Дж. Хьюи - Неорганическая химия (Строение вещества и реационная способность) (1097100), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Многие проблемы, рассмотренные в книге, весьма актуальны и еще дискуссионны. При изложении материала больше внимания уделено тому, чтобы осветить разные аспекты неорганической химии, а не исчерпывающе рассмотреть предмет. Чтобы дать студентам верное представление о свойствах неорганических веществ и реакциях между ними, я базировался на принципах химической связи и строения молекул, помимо этого в книге содержится достаточное количество чисто «описательной» химии. В третьем издании усилено внимание к окислительно-восстановптельным свойствам соединений с использованием диаграмм Латимера, весьма полезных в этом случае, хотя ими и пренебрегают в последнее время.
Книга рассчитана на студентов, имеющих самую разную подготовку: как уже знакомых с физической, органической и даже с неорганической химией, так и на тех, для которых это будет первой встречей с неорганической химией или мало соприкасавшихся с теорией связи в других курсах химии.
Для последних введены разделы 2 — 4 об основах атомного и молекулярного строения веществ с точки зрения химика-неорганика. Хорошо подготовленные читатели могут их быстро просмотреть, как обзорный раздел, чтобы закрыть пробелы в своих знаниях, а затем перейти к разделам 5 — 7, включающим новый материал по твердому состоянию, строению и реакционной способности ковалентных соединений, межмолекулярным взаимодействиям и др. Разделы 8 — 11 представляют сердце неорганической химии — это теория кислотно-основного равновесия, химия раство. рителей н координационная химия.
Последующие пять разделов книги совершенно независимы друг от друга. Они содержат обзор новейших достижений химии отдельных групп элементов (благородных газов, галогенов, переходных элементов, семейств лантаноидов и актиноидов), химии металлоргаиических соединений, неорганических цепных и циклических соединений, кластеров и др. Раздел 17 трактует периодические свойства элементов, а последний раздел 18 посвящен развивающейся бионеорганической химии.
В книге использована система единиц СИ. Все литературные ссылки привязаны непосредственно к тексту. Я не думаю, что это может отвлечь студентов, наоборот, зто приучит их к тому стилю, которым написаны научные обзоры, монографии, статьи и доклады. Бывают ситуации, когда и профессор сомневается в своих знаниях: когда он входит в аудиторию к пылким студентам и когда садится писать книгу.
Особенно удручает тот факт, что при всем желании проявить творчество и оригинальность, 99 «1« материала прямо или косвенно заимствуется из предыдущей литературы и у коллег. Я в долгу у такого количества друзей, которые помогали мне в моих усилиях, что просто физически невозможно перечислить их имена. Всем им приношу свою глубочайшую благодарность.
Джеймс Е. Хьюм 1. ВВЕДЕНИЕ ПРЕДМЕТ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Обычно учебные пособия по курсу неорганической химии начинаются с вопроса: что такое неорганическая химия? — вопроса, на который нельзя кратко ответить, Удачным можно признать такое определение: «иеорганическая химия — это экспериментальное исследование и теоретическая интерпретация свойств и реакций всех элементов н всех их соединений, кроме углеводородов и большинства их производных». В этом разделе сделана попытка определить неорганическую химию на основе тех теорий и тех соединений, которые изучают химики-неорганики. Некоторым из учений, таким, как учение о Периодическом законе, более !00 лет, но тем не менее они и в настоящее время составляют теоретическую основу неорганической химии. Другие области, такие, как бионсорганическая химия, появились лишь несколько лет назад.
Большинство соединений, рассматриваемых в этой области химии, сннтезированы илн достаточно хорошо изучены только в последние десять лет. Для краткости в этом разделе рассмотрено лишь ограниченное число примеров, и, конечно, можно было выбрать иные. Углубленное освоение основных химических принципов— одна нз задач курса неорганической химии. К сожалению, в процессе обучения невозможно выучить асе сразу. Впрочем, нет худа без добра, потому что человек учится всю жизнь, и нет ничего более скучного, чем существовать без новых откровений и неожиданностей.
Возьмите, например, Периодическую систему элементов. Составленная Д. И. Менделеевым практически в современной форме в !869 г., она содержит огромное количество информации в небольшом объеме. Это наиболее полезный инструмент, доступный химику, особенно химику-иеорганику, для систематизации его знаний. Поэтому ее изучают в высшей школе, начиная с первого курса. Однако в одном курсе невозможно изучить все о 108 элементах «, составлявших Периодическую систему, а попытки упростить и обоб>цить столь обширный материал часто приводят к неправильным или неполным представлениям.
В процессе обучения постоянно расширяются и совершенствуются знания, формируется способность распознавать небольшие различия в химических явлениях. Какой элемент более электроотрицателен, кремний или свинец? Какой элемент имеет большее сродство к электрону, кислород или сера? Если Вы выберете кремний, то вступите в горячий спор со многими химиками-иеоргаииками, а если укажете иа кислород — без сомнения, Вы ошиблись! Экспериментальные измерения ясно показывают, что сродство к электрону у серы выше. Почему во вводном курсе неорганической химии приведено это кажушееся противоречие в основополагающих принципах? Физический мир, оказывается, не так прост, ио это не делает его менее логичным нли менее интересным.
Следовательно, мы должны больше работать, чтобы разгадывать его природу и получать при этом большее моральное удовлетворение. Первая химическая частица, которая здесь будет обсу>кдена,— пербромат-нон ВгО; (рис. 1.(,а). Хотя перхлорат- и периодат-ионы известны довольно давно, пербромат-ион до последнего времени не удавалось получить.
