12. Химия элементов. Общие свойства металлов (1097082)
Текст из файла
12. Химия элементов. Общие свойства металлов.Подавляющее большинство химических элементов – металлы. Неметаллызанимают в Периодической таблице лишь небольшую правую верхнюю часть.Л.Полинг писал [ 1 ]: “Металл можно определить как вещество, хорошо проводящееэлектричество и теплоту, отличающееся характерным блеском, который называетсяметаллическим; из металлов можно ковать листы (благодаря особому свойству –ковкости) и вытягивать проволоку (благодаря пластичности); дополнительно можноотметить, что электропроводность таких веществ возрастает с понижением температуры....Можно утверждать, что одной из характерных особенностей металла является то,что каждый атом имеет много соседних атомов; число кратчайших расстояний междуатомами превышает число валентных электронов”.Наиболее ковкий и пластичный металл – золото.
Из него получаютполупрозрачную (голубоватую на просвет) фольгу толщиной 0,0002 мм, а из 1 г золотаможно вытянуть проволоку диаметром 0,002 мм и длиной 3420 м.Главная особенность металлов – относительно слабая связь внешних электронов сатомом. Эти внешние электроны становятся общими для нескольких рядомрасположенных атомов металла. Поэтому металлы можно условно представить как облакоэлектронов, внутри которого находится кристаллическая решетка из атомов.
Общимэлектронным облаком объясняются характерные свойства металлов – отражение видимогосвета (блеск), электро- и теплопроводность. Ковкость и пластичность тоже связаны соспособностью общих электронов удерживать рядом атомы металлов даже призначительных деформациях.13. Щелочные металлы. НатрийСамыми «металлическими» являются элементы главной подгруппы первой группыПериодической таблицы – щелочные металлы литий, натрий, калий, рубидий и цезий.Элемент франций из-за сильной радиоактивности невозможно получить в компактномвиде – он испарится благодаря выделению энергии радиоактивного распада.Свойства щелочных металловLiNaK0Температура плавления, С1809864Температура кипения, 0С1345883774Радиус атома, пм (10-12 м)155189236+Радиус иона Э , пм6898133Плотность, г/см30,530,970,86Продукт горения в O2Li2ONa2O2KO2Rb38,46882481491,53RbO2Cs28,46782681651,88CsO2Металлические литий, натрий и калий получают электролизом расплава их солей(хлоридов).
Все щелочные металлы хранят без доступа воздуха и следов воды – обычнопод слоем чистого керосина.1. Полинг, Лайнус Карл (Pauling, Linus Carl) (1901–1994), американский химик и физик, удостоенный в 1954Нобелевской премии по химии за исследования природы химической связи и определение структурыбелков. Лауреат Нобелевской премии мира, присужденной ему за борьбу против испытаний ядерногооружия (1962). Полинг Л. Общая химия 3-е изд.
– М.: Мир, 1974. – 846 с., с.506-50735Натрий – типичный щелочной металл.Получение натрия:электролиз расплава хлорида натрия2 NaCl = 2 Na + Cl2Натрий мягкий, легко режется ножом, его можно мять руками (в перчатках!). Онбурно реагирует с водой, образуя гидроксид натрия и водород:2 Na + 2 H2O = 2 NaOH + H2При реакции с водой натрий плавится, шарик натрия (до 0,5 г) «бегает» по поверхностиводы. Если в воду поместить 1 г натрия и более, происходит взрыв.Гидроксид натрия NaOH (едкий натр) – сильное основание (щелочь), т.е.полностью диссоциирует в воде.
Применяется в быту в составе средств для промывкиканализационных труб.Следует помнить, что щелочи и их растворы опасны для кожи и особенно для глаз.При горении натрия на воздухе образуется не оксид Na2O, а пероксид Na2O2 :2 Na + O2 = Na2O2Наиболее часто в быту мы встречаемся с содержащими натрий поваренной сольюNaCl и с содой.Содами называют соединения натрия различного состава:а) кальцинированная сода, безводная сода, бельевая сода или просто сода –карбонат натрия Na2CO3;б) кристаллическая сода – кристаллогидрат карбоната натрия Na2CO3.10H2O;в) двууглекислая или питьевая сода – гидрокарбонат натрия NaHCO3;г) гидроксид натрия NaOH иногда называют каустической содой или каустиком (отгреческого καυστικοζ – каустикос – жгучий, едкий).14.
