В.В. Еремин, А.Я. Борщевский - Основы общей и физической химии (1113479), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Все благородные газы входят в состав воздуха. В 1 мз воздуха содержится 9,3 л аргона, 18 мл неона, 5 мл гелия, 1 мл криптона и 0,09 мл ксенона. После водорода гелий является самым распространенным элементов во Вселенной. Солнце примерно на 10% состоит из гелия, который образуется из водорода по реакции ядерного синтеза: 4'Н вЂ” Не+ 2рг + 27 (р+ — позитрон, 7 — антинейтрино). В спектре излучения Солнца довольно интенсивно проявляются линии гелия, которые были впервые обнаружены в 1868 г.
На Земле гелий был найден только в 1895 г, при спектральном анализе газов, выделяющихся при растворении в кислотах минерала клевеита ()208. Уран, входящий в состав минерала, самопроизвольно распадается по уравнению; 238() 234 Г! + 4Н Если ядра урана распадаются в объеме образца, то образующийся гелий застревает в пустотах кристаллической решетки и освобождается при растворении образца. Остальные благородные газы были выделены из воздуха (это — основной способ их получения).
Первым был открыт аргон. В 1893 г. У. Рамзай и Д. Рэлей обратили внимание на то, что один литр азота, выделенного из воздуха, весит 1,257 г, а литр азота, полученного химическим путем, например разложением нитрита аммония, весит при этих же условиях 1,251 г. Этот результат означал, что азот из воздуха содержит примесь более тяжелого газа, который был выделен путем удаления азота и назван аргоном (от греч. недеятельный). Все благородные газы состоят из одноатомных молекул.
При обычных условиях — это газы без цвета и запаха, плохо растворимые в воде. Их температуры плавления и кипения возрастают с увеличением атомного номера. Уникальными физическими свойствами обладает гелий. Во-первых, это — единственное из известных в природе веществ, которое остается жидким при самых низких температурах, вплоть до 0 К. Он кристаллизуется только под давлением 25 атм. Во-вторых, гелий имеет самую низкую из всех веществ температуру кипения.
Наконец, самое интересное свойство гелия — сверхтекучесть. При температурах ниже 2,2 К жидкий 4Не существует в виде смеси двух жидкостей, одна из которых 164 Гл. б. Химия яемев4аллов имеет обычные свойства, а другая — аномальные. Сверхтекучая компонента жидкого гелия имеет практически нулевую вязкость (в 10 млрд. раз меньше, чем у воды). Это вещество способно просачиваться через мельчайшие отверстия в пористом сосуде, оно самопроизвольно вытекает из непористого сосуда, поднимаясь вверх по его стенкам, и обладает сверхвысокой теплопроводностью.
Соединения благородных газов. В связи с завершенностью внешнего электронного уровня благородные газы чрезвычайно химически инертны. До 1962 г. считалось, что они вообще не образуют химических соединений. Известны были только кристаллогидраты постоянного состава Аг 5,5НзО и Кг. 5НзО, в которых атомы благородных газов занимают пустоты в структуре льда. Первое химическое соединение ксенона получил канадский химик Нил Бартлетт (1932 — 2008). Он окислил ксенон гексафторидом платины: Хе+ Р1Гз = Хе[Р1Гз).
Вслед за этой реакцией Бартлетт осуществил реакцию ксенона с фтором. Оказалось, что ксенон хорошо реагирует с фтором при нагревании в стеклянном сосуде, при этом образуется смесь фторидов. В настоящее время известно довольно много соединений благородных газов— большинство для ксенона, меньше — для криптона и радона; все они содержат электроотрицательные атомы фтора или кислорода.
Характерные степени окисления благородных газов в соединениях: +2, +4, +6, +8. Все эти соединения— очень сильные окислители. Фториды ксенона ХеГз, ХеГ» и ХеГз образуются из простых веществ при нагревании или под действием дневного света. Все они представляют собой бесцветные кристаллы. При нагревании они отдают фтор, поэтому используются как фторирующие реагенты: ХеГ4 + Р1 = Р1Г4 + Хе. Водой все фториды ксенона гидролизуются, причем гидролиз имеет окислительно- восстановительный характер: 6ХеГ4 + 12НзО = 2ХеОз + 24НГ + 4Хе + 30з.
Оксид ксенона (Ч1) ХеОз — белое, нелетучее, очень взрывоопасное вещество, хорошо растворимо в воде, причем раствор имеет слабокислую среду за счет реакций: ХеОз+ НзО ~ НзХе04 .— Н++ НХеО При действии озона на щелочной раствор ХеОз образуется соль ксеноновой кис- лоты, в которой ксенон имеет степень окисления +8: ХеОз+ Оз+ 4ЫаОН = 5(алХеОз + Оз+ 2НзО. Оксид ксенона (МП) Хе04 может быть получен при взаимодействии перксената ба- рия с безводной серной кислотой при низких температурах: ВазХеОз + 2Нз504 = 2Ва504 + Хе041+ 2НзО.
Хе04 — бесцветный газ, который очень взрывоопасен. Из соединений других благородных газов известны КгГз, КгГ4, ВпГз, КпГ4, ВпГз, 14пОз. Химические соединения гелия, неона и аргона сушествуют в виде так 8 6.6. Иеыеталлы Л77 08) грулаы — благородные газы 165 называемых эксимерных молекул, т.е. молекул, у которых устойчивы возбужденные электронные состояния и неустойчиво основное состояние. Например, при электрическом возбуждении смеси аргона и хлора возможна газофазная реакция Аг + С!з = АгС! + С! с образованием эксимерной молекулы АгС1. Аналогично, при реакциях возбужденных атомов благородных газов можно получить целый набор двухатомных молекул, таких как Нез, НеИе, Иез, КеС!, ИеГ, НеС!, Агг и т.д.