Трудность получения не уникальна для ВгОе. Некоторые другие частицы, содержашие элементы четвертого периода Периодической системы в высших степенях окисления, или неизвестны, или неустойчивы, хотя более тяжелые и легкие аналоги известны. Например, РС1а и БЬС!а хорошо изучены, а АзС)з — плохо. Многие попытки по. лучить пентахлорид мышьяка из ЛзС1з и С!а не удавались, и лишь недавно он был синтезирован. Далее, оксид БеОз гораздо менее термически устойчив, чем 50з или ТеОз. Энергия связи Ье — Х меньше, чем ожидается при интерполяции значений энергии для Б — Х и Те — Х.
Поэтому большинство химиков было удивлено, что пербромат все-таки был синтезирован, несмотря на его очевидную неустойчивость. Интересно отметить, что, хотя химики не были уверены, может ли пербромат сушествовать, не было никаких сомнений относительно его формы. Если этот ион существует, он, конечно, должен быть тетраэдрическим.
Другая интересная молекула — тетраокснд ксенона Хе04 (рис, 1.1,б). В некоторых отношениях он похож на перброматион и изоэлектронен устойчивой, хорошо известной частице— метапериодат-иону (О,. Первое устойчивое соединение благородного газа было выделено лишь в !962 г., но еше ранее тетраоксид ксенона был охарактеризован как нзоэлектронный известным межгалогенным соединениям и галогенкислородным соединениям, а ХеР, (рис. 1.1,а) — как изоэлектропный и а б в о Г~, «В 1992 г. группой физиков под руководством Г.
Мнгнценберга (г. дармштадт, ФРГ) сннтезнрованы атомы 109 элемента. — Прим. ред. Рнс. 1.1. Строенне пербромат-иона ВгО„(о), гетраонснда ксенона ХеО, (б), теграфторнда нсенона Хер» (е) изоструктурный тетрафтороиодат(Н!) -иону ()Р!) -. Это не означает, что химия благородных газов идентична химии галогенов, но подчеркивает, что химическая связь в соединениях благородных газов имеет ту же природу, как и в соединениях других элементов.
Второе сходство между соединениями благородных газов и пербромат-ионом закл!очается в том, что они являются удобными окислителями для синтеза некоторых трудно получаемых материалов. Единственным побочным продуктом при использовании фторидов ксенона в качестве окислителей и источников фтора является газообразный ксенон, что значительно упрощает очистку продукта. Даже пербромат-ион довольно легко получается при использовании ХеРе. Дифторид криптона можно использовать для синтеза АпРа, другого трудно доступного соединения. Открытие соединений благородных газов (Н. Бартлетт, 1962) несомненно оказало большое воздействие на дальнейшее развитие химической науки.
Успешный синтез этих соединений был предопределен проницательным умом и тщательным прогнозом Бартлетта. Подобным образом Р. Найхолм предсказал существование моноаурнда цезия Сз+Ан-, но лишь через десять лет был предложен практический способ получения этого соединения, содержащего одноатомный анион Ап-. Одним из наиболее интересных н неожиданных было открытие полимерного ннтрида серы (ЬН)„который получается довольно просто и из доступных веществ: ан ~4(44 за~~а ~ (з'~)» Можно ожидать, что полимер, состоящий из атомов неметаллических элементов, будет напоминать полиэтилен (СНа)„и другие характерные полимеры.
В некоторых отношениях это так и есть, но он обладает и некоторыми уникальными снойствами. Например, он имеет вид металла и проводит электрический ток так же хорошо, как металлическая ртуть. Более того, при охлаждении почти до абсолютного нуля он становится сверхпроводником. Нужно отметить, что зти свойства проявляются только в очень чистом материале, полученном из предельно чистых исходных веществ. Материалы даже с более низким электрическим сопротивлением могут быть получены из совершенно непохожих веществ. Так, хотя графит является проводником, его электропровод- ность невысока — ниже металлической проводимости.
При действии солей нитроила НОаХ (где Х=ВРе, РРа, АзРа и БЬРа) на графит протекает реакция иС+ ЫО(Х вЂ” СДХ + ЫОь Катион нитроила восстанавливается до диоксида азота, который выделяется в виде красно-коричневого газа. Анион Х- внед- 16 ряется между слоями атомов углерода. Образующееся соединение имеет электропроводность даже выше, чем металлическая ртуть, но не из-за внедрившихся апионов, а благодаря катионным зарядам, или «дыркам», в полостях графита. Одним из разделов химии, в которых в последние годы про.
водятся активные теоретические исследования, явилось учение о химической связи, что вызвано все растущим разнообразием синтезнруемых соединений. Связь между теорией и практикой, стимулирующая их взаимное развитие, проходит через стадии: 1) синтеза новых соединений; 2) выявления несоответствия полученных неществ известным схемам химической связи; 3) развития теории применительно к новым соединениям; 4) использования модернизированной теории для синтеза других новых веществ и характеристики нх свойств.
Примером углубленного развития теории химической связи явилось изучение строения аниона ()(еаС!а)' . Одинарная, двойная и тройная связи часто использовались для объяснения строения органических и неорганических молекул, но четверная связь не встречалась. Некоторые свойства аниона [)се!С!а)э-, такие, как диамагнетнзм, короткое расстояние Ке — Йе и заслоненная конформация, подтвердили наличие квадрупольной (четверной) связи в этой частице (рис. 1.2), Этот ион — лишь один пример из широкой области химии кластеров, содержащих связи металл — металл. Не все открытия связаны с недавно синтезированными соединениями, а также с использованием дорогостоящего оборудования. Ацетат хрома(1!) известен с 1844 г., и его синтез долгое время рекомендовали н курсах препаративной неорганической химии для проверки мастерства техники лабораторных работ. Синтез заключается в восстановлении Сгае амальгамой цинка н осаждении коричнево-красных кристаллов избытком ацетат-ионов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
