Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Соединения кальция (П), стронция (П), бария (И). Неорганические, соединения кальция и его аналогов представляют собой кристаллические вещества, в большинстве с высокими температурами плавления. 0 к с и д ы получают в лаборатории термическим разложением соответствующих карбонатов или нитратов: растворимые основания Э(ОН)з и выделяя большое количество теплоты. Энтальпия гидратации Ь//гидр в ряду СаΠ— ЯгΠ— ВаО возрастает. Гид окси ы Э д (ОН)з — сильные основания, по силе уступающие лишь гидроксидам з-элементов 1 группы.
П и р ведем некоторые сведения об оксидах и гидроксидах рассматриваемых элементов (а также, для сравнения, об , о оксидах и гидроксидах Ве и М8): Ве Са Яг Ва -83 -106 -23 -37 -65 5'10 з 2 10 з 7.10 з 2.10-з 2 5. 1О-з 4 О. 10-з 1 5. 1Оч 2 3. 10-з 8.10 в В ряду Ве(ОН)з — М8(ОН)з — Са(ОН)з — Яг(ОН)з — Ва(ОН)з усиливается основный ха акте ги р' р дроксидов. В том же направлении усиливаются растворимость и термическая устойчивость. Раствор ВаГОН1 гба ( )з ( рипзввал вода) — лабораторный реактив для открытия СОз, Гидроксид Са(ОН)з (тззвсспзковвс молоко, заюенал пзвссгльз п именя ) р еняется в качестве дешевого растворимого основания.
Об усилении основных свойств в ряду ВсΠ— ВаО можно судить по значениям зз Гз' еак ий р ц их взаимодействия с соответствующим оксидом: ЭО(к) + СОз(г) = ЭСОз(к) ЭО(к) + %0з(к) = Э%Ос(к) ЭО(к) + ЯОз(г) = ЭЯОз(к) Из ис. о ри . 204 видно, что отрицательное значени ЬС' е ззз этих реакций У возрастает с величен нем атомного номера Э. Аналогично можно показать усидели основных свойств в ряду Са(ОН)г — Яг((ОН)з — Ва(ОН)з по значениям Ь 6'дз реакций образования ЭСОз. Э(ОН)з(к) + СОз(г) = ЭСОз(к) + НзО(ж) АСззз, «Дж/ ь .. Об усилении основных с войств однотипных соединений в ряду Са(И) — Яг(И) — Ва~И1 сви етельст свидетельствует также увеличение устойчивости 523 Радиус нон Эз Теплота гндратации ЭО АН„„„~, кДж/ Растворимость Э(ОН)з прн 20'С, моль/л .. Кьз Э(ОН), 0,034 0,074 0,104 0,120 0,133 ВеСОз МОСОз СаСОз ЯгСОз ВаСОз 30 -38 -75 -110 -112 дйгзз, лДм/мель гвв солей с одинаковым сложным анионом.
Сравнение термической устойчивости карбонатов щелочно- земельных металлов было рассмотрено ранее (ч. 2, раздел 1, гл. 4, 1 1). А вот другой пример: мвв МВеГь(к) = МГз(к) + ВеГз(к) -ввв По мере усиления основных приззйзе) пйзв) пз!сз) ззЬг) и!ва) г наков в ряду СаГз — ЯгГз — ВаГз Р н с. 204. Зависимость ЬС зз ре- устойчивость в ряду СаВеГз— ВгВерь — ВаВеГь заметно возрастает: акции образования Э%0з, ЭСОз н ЭБОз нз оксидов ЭО от атомного фторобериллат бария плавится без номера разложения (при 1080'С), а фторобериллат кальция при нагревании (до 890 'С) разлагается на СаГз и ВеГз.
Из солей и солеподобных соединений в воде хорошо растворимы лишь ЭС!з, ЭВгз, Э1з, Э(НОз)з, более или менее растворимы ЭЯ, Э(ОН)з, Э(БН)з, а также большинство кислых солей: Э(НБОз)з, Э(НСОз)з ъг др. Соли и солеподобные соединения кальция и его аналогов гидролизу либо не подвергаются [ЭНа!з, Э(НОз)з, Э%Ге и др.], либо дают щелочную среду: ЭНз + 2НзО = Э(ОН)з + 2Нз. ЭзНз + 6НзО = ЗЭ(ОН)з + 2НзН 524 В качестве производных катионных комплексов Са(И) и его аналогов можно рассматривать их некоторые кристаллогидраты.
