Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Производство водорода основано на каталитических реакциях взаимодействия с водяным паром (конверсии) соответственно углеводородов (главным образом метана) и оксида углерода (И), например: о СН4 + НзО СО + ЗНз~ ЬНое206кДж л 1 о СО+ Н,О ~0~ ~ Соз+ Н, 21Н'„= Н1 кдж Водо од получают также неполным окислением утлеводородов, на- Р пример: о 2СНе + Оз = 2СО + 4Н„2УН;ое — — -71 кДж В связи с уменьшением запасов углеводородного сырья большой инте ес приобретает метод получения водорода восстановлением водя- Р ного пара Раскаленным углем: о С + НзО: СО + Нз, 2л Н1ое: 131 кДж При этом образуется ленераторкыб лаз.
Затраты энергии на его получение можно скомпенсировать за счет реакции неполного окисления утля: С + '/зОз = СО, АН;,о = — 110 кДж При комбинировании этих процессов получается водяной лаз, состоящий в основном из смеси По и СО. Водород получают также электролизом воды.
Из газовых смесей с большим содержанием водорода его выделяют глубоким охлаждением смеси. Водород широко используется в химической промышленности для синтеза аммиака, метанола, хлорида водорода, для гидрогенизации 'твердого и жидкого топлива, жиров и тд. В смеси с СО (в виде водяного газа) применяется как топливо. При горении водорода в кислороде возникает высокая температура (до 2600 С), позволяющая сваривать и разрезать тутоплавкио металлы, кварц и пр. Жидкий водород используют как одно из наиболее эффективных реактивных топлив, В настоящее время проблема использования водорода приобрела особое значение.
Энергетический кризис, проблема защиты окружаю- 308 щей гроды от непрерывного и угрожающего загрязнения нефтью и продуктами сгорания органических топлив — все это стиллулирует Резкое возрастание интереса к водороду как "экологически чистому" горклчему. Водород — основа химической технологии и энергетики будучцего. В атомной энергетике для осуществления ядерных реакций синтеза гелия имеют большое значение изотопы водорода — тритий и дейтерий. Г Л А В А 3. Р-ЭЛЕМЕНТЫ ЧП ГРУ1И1Ы ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСГЕМЫ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА К элементам главной подгруппы ЧИ группы относятся фтор Г, хлор С1, бром Вг, иод 1, агтат Ак Г 1 лз2ез2рл С1 2лз2!1о!лг!Рл Вг Зез !Ре !г7л ~4е~4!Р 4,ау,л1,Робу 5 А 4ла4ро44ло4)ллблгзгл7гозгфобе брл щВг 4,з4 л 79,909 1гС! ЗлзЗ!лл 35,453 лз! зе257гл ! 26,904 о оА1 блзб7гл (210) Валенгныс мгектроны ., 2гз2кл Атомная мксгя ............. 18,988 Кзваоекгкый радиус атома, нм .........,...,.........
0,064 Раднуг иона Э . нм ........ 0,133 Условный радиус иона Э", нм Сродство к заектрзку з!3 3,5 Энергия конизацни Эо -+ Э', зВ ................. 17,42 Содержание в зелпюй коре, уо (мзл доли) .......,... 2,8 !0 з 0,099 0,181 0,114 0,195 0,133 0,220 0,144 0,23 О. 026 3,6 0,039 0,050 35 33 0,062 12,97 11,81 10,45 9,2 '2,6 !О " "8,5 10 - "4.10 о Следы Как видно из этих данных, в ряду Š— С1 — Вг — 1 — А! радиус атомов увеличивается, а энергия ионизацин уменьшается. Это свидетельствует 309 Соответственно электронной конфигурации атомов (одинаковая ,структура внешнего и и!лодкин~иного электронных слоев) бром, иод и астат объединяют в подгруппу брома; фтор и хлор относят к типическим элементам, Основные константы р-элементов ЧИ группы приведены ниже: об ослаблении признаков неметазлического элемента: фтор — наиболее ярко выраженный элемент-неметалл, а астат проявляет уже некоторые признаки элемента-металла.
~ 1. ФТОР Фтор в невозбужденном состоянии имеет электронную конфигурацию; 11гг)2442дг Наличием одного непарного электрона обусловливается сходство фтора с водородом. Однако различие в общем числе валентных электронов и орбиталей предопределяет значительное отличие этих элементов друг от друга. Степень окисления фтора как самого электроотрицательного элемента (4,0) принимается равной -1.
Фтор — довольно распространенный элемент, и его содержание на Земле составляет -0,03 % (мол. доли). Из минералов фтора наибольшее значение имеют СаГг — плиоиааеьт тпат (флюорпт), ГгагА)Гз— хряолпт и Саг(РО4)гà — фтораяатпит. Фтористые соединения содержатся в организме человека (в основном в зубах и костях). В природе встречается только один изотоп '4Г. Искусственно получены малоустойчивые изотопы (с массовыми числами от 16 до 21). Простое вещество. Фтор образует двухатомные молекулы Гг, что ' соответствует электронной конфигурации (см. табл. 8): г4 *4 и и гп,тсгхс Р.
