Періодична система (таблиця Менделєєва). Частина 2

← Назад до змісту довідника

Леткі сполуки з Гідрогеном: сутність та базове правило

Летка сполука з Гідрогеном — це бінарна газоподібна або летка сполука хімічного елемента з Гідрогеном за звичайних умов.

💡 Метали летких сполук з Гідрогеном не утворюють! Ця властивість притаманна виключно неметалам.

Для визначення індексу (кількості атомів) Гідрогену у формулі леткої сполуки використовується розрахункова формула:

$\text{Кількість атомів Н} = 8 - \text{номер групи елемента}$

Алгоритм складання формули для Нітрогену ( $\mathrm{N}$ ):

Записуємо символи елементів поруч: $\mathrm{N}\mathrm{H}$ ;
Знаходимо Нітроген у періодичній системі — він розташований у $\mathrm{V}$ групі;
Обчислюємо індекс Гідрогену: $8 - 5 = 3$ ;
Отримуємо готову формулу: $\mathrm{NH_3}$ .

Розрахунок індексів летких сполук для неметалів

Неметал	Група періодичної системи	Розрахунок індексу Гідрогену ( $8 - \text{номер групи}$ )	Формула леткої сполуки
Карбон ( $\mathrm{C}$ )	$\mathrm{IV}$	$8 - 4 = 4$	$\mathrm{CH_4}$
Силіцій ( $\mathrm{Si}$ )	$\mathrm{IV}$	$8 - 4 = 4$	$\mathrm{SiH_4}$
Нітроген ( $\mathrm{N}$ )	$\mathrm{V}$	$8 - 5 = 3$	$\mathrm{NH_3}$
Фосфор ( $\mathrm{P}$ )	$\mathrm{V}$	$8 - 5 = 3$	$\mathrm{PH_3}$
Оксиген ( $\mathrm{O}$ )	$\mathrm{VI}$	$8 - 6 = 2$	$\mathrm{H_2O}$
Сульфур ( $\mathrm{S}$ )	$\mathrm{VI}$	$8 - 6 = 2$	$\mathrm{H_2S}$
Селен ( $\mathrm{Se}$ )	$\mathrm{VI}$	$8 - 6 = 2$	$\mathrm{H_2Se}$
Флуор ( $\mathrm{F}$ )	$\mathrm{VII}$	$8 - 7 = 1$	$\mathrm{HF}$
Хлор ( $\mathrm{Cl}$ )	$\mathrm{VII}$	$8 - 7 = 1$	$\mathrm{HCl}$

Послідовність розташування символів елементів у формулі залежить від групи періодичної системи:

Для елементів $\mathrm{IV}$ та $\mathrm{V}$ груп (Карбон, Силіцій, Нітроген, Фосфор, Арсен), а також для Бору ( $\mathrm{B}$ ) на першому місці записується сам елемент: $\mathrm{CH_4}$ , $\mathrm{SiH_4}$ , $\mathrm{NH_3}$ , $\mathrm{PH_3}$ , $\mathrm{AsH_3}$ , $\mathrm{BH_3}$ .
Для елементів $\mathrm{VI}$ та $\mathrm{VII}$ груп (Оксиген, Сульфур, Селен, Флуор, Хлор) на першому місці записується символ Гідрогену: $\mathrm{H_2O}$ , $\mathrm{H_2S}$ , $\mathrm{H_2Se}$ , $\mathrm{HF}$ , $\mathrm{HCl}$ .

💡 Якщо стоїть завдання скласти летку сполуку з Гідрогеном для металічного елемента (наприклад, Натрію $\mathrm{Na}$ чи Кальцію $\mathrm{Ca}$ ), відповідь однозначна: метали летких сполук з Гідрогеном не утворюють.

Загальні формули сполук у періодичній системі

У короткоперіодному варіанті таблиці Менделєєва внизу кожної групи зазначені загальні формули вищих оксидів і летких сполук з Гідрогеном, де символ $\mathrm{R}$ позначає будь-який хімічний елемент відповідної групи.

Група елемента	$\mathrm{IA}$	$\mathrm{IIA}$	$\mathrm{IIIA}$	$\mathrm{IVA}$	$\mathrm{VA}$	$\mathrm{VIA}$	$\mathrm{VIIA}$	$\mathrm{VIIIA}$
Формула вищого оксиду	$\mathrm{R_2O}$	$\mathrm{RO}$	$\mathrm{R_2O_3}$	$\mathrm{RO_2}$	$\mathrm{R_2O_5}$	$\mathrm{RO_3}$	$\mathrm{R_2O_7}$	$\mathrm{RO_4}$
Формула леткої сполуки з Гідрогеном	—	—	—	$\mathrm{RH_4}$	$\mathrm{RH_3}$	$\mathrm{H_2R}$	$\mathrm{HR}$	—

