Неорганическая химия. Т. 2. Под ред. Ю.Д. Третьякова (975564), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Разработка этих ресурсов в настоящее время только начинается. Как правило, гидраты могут быть легко разрушены при незначительном повышении температуры или уменьшении давления. На этом свойстве основан перспективный метод опреснения воды с помощью пропана. При повышенном давлении пропан образует твердый гидрат даже при комнатной температуре. Соли, находящиеся в воде, не входят в его состав и остаются в растворе. Твердый гидрат легко отделить от соленой воды. При незначительном нагревании он разлагается на пропан и пресную воду.
0,6 Х 15Н»О ЫУГФУГФУЫ 0,7 Гилраты нс образуются 0,8 Рис. 1.17. Образование гидратов в зависимости от размера молекул газа С1, ь Н,О, + 2ИаОН = 2)з!аС! -ь 2НзО е Озт РЬБ + 4Н707 = РЬБО«+ 4НзО 25 Электродные потенциалы Н,О,/Н,О (1,776 В) и О,/Н,Оз (0,682 В) сильно зависят от рН среды; окислительные свойства наиболее ярко выражены в кислой и нейтральной средах, восстановительные — в щелочной: Рис. 1.18. Строение кристалла (а) пероксида водорода (атомы Н не показаны) и от- дельной молекулы НзО, (б) в кристалле Пероксид водорода — соединение неустойчивое — и даже в разбавленных растворах самопроизвольно диспропорционирует. Реакция диспропорционирования катализируется ионами переходных металлов, хлорид-ионами, некоторыми белками.
Каталитическое действие дихромат-ионов основано на образовании неустойчивого пероксохромата, который разлагается на дихромат и кислород, Механизм разложения пероксида в присутствии хлорид-ионов может быть представлен уравнениями 2Н' + 2СГ + НзОз = С1зТ -ь 2НзО НзОз + С!з = 2Н + 2СГ + Огт 2Н,О2 = ОзТ + 2НзО Пероксид водорода является очень слабой кислотой, по силе примерно равной иону НРО~ . Равновесие НзОз + НзО ~~ НзО' ч- ООН сильно смещено влево (К= 1,78.
10 "), Пероксиды металлов и аммония можно рассматривать как соли этой слабой кислоты. В присутствии щелочи, связывающей ионы гидроксония, константа Х возрастает: в щелочном растворе пероксида присутствуег заметное количество пщропероксид-ионов. Твердые гидропероксиды могут быть получены действием этилового спирта на пероксид щелочного металла: о'с ХазОз+ СзН5ОН вЂ” + 1чаООН! + С~НзОХа Пероксид водорода образует пероксопроизводные при взаимодействии с солями некоторых неорганических кислот, например борной.
Образующийся при этом пероксоборат натрия является сильным окнслителем. Пероксосоли (К280и Кз8~08 К2СО„КзС20е и др.) подобно перокснду водорода являются сильными окислителями, так как содержат пероксогруппировку. Получены и некоторые соответствующие им пероксокислоаы, например моно- и дипероксосерная, пероксоазотная. Все онн неустойчивые. Известны н многочисленные органические пероксиды, Многие из них, например пероксид ацетона, являются детонирующими взрывчатыми веществами.
Пероксид бензоила служит инициатором радикальных реакций, используется для лечения кожных заболеваний. 26 В настоящее время основное количество Н,О, получают окислением гидроантрахинона кислородом воздуха в органическом растворителе. Образующийся пероксид экстрагируют водой, а образовавшийся антрахинон восстанавливают водородом и вновь вводят в реакцию с кислородом: ОН О К + НзОз ОН О В лаборатории раствор НзОз получают, действуя на пероксид бария соляной кислотой. Образовавшийся хлорид бария осаждают в виде сульфата. При замене соляной кислоты на серную Ваб04 осаждается прямо на зернах ВаО„что замедляет реакцию и существенно снижает выход.
Пероксид водорода используют для отбеливания бумаги, кожи, текстильных материалов, в синтезе высокоэффективных отбеливающих агентов (пероксоборатов, пероксокарбонатов), как окислитель ракетного топлива. Растворы НзОз применяются в качестве дезинфицирующего средства. Контрольные вопросы 1. В растворе хлорида метиламмония 1СНзХНз) СГ в 13зО только половина атомов водорода способна заместиться на дейтерий.
Почему? 2. Подкисленный раствор перманганата калия в промывапке, установленной на выходе из аппарата Киппа, обесцвечивается. Чем зто можно объяснить? 3. Если пламя горящего водорода направить на кусок льда, то можно обнаружить, что образовавшаяся жидкость вызывает посинение иод-крахмальной бумаги. Дайте объяснение. 4. Гидрид кальция используют в лабораторной практике для восстановления металлов из оксидов.
Напишите уравнение реакции восстановления высшего оксида ниобия. 5. Молекулы фтороводорода и аммиака подобно воде способны образовывать прочные водородные связи. В чем принципиальная разница между структурой льда и структурами жидких НЕ и 1ч Нз? б. Как объяснить тот факт, что многие минеральные кислоты образуют устойчивые гилраты, например Нз804 НгО, НБЬЕ6 НзО, НС104 2НзО, Нз81Е6 НзО? Каково их строение? 7. В б400 л океанской воды содержится примерно 1 л тяжелой воды. Каковы запасы тяжелой воды в Мировом океане (объем Мирового океана 3,2 10' км')? 8.