Например; СаС!з ° 6НзО, ([Са(ОНз)з]С1з). Склонностью к образованию кристаллогидратов объясняется гигроскопичность соединений. В частности, изза высокой гигроскопичности СаС!з применяется в качестве обезвоживающего средства, С солями зы и в~элементов соли Са(И), Вг(И) и Ва(И) образуют' либо твердые растворы (КМпОз — ВаЯОы КВГь — ВаЯОз), либо эвтекти— ческие смеси (ХаС1 — ВаС!з, СаС1з — ВаС1з). Высокая активность кальция и его аналогов проявляется также в их способности образовывать многочисленные и е р е к и с н ы е соединения, например пгрвхсиды ЭОз, нвдпервхсиды Э(Оз)з, персульфиды ЭВа (и = 25), перкврбидъз ЭСз. В ряду Са(И) — Яг(И) — Ва(И) устойчивость этих соединений возрастает. Вязкущие материалы. Природные соединения кальция широка применяются в производстве в я ж у щ и х материалов.
Последние представляют собой порошкообразные вещества, образующие при смешении с водой пластичную массу, затвердевающую в твердое прочное тело. Вяжущие материалы используются в строительных растворах (для скрепления камней, кирпичей, отдельных элементов сооружений), для изготовления бетона, строительных деталей и конструкций. К вя— зущим веществам относятся целзеиты, гипсовые лъвтергзвлы, известь и др. По химическому составу цементы представляют собой главным образом силикаты и алюминаты кальция, т.е. в их состав входят % и А! — химические элементы, особа склонные к образованию гетероцепных полимеров (в основе которых лежат связи % — О % и А1 — Π— А!).
В зависимости от относительного содержания силикатов и алюминатов различают гилззхвтньзй целзент (авртлвндцешент) и влюлзинвтнъзй (злинвзелзистъзй). Силикатные цементы синтезируют обжигом (при 1400 — 1600 'С) до спекания тонкоизмельченной смеси известняка и богатой %0з глины. При этом частично разрушаются связи % — Π— % и А1 — Π— А1, образуются относительно простые по структуре силикаты и алюминаты кальция и выделяется СОз. Тонко измельченный цементный клинкер, будучи замешан с водой в тестообразную массу, постепенна твердеет. Этот переход (схватывание цемента) обусловливается сложными процессами гидратации и поликонденсации составных частей клинкера, приводящими к образованию силикатов и алюминатов кальция.
Гипсовые материалы — это прежде всего зеженыг! гипс. или алебастр, — гидрат состава 2СаЯОь НзО. Ега получают обжигом гипса (при 150 — 180 'С). При замешивании теста из поропзка 2СаЯОь НзО с водой происходит присоединение воды, сопровождающееся отвердеванием всей массы вследствие закристаллизовывания: 2[Са804 0,5НзО] + ЗНзО = 2[Са804 2НзО] На этом основано применение гипса при изготовлении строительных перегородочных плит и панелей, слепков с различных предметов, а также в виде известково-гипсовых растворов для штукатурных работ и т.д. В качестве вяжущего материала служит также смесь гашеной извести с песком и водой (известковый раствор). Известковый раствор затвердевает за счет перехода Са(ОН)з при поглощении СОз воздуха в кристаллический СаСОз.
Са(ОН)з + СОз = СаСОз + НзО Одновременно образуются силикаты кальция (за счет %0з песка). 525 Жесткость воды. Как уже говорилось выше, наличие в природной воде солей кальция и магния обусловливает ее ясесткостпь. Различают орслзенную и постоянную жесткость воды. Временную жесткость придают воде гидрокарбонаты, постоянную — сульфаты и хлориды Са(П) и М8(П). Жесткость воды устраняют физическими и химическими методами. Временная жесткость устраняется кипячением воды. При этом гидро- карбонаты переходят в нерастворимые карбонаты: Са(НС04)г = СаСОз + СОг + НгО Химическое умягчение воды основано на введении в воду реагентов, обогащающих ее анионами СОг и ОН, в результате чего образуются малорастворимые СаСОз и М8(ОН)г, Для этого природную воду обрабатывают гашеной известью или содой: СаЯ04(р) + Наг(СОз)(р) = СаСОз(т) + ХагБ04(р) Са(НС04)г(р) + Са(ОН)г(р) = 2СаСОз(т) + 2НгО(ж) М8504(р) + Са(ОН)г(р) = Мб(ОН)г(т) + СаВ04(р) на катионы.