Все эти молекулы неустойчивы и не могут быть выделены в виде индивидуальных веществ, однако их можно зарегистрировать и изучить строение молекул с помощью спектроскопических методов. Более того, электронные переходы в эксимерных молекулах используются для получения УФ-излучения в эксимерных лазерах. Благодаря своим необычным физическим и химическим свойствам, благородные газы широко применяются в технике и в научных исследованиях. Жидкий гелий используют в лабораторных исследованиях для получения сверхнизких температур (ниже 4 К). Смесь 80'А гелия и 20% кислорода — так называемый гелиокс— представляет собой искусственную атмосферу для дыхания водолазов. Гелий— самый легкий после водорода газ, поэтому его часто используют для наполнения дирижаблей, аэростатов и зондов.
Неон, аргон, криптон и ксенон используют в светотехнике для производства газоразрядных трубок. Аргон — самый дешевый из благородных газов. Поэтому именно его используют в тех случаях, когда необходимо создать инертную атмосферу, например при проведении химических реакций, продукты которых реагируют с кислородом воздуха. Коротко о главном 1. Неметаллы в длинном варианте периодической системы элементов занимают правый верхний угол (13-18 группы).
2. Характерные свойства неметаллов — высокие потенциалы ионизацин и электро- отрицательности атомов. Наибольшая электроотрицательность в каждом периоде — у галогена, высший потенциал ионизации — у благородного газа. 3. Простые вещества-неметаллы имеют атомное или молекулярное строение. Они плохо проводят тепло и электричество. 4. Для неметаллов характерны окислительные свойства.
Их водородные соединения летучи. Оксиды неметаллов имеют кислотный характер, гидроксиды проявляют свойства кислот. Между собой атомы неметаллов образуют ковалентные химические связи, а соединения имеют преимуШественно молекулярное строение. 5. Высшая степень окисления неметаллов в соединениях равна и, низшая (и — 8), где п — номер группы в коротком варианте периодической системы. б.
В каждом периоде самым активным неметаллом и самым сильным окислителем является галоген (17 группа), а самым инертным неметаллом — благородный !инертный) газ (18 группа). г л д 8 А ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ 87.1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ Из всех известных химических элементов более 90 (т.е. 80% об общего числа) являются металлами. В периодической системе элементы-металлы расположены в начале периодов (з- и некоторые р-элементы), а также в побочных подгруппах (все г(- и)-элементы). В зависимости от конфигурации валентных электронов, металлы подразделяют на 4 группы; з-металлы (щелочные и щелочно- земельные), р-металлы, И-металлы (переходные металлы) и 7"-металлы (лантаноиды и актиноиды).
Благодаря сходству в электронной конфигурации металлы в каждой группе обладают многими похожими свойствами. В целом, физические и химические свойства металлов меняются в очень широком диапазоне, однако для всех металлов характерен и ряд общих черт: — высокая по сравнению с неметаллами тепло- и электропроводностги — низкая электроотрицательность (меньше 2 по шкале Полинга); — низкая энергия ионизации атомов; — восстановительные свойства простых веществ; — способность образовывать катионы М"+, и = 1-4. Слово металл восходит к греческому корню «металлон«ч означающему «рудник>.
Многие металлы встречаются в природе в виде руд, содержащих один или несколько минералов. По распространенности в земной коре среди всех металлов лидирует алюминий (8%), на втором месте расположено железо (47«), на третьем — кальций (3%), затем натрий, калий и магний () 2т«), титан (0,6%). Гораздо меньше в земной коре хрома, меди, олова, серебра, ртути, золота (рис. 7.1).
Все радиоактивные металлы, за исключением урана и тория, в природе встречаются лишь в следовых количествах, либо вообще не обнаружены. Все металлы, кроме ртути, при комнатной температуре находятся в твердом состоянии. Типы кристаллических решеток металлов подробно описаны в $15.2. Большинство из них основано на кубической элементарной ячейке. Самую простую решетку — примитивную кубическую имеет радиоактивный металл полоний. В кристаллической решетке альфа-железа атомы находятся не только в вершинах куба, но и в его центре — такую решетку называют кубической объемно-центрированной.
В ней координационное число железа равно 8, т.е. каждый атом имеет 8 ближайших соседей. В решетках меди, серебра, золота, алюминия атомы расположены во всех вершинах куба и в центрах всех его граней — это кубическая гранецентрированная решетка. В ней атомы упакованы наиболее плотным образом: координационное число равно 12. Другой способ плотнейшей упаковки реализуется ф 7 I Обикгс гвоот пел меккаллои 1бк и гексагоиальной решетке, злемеюарная ячейка которой представляет собой пес",иугольиуго призму !акая реьчетка имеется у ма~ ния, цинка и других металл~из.
!68 Гл. 7. Химия мемаялов 5 г!смз называют легкими. К ним, помимо нгелочных и гнслочноземельных металлов, принадлегиат магний, алюыишш, титан и другие. Е3 число наиболее тязги лых 170 >'И я .Х».>>ия >и'>а>>лк>а> однвгн> реакция цинка го к и>ссьа> суа>ьфнца серебра Л~,к5, пераство:>ими>го в воде, »ранта неки ги идет. Активные металлы сгосос>ны вытеснясь менее активные н из >1 Э 7.2, Сплавы 171 используют уголь С, угарный газ СО, водород Нз. В промышленности предпочте- ние отдают первым двум веществам, так как они более дешевы: 2РедОз + ЗС = 4Ре+ ЗСОз. Водород используют в тех случаях, когда восстановление углем невозможно из-за образования карбидов металлов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