Поскольку на связывающих орбиталях имеется на два электрона больше, чем на разрыхляющих, порядок связи в молекуле Гг принимается равным 1: Молекула фтора Гг имеет относительно небольшую массу и достаточно подвижна, поэтому фтор в обычных условиях — газ (светло- желтого цвета), обладает низкой температурой плавления ( — 223'С) и кипения (-187'С). Фтор исключительно активен химически, он — сильнейший окислитель. Высокая химическая активность фтора объясняется тем, что его молекула имеет низкую энергию диссоциации (159 кДж/моль), в то 310 время как химическая свяаь в большинстве соединений фтора отличается большой прочностью (порядка 200 — 600 кДж/моль).
По образному выражению акад. А.Е. Ферсмана, фтор "всесъедающий". В атмосфере фтора горят такие стойкие вещества, как стекло (в виде ваты), вода; 810г + 2Гг = 84Г4 + Ог, '2НгО + 2Гг — — 4НГ + Ог В этих реакциях в качестве одного из продуктов горения образуется кислород, т.е. фтор как окислитель сильнее кислорода. Исключительно активно протекает взаимодействие фтора с большинством простых веществ. С серой и фосфором он взаимодействует даже при температуре жидкого воздуха ( — 190'С): В + ЗГг = ВГы г'40г„в — -1207 кДж 2Р + 5Гг = 2РГм ЬНюв -3186 кДж Фтор окисляет даже так называемые благородные газы: Хе + 2Гг — — ХеГ„ЬН' г = — 252 кДж Непосредственно фтор не взаимодействует лишь с гелием, неоном и аргоном. Соединения фтора (-1).
В соответствии с закономерным изменением характера элементов по периодам и группам периодической системы' закономерно изменяются и свойства фторидов, например: 0 * ЯГ И44, йГ, Яу, РР, БГ, г4Г,) природа кислотная Анионные комплексы — — А1Гв ВЗГс РГс, ЯГв (С1Ге) г- г- -,о Ионные фториды — кристаллические вещества с высокой темпера' турой плавления. Координационное число фторид-иона 6 (НаГ) или , 4 (СаГг). Ковазентные фториды — гааы или жидкости. Промежуточное положение между ионными и ковалентными фторидами занимают фторнды с высокой степенью полярности связи, кото'рые можно назвать ионно-ковалентными соединениями.
К последним 'относятся, например, кристаллические ХпГг, МпГг, СоГг, ГПГг, в которых эффективные заряды металлических элементов составляют 1,56; 1,63; 1,46; 1,40 соответственно. Многие фториды металлов в низких степенях окисления получают действием раствора НГ на оксиды, гидроксиды, карбонаты и пр,, например: ЗНГ + А!(ОН)г = А1Гг + ЗНгО 311 455 С!Г + Г, = С!Г. Б<Г, -!- ЗН,О = НтБ<Оз + 4НГ кислотный 2КГ + Верх = Кт[Верч] как кислотное соединение Верт + 8<Г4 Во[Я<Ге] как основное соединение в<ли 313 Фториды неметаллов и металлов в высоких степенях окисления получают фторированием простых веществ или низших фторидов, например: Большинство кристаллических фторидов нерастворимо в воде. Хорошо растворяются лишь фториды в-элементов 1 группы (кроме Ь|Г), а также А5Г, Н5Гм ЯпГт и некоторые другие.
По химической природе ионные фториды являются основными соединениями, а ковалентные фториды — кислотными. Так, в реакции 25!аГ + %Г4 = < 'аз[8!Ге] основный кислотный гексафторосиликат натрия По мере усиления кислотной природы фторидов, например в ряду М8Гт — А!Гз — Б!Г<ь их взаимодействию с основными фторидами отвечает увеличение отрицательного значения Ь С: Г'аГ(к) + М5Гт(к) = НаМ5Гз(к) <а<Г' = -14 кДж НаГ(к) + '/зА!Гз(к) = </зНазА!Ге(к), ЬСт,в = — 26 кДж МаГ(к) + /28!Гч(г) = /2На2Б!Гб(к) <<Сты = о1 КДж Основные фториды при гидролизе создают щелочную среду, а кислотные фториды — кислотную: Амфотерные фториды взаимодействуют как с основными, так и с кислотными фторидами: Комплексные фториды весьма разнообразны (см,, например, табл.
31). Координационное число по фтору для элементов 2-го периода равно 4, для элементов других периодов координационное число 5. Кроме того, имеются комплексные фториды, в которых координационное число комплексообразова- 312 телЯ Равно 7, 8 и 9, напРимеР: Кг[Верт], Кз[А1Гв], Кт[мбр ] К [%Г Кг[йерв]. Зги же примеры показывают, что во фторокомплексах стабилизируется высшая степень окисления центральных атомов. Производные фторокомплексов представляют собон преимущественно ионные соединения либо относятся к смешанным фторидам (например, Ве81Го). Соединения с водородом типа НВГе НРГш Нт81Гс в свободном состоянии неустойчивы. Их водные растворы — очень сильные кислоты. Молекула фторида водорода НГ сильно полярна (д 0,64 10 т' Клм,б — пд х = 0,4+, 5 = 0,4 — ) и имеет большую склонность к ассоциации за счет водородных связей в зигзагообразные цепи: Поэ™у фторид водоРода в обычных условиях — бесцветная жи ост (т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
