В.В. Еремин, А.Я. Борщевский - Основы общей и физической химии (1113479), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Типичная геометрия комплексных частиц: линейная, квадрат, тетраэдр или октаэдр. 3. В квадратных и октаэдрических комплексах возможна геометрическая (цистранс) изомерия. Ионизационная изомерия комплексов связана с тем, что одна и та же частица может находиться как во внутренней, так и во внешней сфере. 4. Теория кристаллического поля качественно объясняет зависимость магнитных и оптических свойств комплексов от их геометрической структуры и природы лигандов.
По величине расщепления д-подуровня центрального атома лиганды располагают в спектрохимический ряд. 5. Комплексообразование оказывает существенное влияние на кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ. 6. Устойчивость комплексов в растворе, сила связывания центрального атома лигандами и константы равновесий с участием комплексов определяются константами устойчивости. Особой устойчивостью обладают хелатные и макроциклические комплексы.
130 Гл, б, Химия неметаллое и большой хрупкостью. Плотность твердых неметаллов значительно меньше плотности большинства металлов. 3. По химическим свойствам неметаллы — окислители, реагируя с металлами, они принимают электроны и превращаются в анионы. Оксиды неметаллов имеют кислотный характер, гидроксиды проявляют свойства кислот. Между собой атомы неметаллов образуют ковалентные химические связи, а соединения имеют преимущественно молекулярное строение. В этой главе мы кратко рассмотрим свойства важнейших неметаллов и их соединений.
$6.1. ВОДОРОД И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ Водород Н вЂ” первый элемент в периодической системе Д. И. Менделеева и самый распространенный элемент во Вселенной. По сравнению с другими элементами атом водорода имеет самое простое строение: он состоит из ядра, представляющего собой протон, и одного электрона. Электронная конфигурация водорода в основном состоянии !з'. Благодаря тому, что в атоме водорода отсутствует межэлектронное отталкивание, его электронный энергетический спектр отличается от спектров атомов всех остальных элементов (подробно о квантовой механике атома водорода см.
в гл. 12). Атом водорода обладает и другими уникальными свойствами. Аналогично щелочным металлам, он имеет один электрон на внешнем уровне и способен образовать однозарядный положительный ион Н+: Но — е — э. Н+ поэтому его можно считать элементом!А (1) группы периодической системы. С другой стороны, атом водорода может присоединять электрон, приобретая при этом электронную конфигурацию инертного газа гелия и образуя ион Н Н +е — ~Н В виде таких ионов водород находится, например, в гидридах активных металлов.
По способности образовывать однозарядный отрицательный ион водород подобен галогенам, поэтому его можно считать первым элементом Ч11А (17) группы. Таким образом, водород — единственный из элементов — обладает двойственным положением в периодической системе. По физическим свойствам он больше напоминает галогены, чем щелочные металлы. Свойства атома и ионов водорода сравниваются в табл. 6.1. Таблица 6.1. Свойства атома н ионов водорода Положительный ион водорода Н+ — одна из важнейших для химии частиц. Его особенность в том, что он не имеет собственных электронов, поэтому Н+ — хороший акцептор электронов. Он легко взаимодействует с частицами, имеющими непо- а 6/.
Бос>орос1 и его сосдонссо а 131 деаенную нару алектроссс а, ооразуя донорно.акценторнусо связь. Так, в воде ион водорозса преврасс1ается в нон ссстсроксоння 11зО (1сис. 6.2): 132 Гл. б. Химия неметаллое Основные промышленные способы получения водорода: 1. Электролиз водных растворов щелочей и солей: 2НзО = 2Нз7 + ОтТ, 2ХаС! + 2НзО = Нз) + С!з( + 2МаОН.
2. Пропускание паров воды над раскаленным углем при 1000'С: С+Н О = СО+ Н . Водород при этом образуется в смеси с монооксидом углерода. Эту смесь используют для органических синтезов, не выделяя из нее водород. 3. Конверсия (риформинг) метана: СН4 + НзΠ— СО + ЗНз. Эта реакция происходит при 1000'С на никелевом катализаторе. С ее помощью получают 85% от мирового производства водорода (рис.
6.3). Наряду с СО образуются значительные количества СОз. СО+Н,О=СО,+Н,. Общее мировое производство водорода составляет 5 10н млрд. мз, из них 963' получают из невозобновляемых ресурсов — газа, нефти и угля. В будущем наиболее перспективный способ получения водорода — разложение воды под действием света (фотолиз). Пока он не нашел широкого распространения из-за невысокой эффективности существующих катализаторов. Химические свойства водорода. В реакциях с неметаллами водород проявляет свойства восстановителя. Он реагирует с галогенами, кислородом, серой, азотом: На+С!з = 2НС!, 2Н2+02 = 2Н20, Нз + Б = Нзб, ЗНз + Из = 2ИНз.
