1; 1), Mg (12; 24), Al (13; 27), Ca (20; 40). а) Атом какого элемента содержит 13 электронов? б) Какой атом не содержит нейтронов? в) Какие три атома содержат равное число протонов, нейтронов и электронов? г) Какие два атома имеют равное число нейтронов? д) Какие атомы имеют равное число протонов и электронов?

Как думать. Номер элемента = число протонов = число электронов. Нейтроны = атомная масса − номер. Посчитаем для всех сразу.

Решение.

• а) 13 электронов у алюминия Al.
• б) Нет нейтронов у водорода H.
• в) p=n=e: сера (16, 16, 16), магний (12, 12, 12), кальций (20, 20, 20).
• г) По 12 нейтронов у натрия Na и магния Mg.
• д) Все атомы: атом электрически нейтрален, поэтому протонов и электронов у него поровну.

Ответ: а) Al; б) H; в) S, Mg, Ca; г) Na и Mg; д) все атомы.

№ 6

Атом любого элемента записывают схемой ^Y_ZX. Что означают X, Y, Z?

Как думать. Вспомни запись, например, натрия ²³₁₁Na.

Пример ответа.

• X — химический символ элемента (в примере Na).
• Y — массовое число, то есть число протонов плюс число нейтронов; примерно равно относительной атомной массе (в примере 23).
• Z — заряд ядра, он же порядковый номер элемента и число протонов (в примере 11).

Число нейтронов: Y-Z=23-11=12.

Ответ: X — символ, Y — массовое число (протоны + нейтроны), Z — число протонов (порядковый номер).

Шпаргалка

• Типичный металл — щелочной, типичный неметалл — галоген.
• У щелочных металлов сверху вниз температуры плавления падают.
• Фтор — король неметаллов, франций — король металлов.
• Катализатор меняет скорость реакции, но сам не расходуется.
• Число протонов = число электронов = порядковый номер.

Мини-тест