В анионообменных смолах активными являются основные группы — 91Нг, =141Н, шН. Обменными анионами служат ОН-группы, которые образуются на поверхности смолы в процессе ее гидратации. Пропуская природную воду через систему катионитов и анионитов, можно получить дистиллированную воду: натканный обмел! 2КН + Саг' = КгСа + 2Н' аннонный обмен: 2КОН + ЯО = КгБ04 + 20Н где К вЂ” сложный органический радикал. Кроме умягчения и абессоливания воды иониты широко используются в гидрометаллургии для извлечения благородных, цветных и редких металлов (А8, Са, %, Со и др.), а также для разделения близких по химическим свойствам элементов. Ионный обмен широко используется в аналитической химии.
Г Л А В А 9. в-ЭЛЕМЕНТЫ 1 ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА Для удаления ионов Саг' и Мбг' можно применять также фосфаты натрия, буру, поташ и др. Широкое распространение в технике получил метод устранения жесткости воды путем и о н о о б м е н а. В этом методе используется способность некоторых природных и искусственных высокомолекулярных соединений — напитан — обменивать входящие в их состав радикалы на ионы, находящиеся в растворе. Па характеру обмениваемых ионов среди ионитов различают катионити и анионвтм. Катионитами являются алюмосиликаты типа цеолитов, например 51аг[А1гйгОз].
пНгО, искусственно приготовленные гидратированные алюмосиликаты — псрлзутотм, ряд силикатов и др. Происходящий между алюмосиликатом и жесткой водой обмен ионами можно схематически представить следующими уравнениями реакций.' 141агК + Са(НСОз)г СаК + 251аНСОз 141агК + СаЯ04 СаВ, + 141агЯЭ4 где В.
— сложный алюмосиликатный аннан [А1гВзгОз ° пНг014г . Для умягчения воды применяют также различные искусственные органические высокомолекулярные вещества, называемые оонооблгснныли слзолалгг!. Катионообменные смолы содержат активные группы — ЯОзН, — СООН, — ОН, в которых атом водорода способен замешаться 526 з-Элементы 1 группы являются натрий 9!а и элементы подгруппы цезий .Сз и франций Гг. Некоторые дены ниже: зЬ! и Ха юК э! КЪ ыСз юр с Атомная масса.... 6,94 22,99 39,1 85,47 132,9 [223) Взлентные элект- (2)2~ (8)3~ (8)4з' (8)5И (8)бз! (8)7з' 0,155 0,189 0,236 0,248 0,268 0,280 0,068 0,098 0,133 0,149 0,165 0,175 -500 -390 -305 -280 -246 4,34 4,18 3,89 3,98 31 8 27 5 25,1 5,39 5,14 756 473 527 роны.........
Металлический радиус атома, нм .. Радиус иона Э', нм Энтальпия гидратацни !3Н „Э' кДж/моль... Энергия ноннзацни, эВ Эо Э' Эг'..... щелочные металлы — литий 1л, калия — калий К, рубидий КЪ, сведения об этих элементах приве- Содержание в земной коре, % (мол.доли)..... Природные изотопы...... 7. !0-| 9 5, 10-4 1,4 0,02 2,4 зоК (93,10%) 41К (6,88%) воК (0,02%, р-рад.) 7! | 231|!а (92,70%) (100%) бЬ| (7,30%) вв!!5 |ззСз (72.15%) (100%) в|Р5 (27,85%, !У-рад.) ! 1. ЛИТИИ Литий 1л от остальных щелочных металлов отличает болыпее значение энергии нонизации и небольшой размер атома и иона. Литий по свойствам напоминаег магний (диагональное сходство в периодической системе). Для лития наиболее характерно образование ионной связи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