Галогены. ХлорВ состав поваренной соли входит, кроме типичного элемента-маталла натрия,типичный элемент-неметалл хлор. Хлор относится к галогенам (от греческого ἁλός —«соль», и γεννάω — «рождать»). К галогенам относятся элементы главной подгруппыседьмой группы – фтор, хлор, бром и иод.
Теоретические расчеты показывают, чторадиоактивный астат скорее относится к металлам.Свойства молекулярных галогенов Э2Молекула галогенаF2Cl20Температура плавления, С-223-101,40Температура кипения, С-188-34Межъядерное расстояние, 10-12 м (пм)142199Энтальпия диссоциации Э2 = 2 Э, кДж/моль151243Br2-7,258,2228199I2113,6184,5267151При комнатной температуре фтор и хлор – газы, бром – жидкость, иод – твердый.Молекулы галогенов состоят из двух атомов.Хлор – типичный галоген, получен в свободном виде первым из галогенов в 1774 гК.Шееле [ 2 ] по реакции соляной кислоты с двуокисью марганца:2 Шееле (Scheele) Карл Вильгельм (1742 — 1786), шведский химик, член Королевской шведской АН (1775).По образованию и профессии фармацевт. Работал в аптеках различных городов Швеции, где и проводилхимические исследования (с 1757). Ш. открыл многие неорганические и органические вещества. Показал,что пиролюзит (природная двуокись марганца) — соединение неизвестного металла (1774).
Получил хлор(действием на пиролюзит соляной кислоты при нагревании, 1774)36MnO2 + 4 HCl = MnCl2 + Cl2 + 2 H2OВ настоящее время хлор получают в промышленности при электролизе растворов ирасплавов хлоридов щелочных металлов.Хлор – желтовато-зеленый газ с резким запахом, чрезвычайно активен. В хлорезагораются слегка подогретые железо и медь:2 Fe + 3 Cl2 = 2 FeCl3Cu + Cl2 = CuCl2При взаимодействии хлора с гидроксидом кальция («гашеной известью»)получается средство для отбеливания и дезинфекции – хлорид-гипохлорит кальция(«хлорная известь», «хлорка»):2 Ca(OH)2 + 2 Cl2 = Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2 H2OВ состав многих бытовых отбеливателей, содержащих «активный хлор», входитгипохлорит натрия NaClО. Гипохлориты – соли неустойчивой гипохлористой кислотыHClO. Существуют и другие кислородные кислоты хлора, из которых устойчива толькохлорная HClO4 – одна из самых сильных неорганических кислот.Кислородные кислоты хлораКислотагипохлористаяХлористаяхлорноватаяхлорнаяСольгипохлоритХлоритхлоратперхлоратФормулаHClOHClO2HClO3HClO4–8–2Конст.
дисс. Ка3,4*101,1*10101010Рост силы к-ты------------------------------------------------------------------------>>Рост силы ок-ля<<-----------------------------------------------------------------------Соль хлорноватой кислоты – хлорат калия (бертолетова соль) KClO3 используется вспичках (около 50% состава спичечной головки) и капсюлях-воспламенителях.Главный компонент современных твердых ракетных топлив (65-75% от составаТРТ) – перхлорат аммония NH4ClO4 . Пример реакции горения ТРТ:6 NH4ClO4 + 10 Al = 3 N2 + 9 H2O + 6 HCl + 5 Al2O3Перхлорат магния Mg(ClO4)2 используется в сельском хозяйстве как дефолиант –средство, способствующее сбрасыванию листьев растениями.В быту широко применяется пластмасса – поливинилхлорид (или полихлорвинил,ПВХ).
