Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 50
Текст из файла (страница 50)
147). Вследствие устойчивости Гт — рх.-связей для углерода и азота харак- терны оксоанионные комплексы СО> и ь!Оз плоскотреугольного строс ния. Для кремния и фосфора же устойчивы окгоанионные комплексы В!О~>, Р01>, имеющие тетраэдрическое строение (см. табл. 3! ).
Для з-элементов 1 и П групп (энергия ионизации атомов мала) в основном характерны ионные соединения. Координационные числа их ионов имеют большие значения (б, 8) н опред<ляются соотношением размеров ионов ионного кристалла (см. рис. 57, 58). Г Л А В А 2. ВОДОРОД Систематическое изучение свойств элементов начнем с изучения свойств водорода, имеющего по сравнению с другими элементами наиболее простое строение атома. Его электронная конфигурация в основном состоянии 1>'. Простота электронной структуры атома водорода, конечно, не означает, что ого химия наиболее проста.
Наоборот, она во многом отличается от химии других элементов. Основная особенность водорода заключается в том, что в отличие от всех других элементов (кроме гелия) в его атоме валентный электрон находится непосредгтвенн<> в сфере действия атомного ядра — у него нет промежуточного электронного слоя. Положительно заряженный ион водорода Н' представляет собой элементарную частицу арон>он. Особенность строения электронной оболочки атома водорода (как и гелия) не позволяет однозначно решить, в какой группе периодической системы он должен находиться. Действительно, егли исходить из числа валентных электронов его атома, то водород должен находиться в ! группе, что подтверждается также сходством спектров щелочных металлов и водорода.
Со щелочными металлами сближает водород и его способность давать в растворах гидратированный положительно 299 Водород имеет изотопы г массовыми сишснмп гоотж тгтвшсно 1, 2 и 3: П) ('-'Н) (р -). «)с де«терпи 'Н (р)г «ретин 'Т ('Н) (р + 2«)с. грин исс Протии и дейтерии — гтабильныс изото«ы. Нссрлсяссьньсй иэятопныи согтнс.
природных соединений водорода гостветствуст сстссошессинс 1) Н = 1:6800 (пс 300 однозарядный ион Н' (р). Однако в состоянии сс«ибод)«)го иона Н' (г) — протона — он не имеет ничего общего г ионами щелочных металлов. Кроме того, энергия ионизяции ятома водорода намного больше энергии ионизации атомов щелочных метам)лов, Если же исходить из того, что для завершения внешнего электронного слоя атому водорода не хвятаст одного электрона, то водород следует поместить в ЧП группе. Кроме того, кяк и атомы галогенов. атомы водорода хярактеризуютгя высокими значениями энергии ионизации.
Вместе с тем водород — элемент особый. и размещение его в той или иной группе таблицы в значительной мере условно. Энергия иояизяции атома водорода (1312 кДж/мс>ль! гтоль нечпка что соединения водорода (1), даже с такими гичьными окигчителямп. кяк фтор и киглород, не могут бьггь ионными Егли же донугтить образование в соединениях ионов Н'. их искякшите.сьно выгслсое поля. ризующее действие все равно привело бы к образо«вин)о ковале«гнои связи. По этим же причинам вота Н' не мог)т гущегтвовать в гвободном состоянии при обычных хини нсских явлениях.
Специфика строс. ния атома водорода обусловливает особ)ай присусций только соединениям водорода (1) яид химической связи — недорос)лсую с.сшэл. Процесс образования отрицательного иона Н из атон)а экзотермический (сродство к электрону 1675 эВ), поэтому дли водорода в степе ни о«и~лен~~ — 1 всжможнс) но)с)с),«с ос)пингвин Таким образом, водород — немстнллн соснин з.«мент В гогднненнях он ~ожет иметь степени слкс)гле)сс)я — 1 и р!. Водород широко распространен в природе Содержание его ня Земле 3,0% (мол. доли) Он входит в гостяв воды.
глин. кялсопс)ого и бурого угля, нефти и т д., я также во всг яссивотнь«и рагтигельныг организмы. В свободном гогтоянии водо1юд астре састси крайне редкс1 (в вулканических и других природных газах) Водород — самый ряс и ространенный элемент космосы он сост,свллет до полояины массы Солнца и большинства звезд.
