В.В. Еремин, А.Я. Борщевский - Основы общей и физической химии (1113479), страница 42
Текст из файла (страница 42)
С увеличением заряда ядра в ряду 4~-элементов монотонно уменьшаются орбитальные радиусы атомов и ионные радиусы Мз+. Это явление называют лантаноидным сжатием. Оно приводит к тому, что радиусы атомов 5п'-металлов, следующих за лантаноидами, оказываются практически равными радиусам их аналогов 9 с.б. 1-Металльс 209 из 4с(-ряда. Как следствие, химические свойства 4с(- и бс1-металлов оказываются очень схожими, что мы уже отмечали выше.
Все лантаноиды — типичные металлы серебристо-белого цвета. Они пластичны, хорошо проводят электричество. Наиболее характерная степень окисления для всех без исключения редкоземельных элементов +3, известны также степени окисления +2 (Бш, Ец, Тш, УБ) и +4 (Се, Рг, Хб, Т5, Оу). Степень окисления +3 реализуется путем перехода одного 41-электрона на 5ст'-подуровень и потерей трех внешних электронов 5ссс бзз. Остальные 41-электроны экранированы внешним н предвнешним слоями и поэтому мало влияют на химические свойства элемента. Отсюда вытекает необычайное химическое сходство всех лантаноидов. Благодаря тому, что 1-электроны почти не участвуют в образовании химических связей, лантаноиды образуют соединения с преимущественно ионным типом связи аналогично щелочноземельным элементам.
Все они — довольно активные металлы, по химической активности близки к магнию, но уступают кальцию. Практически все стандартные электродные потенциалы Е;„, м имеют значение, меньшие — 2,0 В, поэтому лантаноиды легко вытесняют водород из кислот 2М + ЗНз50е = Мз(504)з + ЗНз1 и даже нз воды (при нагревании): 2М + бНзО = 2М(ОН)з + ЗНз). Для предотвращения окисления влагой воздуха многие лантаноиды хранят под слоем керосина (подобно щелочным металлам).
При нагревании лантаноиды реагируют с кислородом 4М+ 30з = 2МзОз и галогенами. Реакция с водородом происходит при температуре выше 400'С, образуюсциеся гидриды часто представляют собой нестехиометрические соединениями. Эту реакцию исследуют на предмет возможного использования для хранения водорода. Гидроксиды М(ОН)з нерастворимы в воде, они представляют собой основания средней силы, сравнимые с Мд(ОН)з. Соли сильных кислот хорошо растворимы в воде, в растворах образуются аквакомплексы Мз+ с высокими координационными числами, например 11а(НзО)э)~~.
Степень окисления +4 наиболее устойчива у церия — первого элемента ряда. На воздухе в щелочной среде гидрокснд церия (1Н) постепенно превращается гидроксид церия (1Ч): 4Се(ОН)з + Оз + 2НзО = 4Се(ОН)4. Соединения Се'+ по окислительной способности и кислотно-основным свойствам напоминают Рез+. Они способны окислять этанол, сернистый газ, иодиды: 2Се(50л)з + 2К! = Сев(504)з + 1з + Кз504. Гидроксид Се(ОН)л проявляет слабые амфотерные свойства. Лантаноиды нашли практическое применение в различных областях техники. Их используют в качестве легирующих добавок к чугунам и сталям, оксиды применяют как катализаторы крекинга нефти, из интерметаллидов неодима и самария изготавливают мощные постоянные магниты, кристаллы иттрий-алюминиевых гра- 210 Гл.
7. Химия металлов натов (уАО), в которых часть атомов иттрия замещена на атомы неодима, служат активными элементами лазеров ЬЫУАО. Актиноиды — это семейство из 14 радиоактивных элементов с атомными номерами от 90 до 103: оно начинается торием ТЬ и заканчивается лоуренсием (.г. У атомов этих элементов по мере увеличения заряда ядра происходит заполнение 51- подуровня. Элементы, следующие в периодической системе за ураном,(л, = 92), называют трансурановыми — это касается не только актиноидов, но и следующих за ними бг(- и 7р-элементов. Изучению физических и химических свойств трансурановых элементов препятствуют их высокая радиоактивность и короткое время жизни. Все актиноиды — тяжелые металлы серебристо-белого цвета.
Простые вещества химически очень активны. На воздухе они постепенно окисляются кислородом и азотом, при нагревании взаимодействуют с галогенами. Для актиноидов характерно разнообразие степеней окисления — от +2 до +7 у разных элементов. Мы кратко рассмотрим только химию урана — самого распространенного в природе актиноида. Уран проявляет в соединениях степени окисления +3, +4, +б, наиболее устойчива последняя. На воздухе уран окисляется кислородом и покрывается черной пленкой, а при небольшом нагревании сгорает: 1) + 202 = 1)02. При повышенной температуре уран реагирует с водяным паром: П + 2Н20 = П02 + 2Н2, со фтором взаимодействует уже при комнатной температуре, превращаясь в высший фторид: Б + ЗГ2 = ()Гз.
Именно в виде этого летучего соединения и производят разделение изотопов ю~() и ~О методом газовой диффузии. Уран легко растворим в соляной и азотной кислотах: 1) + 4НС! = ()С!4 + 2Н2 1, П + 4ННОз = 002(МОз)2+ 2Н01+ 2Н20. Оксид урана (1Ч) ()02 проявляет преимущественно основные свойства: 002+ 2Н2306 = ЩЯОл)2+ 2Н20, а высший оксид 1)06 — ярко выраженные амфотерные свойства.