Из него изготовляют пластиковые рамы для окон со стеклопакетами, моющиесяобои, электроизоляцию и т.д. Молекула поливинилхлорида – это звено (-CH2-CHCl-) ,повторяющееся сотни тысяч раз.Следует помнить, что при горении ПВХ в недостатке кислорода образуютсячрезвычайно ядовитые фосген COCl2 и диоксины – вещества из ряда тетрахлордифенилов:Поэтому пожары в современных зданиях опасны прежде всего ядовитымипродуктами горения.
Если сжигать пластмассы в избытке топлива (дров) на свежемвоздухе, ядовитые продукты практически не образуются.3715. Элементы жизни. УглеродЕсли вспомнить построенный на основе 4-х квантовых чисел второй периодПериодической системы, то можно заметить особое свойство элемента С – углерода. Унего на внешнем уровне есть 4 электрона и тоже 4 клеточки-«орбитали».Рисунок 13 (1) Схема заполнения электронами внешнего уровняэлементов 1-го и 2-го периодов.Это означает, что возможно существование симметричной системы:↔Далее, можно предположить, что существование внешнего электронного уровня углеродав виде правой симметричной структуры позволит атомам создавать между собойбесконечное разнообразие связей за счет электронных пар, образованных неспареннымиэлектронами соседних углеродов.
В реальности так и происходит.Углерод существует не только в виде давно известных графита и алмаза, онобразует замкнутые фуллерены, вытянутые нанотрубки и бесконечные плоскостиграфена.Простейшие соединения углерода – карбиды.К ним относится карбид кальция CaC2 . Его получают, нагревая оксид кальция с углем вэлектрической дуге:CaO + 3 C = CaC2 + COΔH0 = +462 кДжCaC2 + 2 H2O = Ca(OH)2 + C2H2В технике применяют карбиды титана TiC, вольфрама W2C (твердые сплавы),кремния SiC (карборунд – в качестве абразива и материала для нагревателей).Неорганические соединения углерода с азотом и кислородомВ промышленности получают цианамид кальция, нагревая карбид в атмосфереазота:CaC2 + N2 = CaCN2 + CΔH0 = - 301 кДжЦианамид применяют в качестве азотного удобрения, поскольку он гидролизуется(реагирует с водой) с образованием аммиака NH3 :CaCN2 + 3 H2O = CaCO3 + 2 NH3Цианиды (соли синильной кислоты HCN) получают при нагревании соды ватмосфере аммиака и угарного газа:Na2CO3 + 2 NH3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H2O + H2 + 2 CO2ΔH0 = +121 кДжСинильная кислота HCN – важный продукт химической промышленности, широкоприменяется в органическом синтезе.
Ее мировое производство достигает 200 тыс. т в год.38Электронное строение цианид-аниона аналогично оксиду углерода (II), такиечастицы называют изоэлектронными::C≡O:[:C≡N:]–Угарный газ СО и цианиды – сильные яды, их ядовитое действие объясняетсясвязыванием активных центров важных органических молекул, ответственных задыхание.Цианиды применяют при добыче золота, золото легко растворяется в разбавленномрастворе (0,1-0,2%) цианида на воздухе:2 Au + 4 KCN + H2O + 0,5 O2 = 2 K[Au(CN)2] + 2 KOHКарбонатыВажнейшие неорганические соединения углерода – соли угольной кислоты(карбонаты). H2CO3 – слабая кислота (К1дисс = 1,3*10-4; К2дисс = 5*10-11).
Карбонатыподдерживают углекислотное равновесие в атмосфере.При повышении кислотности мирового океана за счет растворения в водеуглекислого газа происходит растворение карбонатных пород (раковины, кораллы,меловые и известняковые отложения в океане:H+ + CO32- ↔ HCO3CaCO3(тв.) + CO2 + H2O ↔ Ca2+ + 2 HCO3Твердые карбонаты переходят в растворимые гидрокарбонаты, например гидрокарбонаткальция Са(НСО3)2 . Именно этот процесс химического растворения избыточногоуглекислого газа противодействует “парниковому эффекту” – глобальному потеплениюиз-за поглощения углекислым газом теплового излучения Земли39.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