Изобразите структурные формулы анионов следующих пероксосолей: ХаВОь Кз8% Кз8гОа КгСОм КгСзОм КНСОь Глава 2 ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ 1-Й ГРУППЫ 2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Таблица 2.1 Свойства элементов 1-й группы Свойство КЬ Рг Заряд ядра У 19 37 [Не]2г' [!че[3г' [Аг[4л' [Кг[5г' [Хе[бр' [Кп! 7г' Электронная конфигурация в основном состоянии 0,152 0,186 0,074 0,102 0,340 0,276 0,248 0,265 0,149 О,! 70 0,228 0,228 Металлический радиус г „нм Ионный радиус г„,„*, нм 0,227 0,270 0,138 0,180 Радиус гидратированного иона г р,нм 0,2 32 Энергия ионизацни, кДж/молчи 7г 375,7 2234 520,2 7298 495,8 4562 418,8 3052 403,0 2633 [380) (2100) Электроотрицательность: по Полин!у по Оллреду — Рохову 0,98 0,97 0,93 1,01 0,82 0,89 0,70 0,86 0,82 0,91 0,79 0,86 ' Для координационного числа 6.
28 В первую группу Периодической системы элементов Д.И. Менделеева входят литий з1.1, натрий 1!)ч[а, калий ьчК, рубидий 37Из, цезий мСв и франций г„рг. Исторически их называют щелочными металлами, поскольку их гидроксиды являются едкими щелочами. Последний элемент группы — фракций — радио- активен и малодоступен для исследования: период полураспада его наиболее долгоживущего изотопа 'г,рг составляет 21,8 мин.
Электронная конфигурация и некоторые свойства щелочных металлов представлены в табл. 2.1. Радиус атомов щелочных металлов г„„возрастает при движении вниз по группе, это характерно для элементов всех главных групп. Относительно малое увеличение радиуса при переходе от калия к рубидию и далее к цезию связано с заполнением ЗЫ- и 4г1-подуровней соответственно. Это приводит к уменьшению экранирования ядра и увеличению его эффективного заряда.
Ионные радиусы щелочных металлов существенно меньше металлических, что связано с потерей единственного валентного электрона. Они также закономерно возрастают от Ь1' к Сз'. Размеры же гидратированных катионов изменяются в противоположном направлении, что объясняется в рамках простейшей электростатической модели. Наименьший по размеру ион 1.1' сильнее других притягивает к себе полярные молекулы воды, образуя наибольшую гидратную оболочку. Расчеты показали, что в растворе катион 1л окружен 26 молекулами воды, из которых лишь четыре находятся в первой координационной сфере. Недаром многие соли лития, в том числе хлорид, перхлорат и сульфат, а также гидроксид вьщеляются из растворов в виде кристаллогидратов. Хлорид [.1С! Н,О обезвоживается при температуре 95'С, 1.1ОН.
Н,Π— при 110'С, а 1лС101 НзΠ— лишь при 150'С: С увеличением ионного радиуса катиона М' сила его электростатического взаимодействия с молекулами воды ослабевает, что приводит к уменьшению гидратной оболочки и, следовательно, радиуса ©он Он,о ©ь! Особенности химии лития. Малый размер атома лития и, как следствие, высокая поверхностная плотность заряда и низкое координационное число делают химию лития отличной от других щелочных металлов. По многим свойствам химия лития оказывается гораздо ближе химии магния. 1.
Литий образует устойчивый гидрид 1лН (г = 850'С); для сравнения: Хан разлагается при 420'С, КН вЂ” при 400'С, кЬН вЂ” при 360'С, а СзН вЂ” при 390'С. 2. Литий — единственный из щелочных металлов, дающий устойчивый нитРид 1-!з)ч 3. Литий реагирует с углем, образуя карбиды 1азСм Ы,Сь 4. Гидроксид лития при температуре выше 600'С начинает разлагаться на оксид и воду, в то время как гидроксиды остальных щелочных металлов не разлагаются при нагревании.
5. При сгорании на воздухе литий образует оксид 13зО. 6. Литий не образует квасцов. 7. Карбонат лития при нагревании (>800 С) разлагается. 8. Гидроксид, карбонат, ортофосфат и фторид лития малорастворимы в воде. 9. Хлорид, бромид, иодид и перхлорат лития растворимы в этаноле. 10. Литий образует более устойчивые комплексы, чем остальные щелочные металлы. Во многих соединениях лития химическая связь носит частично ковалентный характер. Например, пщрат гидроксида лития 1.ЮН Нзо в твердом виде состоит из димеров ЩОН)ь связанных в цепочки мо- 4„-3 стиковыми молекулами воды (рис.
2.1). Сходные димеры преобладают и в парах ЕЮН при 800'С. Рис. 2.!. Строение 1.ЮН Нзо Применение щелочных металлов. Прогнозируемый в ХХ1 в. рост производства лития связан с созданием алюминий-литиевых сплавов, используемых в авиационной и космической технике. Легироваиие алюминия литием позволяет ие только снизить массу, но и увеличить прочность, а также коррозиоииую стойкость материала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