Використання загальних формул для ідентифікації елемента:

Формула леткої сполуки $\mathrm{RH_3}$ вказує на те, що індекс Гідрогену дорівнює 3 ( $8 - 5 = 3$ ), тобто елемент належить до $\mathrm{V}$ групи ( $\mathrm{N}$ , $\mathrm{P}$ , $\mathrm{As}$ ).
Формула вищого оксиду $\mathrm{R_2O_5}$ відповідає елементам $\mathrm{V}$ групи: $\mathrm{N_2O_5}$ , $\mathrm{P_2O_5}$ .
Формула вищого оксиду $\mathrm{RO_3}$ відповідає елементам $\mathrm{VI}$ групи: $\mathrm{SO_3}$ , $\mathrm{SeO_3}$ .

Вищі гідроксиди елементів

Вищий гідроксид — це гідрат вищого оксиду, в якому елемент зберігає своє найвище значення валентності:

Для металічних елементів вищий гідроксид є основою або амфотерним гідроксидом. Кількість гідроксильних груп $\mathrm{OH}$ $OH$ дорівнює валентності металу:
- Натрію ( $\overset{\mathrm{I}}{\mathrm{Na}}$ ) відповідає вищий гідроксид $\mathrm{NaOH}$ ;
- Магнію ( $\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Mg}}$ ) відповідає вищий гідроксид $\mathrm{Mg(OH)_2}$ ;
- Алюмінію ( $\overset{\mathrm{III}}{\mathrm{Al}}$ ) відповідає вищий гідроксид $\mathrm{Al(OH)_3}$ .
Для неметалічних елементів вищим гідроксидом є відповідна оксигеновмісна кислота, в якій неметал проявляє свою вищу валентність:
- Оксиду Карбону(IV) $\overset{\mathrm{IV}}{\mathrm{C}}\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}_2$ відповідає карбонатна кислота $\mathrm{H_2CO_3}$ ;
- Оксиду Нітрогену(V) $\overset{\mathrm{V}}{\mathrm{N}}_2\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}_5$ відповідає нітратна кислота $\mathrm{HNO_3}$ ;
- Оксиду Сульфуру(VI) $\overset{\mathrm{VI}}{\mathrm{S}}\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}_3$ відповідає сульфатна кислота $\mathrm{H_2SO_4}$ ;
- Оксиду Силіцію(IV) $\overset{\mathrm{IV}}{\mathrm{Si}}\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}_2$ відповідає силікатна кислота $\mathrm{H_2SiO_3}$ ;
- Оксиду Фосфору(V) $\overset{\mathrm{V}}{\mathrm{P}}_2\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}_5$ відповідає ортофосфатна кислота $\mathrm{H_3PO_4}$ .

💡 Якщо потрібно скласти формулу гідроксиду для менш знайомого неметалу, орієнтуйтеся на формулу кислоти типового неметалу тієї самої групи:

Арсен ( $\mathrm{As}$ ) розміщений у $\mathrm{V}$ групі під Фосфором: вищому оксиду $\mathrm{As_2O_5}$ відповідає арсенатна кислота $\mathrm{H_3AsO_4}$ (аналог $\mathrm{H_3PO_4}$ ).

Селен ( $\mathrm{Se}$ ) розміщений у $\mathrm{VI}$ групі під Сульфуром: вищому оксиду $\mathrm{SeO_3}$ відповідає селенатна кислота $\mathrm{H_2SeO_4}$ (аналог $\mathrm{H_2SO_4}$ ).

Характеристики хімічного елемента

Для повної характеристики хімічного елемента за його положенням у таблиці Менделєєва визначають його координати, числові параметри та формули сполук.

Завдання полягає у заповненні пропущених характеристик у таблиці за одним або двома відомими параметрами:

Символ елемента	Атомний номер	Відносна атомна маса ( $A_r$ )	Номер і тип групи	Номер періоду	Формула вищого оксиду	Формула вищого гідроксиду
$\mathrm{Ca}$
	$13$
		$79$
			$\mathrm{VA}$	$2$
						$\mathrm{KOH}$
					$\mathrm{As_2O_5}$

Покрокове заповнення таблиці:

Задано Кальцій ( $\mathrm{Ca}$ ):
- Атомний номер: менше з двох чисел у клітинці — $20$ .
- Відносна атомна маса ( $A_r$ ): більше число — $40$ .
- Група та період: $\mathrm{IIA}$ група, 4 період.
- Вищий оксид: валентність Кальцію $\mathrm{II}$ , Оксигену $\mathrm{II}$ — $\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Ca}}\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$ , тобто $\mathrm{CaO}$ .
- Вищий гідроксид: оксиду $\mathrm{CaO}$ відповідає основа $\mathrm{Ca(OH)_2}$ .
- Летка сполука з Гідрогеном: відсутня (Кальцій — метал).
Задано атомний номер $13$ :
- Символ елемента: порядковому номеру $13$ відповідає Алюміній ( $\mathrm{Al}$ ).
- Відносна атомна маса ( $A_r$ ): округлюємо $26{,}98$ до $27$ .
- Група та період: $\mathrm{IIIA}$ група, 3 період.
- Вищий оксид: валентність Алюмінію $\mathrm{III}$ , Оксигену $\mathrm{II}$ — $\overset{\mathrm{III}}{\mathrm{Al}}_2\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}_3$ , тобто $\mathrm{Al_2O_3}$ .
- Вищий гідроксид: оксиду $\mathrm{Al_2O_3}$ відповідає амфотерний гідроксид $\mathrm{Al(OH)_3}$ .
- Летка сполука з Гідрогеном: відсутня (Алюміній — метал).
Задано відносну атомну масу $79$ :
- Символ елемента: маса близько $79$ відповідає Селену ( $\mathrm{Se}$ , округлення від $78{,}96$ ).
- Атомний номер: $34$ .
- Група та період: $\mathrm{VIA}$ група, 4 період.
- Вищий оксид: валентність Селену $\mathrm{VI}$ , Оксигену $\mathrm{II}$ — $\overset{\mathrm{VI}}{\mathrm{Se}}_2\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}_6$ , після скорочення індексів на 2 отримуємо $\mathrm{SeO_3}$ .
- Вищий гідроксид: оксиду $\mathrm{SeO_3}$ відповідає селенатна кислота $\mathrm{H_2SeO_4}$ (аналог $\mathrm{H_2SO_4}$ ).
- Летка сполука з Гідрогеном: неметал $\mathrm{VI}$ групи, розраховуємо індекс: $8 - 6 = 2$ , отже $\mathrm{H_2Se}$ .
Задано групу $\mathrm{VA}$ і 2 період:
- Символ елемента: на перетині $\mathrm{VA}$ групи та 2 періоду розташований Нітроген ( $\mathrm{N}$ ).
- Атомний номер: $7$ .
- Відносна атомна маса ( $A_r$ ): $14$ .
- Вищий оксид: валентність Нітрогену $\mathrm{V}$ , Оксигену $\mathrm{II}$ — $\overset{\mathrm{V}}{\mathrm{N}}_2\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}_5$ .
- Вищий гідроксид: оксиду $\mathrm{N_2O_5}$ відповідає нітратна кислота $\mathrm{HNO_3}$ .
- Летка сполука з Гідрогеном: неметал $\mathrm{V}$ групи, розраховуємо індекс: $8 - 5 = 3$ , отже $\mathrm{NH_3}$ .
Задано вищий гідроксид $\mathrm{KOH}$ :
- Символ елемента: до складу входить Калій ( $\mathrm{K}$ ).
- Атомний номер: $19$ .
- Відносна атомна маса ( $A_r$ ): $39$ .
- Група та період: $\mathrm{IA}$ група, 4 період.
- Вищий оксид: валентність Калію $\mathrm{I}$ , Оксигену $\mathrm{II}$ — $\overset{\mathrm{I}}{\mathrm{K}}_2\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$ , тобто $\mathrm{K_2O}$ .
- Летка сполука з Гідрогеном: відсутня (Калій — метал).
Задано вищий оксид $\mathrm{As_2O_5}$ :
- Символ елемента: до складу входить Арсен ( $\mathrm{As}$ ).
- Атомний номер: $33$ .
- Відносна атомна маса ( $A_r$ ): $75$ .
- Група та період: $\mathrm{VA}$ група, 4 період.
- Вищий гідроксид: оксиду $\mathrm{As_2O_5}$ відповідає арсенатна кислота $\mathrm{H_3AsO_4}$ (аналог $\mathrm{H_3PO_4}$ ).
- Летка сполука з Гідрогеном: неметал $\mathrm{V}$ групи, розраховуємо індекс: $8 - 5 = 3$ , отже $\mathrm{AsH_3}$ .