Гигантские планеты голнечной системы Юпитер и Сатурн в основном гостоят из водорода. Он прсиг)тствует н атмосфере ряда планет, в кометах, газовых туманногтях и межзвездном газе. числу атомов). Тритий бета-радиоактивен, период полураспада Т = 12,26 )/з 3Т = зНе -!- )У Полагают, что эта реакция — главный источник изотопа э~Не, найденного в атмосфере. Содержание трития в атмосферном водороде составляет 4 10 )л% (мел. доли) и в атмосферных осадках 3 10 сл% (мол.
доли), Очевидно, ои образуется в результате ядерных реакций, вызванных действием космических лучей. Тритий можно искусственно получить по реакции в!51 (я, о) )Т. Простые вещества. Имея один электрон, водород образует лишь двухатомные молекулы с электронной конфигурацией невозбужденного состолнил ве При этом возможны молекулы легкого водорода — про- 2 тия Нш тяжелого водорода — дейтерия Ош трития Тш протодейтерия НП, прототрития НТ, дейтеригрития !)Т. Молекулы водорода отличаются большой прочностью и малой поляризуемостыо, незначительными размерами и малой массой, а следовательно, и большой подвижностью. Поэтому у водорода очень низкие температуры плавления (-259,1 С) и кипения (-252,6 С); он уступает в этоьс отношении лишь гелию.
По тем же причинам он очень незначительно растворяется в воде и органических растворителях. У твердого водорода (см. табл. 28) молекулярная решетка. Вследствие высокой энергии диссоциации (435 кДж/моль) распад молекул Нэ на атомы происходит в ааметной степени лишь при температуре выше 2000 С. 5 Согласно теоретическим представлениям при огромных давлениях водо)юд должен переходить в металлическое состояние. В этик условиях должно происфл ходить превращение молекулярного водорода в атомный и должна ебразовываться кристаллическая решетка, в узлах которой находятся протоны, а ш)ектроны становятся общими для всего кристалла; такой кристалл должен обладать металлической проводимостью.
Поскольку для водорода возможны положительная и отрицательная степени окисления, водород может проявлять и восстановительные, и окислительные свойства. В обычных условиях благодаря устойчивости молекул он сравнительно мало активен и непосредственно взаимодействует лишь со фтором. При нагревании же вступает во взаимодействие с многими неметаллами — хлором, бромом, кислородом и пр., например: 30! д о СцО + Нг — — Сп + НгО г о о ° ~ ЧС!, + Н, = Ч+ 2НС! о 1 2Ха + Н = 2У1аН Н Н Н) + В:Н вЂ” + Н:В:Н Й Й донор акцептор ЗОЗ Нг (г) + С1т (г) = 2НС1 (г), 2УН' = -184 кДж 2Нг (г) + Ог (г) = 2НтО (г), 7УН дд — -484 кДж Эти реакции протекают с выделением большого количества теплоты, что свидетельствует о высокой энергии (прочностн) связей Н вЂ” С1, Н вЂ” О.
Поэтому водород проявляет восстановительные свойства и по отношению ко многим оксндам н галогенидам, например: На этом основано применение водорода в качестве восстановителя для получения ряда простых веществ из оксидов и галогенидов. В качестве окислителя водород взаимодействует с активными металламн: Соединения водорода ( — 1). В тех случаях, когда водород выступает в качестве окислителя, он ведет себя как гапоген, образуя аналогичные гапогенндам тадриды Однако в отличие от образования галогенид-нонов образование ионов Н нз молекул Нт — процесс эндотермическин.
Энтальпия образования Н составляет !44,7 кДж/моль: ~/тн (г) н (г) схН дд 217 5 кДж Н (г) + с = Н (г), схНтдд = — 72,8 кДж '/тНт (г) + с = Н (г), ЬН'4 = 144,7 кДж Поэтому окиспительная активность водорода существенно уступает галогенам. По этой жс причине ясно выраженный ноннын характер прояадяют лишь гидриды наиболес активных металлов — щелочных н щелочно-земельных, Ионные гидриды. например КН и СаНт представляют собой белые кристаллические вещества с высокими температурами плавления, т.е. соли. Их расплавы характеризуются высокой электрической проводимостью, при электролизе расплавленных гндрндов водород выделяется на аноде.
Гидриды д-элементов 1 группы, как и большинство галогенидов этих элементов, имеют структуру типа НаС!. В химическом отношении ионные гидриды ведут себя как основные соединения. К ковалентным относятся гидриды менее электроотрицательных, чем сам водород, неметаллических элементов. К ковалентным относятся, например, гндриды состава 81Н4 и ВНд. По химической природе гидрнды неметаллов являются кислотными соединениями. 302 Различие в химической природе гидридов можно легко установить по их поведению при гидролизе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