Все эти реакции имеют большое промышленное значение. Первая служит для производства соляной кислоты, вторая происходит в топливных элементах и лежит в основе водородной энергетики, третья реакция используется для удаления серы из нефтепродуктов, с помощью последней получают аммиак, необходимый для производства азотных удобрений и азотной кислоты. Широкое применение водород нашел в качестве восстановителя в реакциях с оксидами металлов: СцО + Нз = Сц + НзО, %0з + ЗНз =%+ ЗНзО. В реакциях с активными металлами водород является окислителем: На+ 2Иа = 2ИаН. В образующихся гидридах металлов степень окисления водорода равна — 1. По внешнему виду и многим физическим свойствам гидриды похожи на соответствующие бб! !тол.дюо! ь его соесингнлн !33 ~алогенидн !ак, нанрниер, гидрид натрия -- белое ьристаллинеское соединение, наноминакянее хлорид натрия, Однако, хииинсскне люйстеа !ь!а!! и ХаС! сильно !34 Рл.
б .Хи мг я велеглолков сиргкяные количества природного газа находятся на дне Мщювсни океана на глу- бгн1с нескольких кнлометроги В 6! Вооород и еео соедипсядн 135 Основные свойства воды проявдяяотся прн диссоцпзцпп кислот в подпол| рзс гетре: НяО л НГЛ ~ НяО + Г! (НяΠ— црвояядлие) 136 Гл. б. Химия неметаллов Основной способ получения пероксида водорода в лаборатории — обменная реак- ция между пероксидом бария и концентрированной серной кислотой: ВаОз + Нз504 = НзОз+ ВаЯОл(. В пероксиде водорода кислород находится в промежуточной степени окисления -1, поэтому НзОз может проявлять свойства как окислителя, так и восстановителя, причем окислительные свойства для нее намного более характерны.
Пероксид водорода — очень сильный окислитель (20 ' + 2е д- 20 з). В реак- циях с восстановителями НзОз превращается в НзО по схеме; НзОз+2(Н] — 2НзО 2К1 + НзОз + Нз804 = 1з + Кз$04+ 2НзО, РЬЗ+ 4НзОз = РЬЯОд+ 4НзО. В реакциях с окислителями НзОз является восстановителем (20 ' — 2е — ~ Оз) и превращается в Оз по схеме: НзОз+ [О) — Оз+ НзО 5НзОз + 2КМп04 + ЗНзЯОл = 50з) + Кз504 + 2МпЯОл + 8НзО, ЗНзОз + КзСгзОг + 4Нз804 = 30з1+ Кз504 + Сгз(804)з + 7НзО.
Кислотно-основные свойства для пероксида водорода не характерны. Все же, в водном растворе он является очень слабой кислотой: НзОз+ НзО ~ — НОз + НзО+ (рКд — — 11,7). Формально солями пероксида водорода являются пероксиды щелочных металлов и бария: ЫазОз, ВаОг. $6.2. НЕМЕТАЛЛЫ 1Н (13) И 1У (14) ГРУППЫ вЂ” БОР, УГЛЕРОД, КРЕМНИЙ Неметаллы 1П (13) и 1Ч (14) группы — бор В, углерод С и кремний 81 — имеют между собой много общего. Во-первых, они относятся к р-элементам, так как у них на валентном уровне есть р-электроны. Электронные конфигурации:  — 2з~2р', С вЂ” 2з~2рз, 81 — Зз~ Зрл.
Все три элемента могут образовывать длин- ные последовательности прочных ковалентных связей, поэтому простые вещества имеют атомное строение и благодаря этому нелетучи и тугоплавки. Химически все простые вещества довольно инертны: нерастворимы в обычных кислотах, не реаги- руют с водородом, но реагируют с сильными окислителями — Оз, Рз, концентриро- ванной НЫОз. Простые вещества способны проявлять свойства восстановителей. Рассмотрим свойства этих элементов и их соединений по отдельности. Бор В. Простое вещество существует в виде аморфной и кристаллической мо- дификаций. Кристаллический бор — серо-черный, с металлическим блеском, об- ладает очень высокой твердостью — почти такой же, как у алмаза. Бор получают восстановлением оксида бора (П1) магнием при нагревании: ВзОз+ ЗМК = 2В+ ЗМКО.
В обычных условиях бор очень инертен, а при нагревании может реагировать с силь- ными окислителями: В + НЫОз(конц.) + НзО = НзВОз + ЫО, 4В + 30з = 2ВзОз, 2В + ЗРз = 2ВРз. ~'6.2 7б металлы Ш ОЛ и !Г ГУ4! груг лы — бор, Ликеров, кремнии 137 Окекд бо7~о В>Оз е~ ии ееебее в лв~ к молификвииик, еееклоеилнои и к~изеввлличеекой. Е~о голуивкг: обезвоживанием орзоборнои кислота« 138 Гл, б. Химия немеглаллов образуют атомную кристаллическую решетку с прочными ковалентными связями. 2.
Графит — слоистое кристаллическое вещество, жирное на ощупь. Атомы углерода находятся в состоянии зря-гибридизации и образуют слои из шестичленных колец. В отличие от алмаза, который является изолятором, графит проводит электрический ток. Графит — наиболее устойчивая при обычных условиях аллотропная форма углерода. Искусственные аллотропные формы углерода — фуллерены и углеродные нанотрубки — имеют молекулярное строение (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