Заповнена підсумкова таблиця:

Символ елемента	Атомний номер	Відносна атомна маса ( $A_r$ )	Номер і тип групи	Номер періоду	Формула вищого оксиду	Формула вищого гідроксиду	Летка сполука з Гідрогеном
$\mathrm{Ca}$	$20$	$40$	$\mathrm{IIA}$	$4$	$\mathrm{CaO}$	$\mathrm{Ca(OH)_2}$	— (не утворює)
$\mathrm{Al}$	$13$	$27$	$\mathrm{IIIA}$	$3$	$\mathrm{Al_2O_3}$	$\mathrm{Al(OH)_3}$	— (не утворює)
$\mathrm{Se}$	$34$	$79$	$\mathrm{VIA}$	$4$	$\mathrm{SeO_3}$	$\mathrm{H_2SeO_4}$	$\mathrm{H_2Se}$
$\mathrm{N}$	$7$	$14$	$\mathrm{VA}$	$2$	$\mathrm{N_2O_5}$	$\mathrm{HNO_3}$	$\mathrm{NH_3}$
$\mathrm{K}$	$19$	$39$	$\mathrm{IA}$	$4$	$\mathrm{K_2O}$	$\mathrm{KOH}$	— (не утворює)
$\mathrm{As}$	$33$	$75$	$\mathrm{VA}$	$4$	$\mathrm{As_2O_5}$	$\mathrm{H_3AsO_4}$	$\mathrm{AsH_3}$

Завдання для самоконтролю (Домашнє завдання)

Завдання 1. Заповніть порожні клітинки таблиці:

Символ елемента	Атомний номер	Відносна атомна маса	Період	Група	Формула вищого гідроксиду
$\mathrm{Mg}$
			3	$\mathrm{VA}$
		35,5
	16
					$\mathrm{LiOH}$
			4	$\mathrm{IIA}$
		12

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 1

Заповнена таблиця характеристик елементів:

Символ елемента	Атомний номер	Відносна атомна маса	Період	Група	Формула вищого оксиду	Формула вищого гідроксиду	Формула леткої сполуки з Гідрогеном
$\mathrm{Mg}$	12	24	3	$\mathrm{IIA}$	$\mathrm{MgO}$	$\mathrm{Mg(OH)_2}$	—
$\mathrm{P}$	15	31	3	$\mathrm{VA}$	$\mathrm{P_2O_5}$	$\mathrm{H_3PO_4}$	$\mathrm{PH_3}$
$\mathrm{Cl}$	17	35,5	3	$\mathrm{VIIA}$	$\mathrm{Cl_2O_7}$	$\mathrm{HClO_4}$	$\mathrm{HCl}$
$\mathrm{S}$	16	32	3	$\mathrm{VIA}$	$\mathrm{SO_3}$	$\mathrm{H_2SO_4}$	$\mathrm{H_2S}$
$\mathrm{Li}$	3	7	2	$\mathrm{IA}$	$\mathrm{Li_2O}$	$\mathrm{LiOH}$	—
$\mathrm{Ca}$	20	40	4	$\mathrm{IIA}$	$\mathrm{CaO}$	$\mathrm{Ca(OH)_2}$	—
$\mathrm{C}$	6	12	2	$\mathrm{IVA}$	$\mathrm{CO_2}$	$\mathrm{H_2CO_3}$	$\mathrm{CH_4}$

Завдання 2. Проста речовина якого з елементів виявляє більш виражені неметалічні властивості:

$\mathrm{N}$ чи $\mathrm{C}$
$\mathrm{Br}$ чи $\mathrm{Cl}$
$\mathrm{Se}$ чи $\mathrm{As}$
$\mathrm{O}$ чи $\mathrm{Si}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 2

Неметалічні властивості простих речовин посилюються в періодах зліва направо, а в головних підгрупах — знизу вгору:

$\mathrm{N}$ чи $\mathrm{C}$ — $\mathrm{N}$ (Нітроген розташований правіше в одному періоді);
$\mathrm{Br}$ чи $\mathrm{Cl}$ — $\mathrm{Cl}$ (Хлор розташований вище в одній групі);
$\mathrm{Se}$ чи $\mathrm{As}$ — $\mathrm{Se}$ (Селен розташований правіше в одному періоді);
$\mathrm{O}$ чи $\mathrm{Si}$ — $\mathrm{O}$ (Оксиген розташований вище і правіше).

Завдання 3. Проста речовина якого з елементів виявляє більш виражені металічні властивості:

$\mathrm{Li}$ чи $\mathrm{Be}$
$\mathrm{Ba}$ чи $\mathrm{Ca}$
$\mathrm{Al}$ чи $\mathrm{Mg}$
$\mathrm{K}$ чи $\mathrm{Li}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 3

Металічні властивості простих речовин посилюються в періодах справа наліво, а в головних підгрупах — зверху вниз:

$\mathrm{Li}$ чи $\mathrm{Be}$ — $\mathrm{Li}$ (Літій розташований лівіше в одному періоді);
$\mathrm{Ba}$ чи $\mathrm{Ca}$ — $\mathrm{Ba}$ (Барій розташований нижче в одній групі);
$\mathrm{Al}$ чи $\mathrm{Mg}$ — $\mathrm{Mg}$ (Магній розташований лівіше в одному періоді);
$\mathrm{K}$ чи $\mathrm{Li}$ — $\mathrm{K}$ (Калій розташований нижче в одній групі).

← Назад до змісту довідника