При растворении в кислотах он образует соли оксокатиона уранила ПО~~э: ПОз + 2НС!04 = ()02 (С!04)2 + Н20, а при сплавлении со щелочами — соли уранаты; 006 + 2КОН = К2ПОл + Н20. Для получения урана руду предварительно обогащают, затем содержащиеся в ней соединения урана путем ряда превращений переводят в тетрафторид ()Г4, который восстанавливают магнием: ПГл+ 2Мп = 11 + 2МдГ2. Э 7.6. 7-Металлы 211 Наибольшее практическое значение среди актиноидов имеют уран и плутоний — изотоп ~зз)) используют в качестве топлива в ядерных реакторах, а ~зарыв основной компонент ядерного оружия. Коротко о главном 1. Общие свойства металлов: высокая тепло- и электропроводность, низкая электро- отрицательность, простые вещества — восстановители, в соединениях — только положительные степени окисления.
Химическая активность простых веществ— металлов характеризуется электрохимическим рядом напряжений: металлы, расположенные левее водорода, вытесняют его из кислот. 2. Для улучшения физических и механических свойств металлов используют их смеси — сплавы. Свойства сплава отличаются от свойств образующих его металлов. 3. Основные способы получения металлов: 1) восстановление оксидов; 2) электролиз расплавов и растворов.
4. з-Металлы — наиболее активные металлы и самые сильные восстановители. В соединениях они проявляют единственную степень окисления +1 или +2, их оксиды и гидроксиды имеют основный характер. 5. р-Металлы — более слабые восстановители, чем з-металлы. В соединениях проявляют степени окисления +и и +(и — 2), где и — номер группы. Соединения в высшей степени окисления имеют свойства окислителей. 6.
У Ы-элементов происходит заполнение электронами предвнешнего д-подуровня. Физические и химические свойства Н-металлов очень разнообразны и зависят от номера группы, однако есть общие свойства: разнообразие степеней окисления, склонность к образованию комплексных соединений.
С увеличением степени окисления переходного металла уменьшается восстановительная и возрастает окислительная способность его соединений, а характер оксидов и гидроксидов меняется от основного к кислотному. 7. Все лантаноиды 147'-металлы) обладают очень сходными химическими свойствами. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ глава 58Л. ПРЕДМЕТ И ЗНАЧЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Органическая химия — это химия соединений углерода, органических соеди! нений. Первоначально органическими называли только вещества, получаемые из живых организмов, однако затем к органическим стали причислять все соединения углерода, как природные, так и синтетические. Под это определение также попадают и соединения, которые традиционно относят к неорганическим, — оксиды углерода, соли угольной кислоты, синильная кислота.
Абсолютно четкой границы между неорганическими и органическими соединениями провести нельзя'. Известно и другое определение органической химии. Органическая химия — это химия углеводородов и их производных. Даже окснд углерода (!!) СО можно считать органическим соединением, если формально рассматривать его как ангидрид муравьиной кислоты НСООН, которая, безусловно, относится к органическим кислотам. Органическая химия изучает строение органических веществ, способы их получения, химические свойства и способы практического применения.
Органические вещества обладают рядом характерных свойств, которые отличают их от неорганических. Главная особенность органических веществ состоит в том, что их очень много— более 60 млн — и они обладают колоссальным разнообразием. В состав большинства из них входят четыре элемента — углерод, водород, кислород и азот, Кроме них, органические вещества могут содержать атомы серы, фосфора, галогенов и других элементов, в том числе металлов. Почти все органические вещества имеют молекулярное строение.
Для органических молекул характерны ковалентные неполярные или слабо полярные химические связи, поэтому органические вещества обычно нерастворимы в воде, а водные растворы остальных практически не проводят электрический ток. Органические вещества, как правило, горючи и прн нагревании разлагаются. Для определения состава органических веществ используют разнообразные методы, простейший из которых состоит в анализе продуктов сгорания вещества !рис. 8.1).
Если органическое соединение содержит только углерод, водород, кислород и азот, то при его сгорании образуются углекислый газ, азот и вода. Из- т81 (4гедмеггг и эьаьевис ореониигьои лимии 213 игрив коли кгсгвт этих вени ств, ногино иииэи соогноп,ение элементов в исхггдвса: вегдес~ве и оиредели~ь но орут|о-фооиулу, Длв того, и1ос1ы узнать ьголекулгрггу.о 214 Гл. 8. Основные понятия органической химии Таблица 8.1.
Характеристические частоты некоторых групп атомов Интенсивность полосы Частота, см Класс соединений Группа атомов 2850-2960 Сильная Алканы 30!0-3100 Алкены и арены Средняя =С вЂ” Н С=С Алкены 1620-!680 Переменная 1000-1300 Сильная Альдегиды 1720-1740 Сильная Н вЂ” С=О С=О г Кетоны 1705-1725 Сильная — С вЂ” О— О 1700-1750 Сильная — Π— Н Спирты, фенолы 3590-3650 Переменная — Π— Н--О 3200-3400 Сильная 3 4 5 5 т 3600 2800 2000 2000 1800 !600 !400 1200 1000 800 Частота, см ' Рнс. 8.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
