Курс общей химии. Мингулина, Масленникова, Коровин_1990 -446с (996867), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Кварц обладает большой твердостью, высокой температурой плавления (!728 'С) и кипения (2950 'С), а также химической стойкостью по отношению ко многим реагентам. Кремнезем легко переходит в стеклообразное состояние. В отличие от кварца в кварцевом стекле тетраэдрические структурные единицы расположены неупорядоченно. Кварцевое стекло химически и термически весьма стойко. Кварцевое стекло находит широкое применение в химических лабораториях, в производстве агрессивных веществ н т.
д. В последнее время кварцевое стекло высокой степени чистоты используется в волоконной оптике. Полимерное строение характерно также и для кремниевой кислоты и ее солей — силикатов. Химическая формула кремние- вой кислоты Нз5!Оз условна, так как в зависимости от концентрации и рН раствора в молекулу кислоты входит переменное число молекул 5!О~ и Н50, Поэтому состав молекулы кремниевой кислоты правильней выражать формулой п510~гпНзО.
Разный состав имеют и соли — силикаты. В отличие от полимерной структуры большинства соединений кремния его галогениды 5!На!4 имеют мономерную структуру. Мономером является и гидрид кремния 5!Н4 — силан. Кремний тоже склонен к образованию гомоцепных молекул со связью 5! — 80 Однако у кремния эта склонность много меньше, чем у углерода.
Известны лишь гидриды кремния предельного ряда 5)„Нз„+~ с максимальным значением п=б. Все гидриды кремния отличаются малой устойчивостью из-за низких значений энергии химической связи 51 — 5! и 81 — Н. И силан 51Н4, и другие кремневодороды легко самовоспламеняются на воздухе и сгорают, образуя 5!Оь Если гомоцепные молекулы кремния мало устойчивы, то гетероцепные, в основе которых лежит силоксановая группировка, очень устойчивы: Такие полимерные молекулы характерны для кремнийорганических соединений. Подгруппа германия — включает германий, олово и свинец. Гер ма н н й — полупроводник с довольно большой шириной запрещенной зоны (АЕ=0,78 эВ).
О л о в о — полиморфно. В обычных условиях устойчиво белое олово (р-модификация), но при охлаждении до 13,2 'С оно переходит в серое олово (а-модификация). Белое олово — серебристо-белый металл, электрическая проводимость которого в 8 раз выше, чем у ртути. Серое олово — полупроводник с алмазоподобиой кристаллической решеткой (АЕ=0,08 эВ). Плотность а-Бп невелика (5,85 г/см') по сравнению с плотностью 8-Бп (7,29 г/см'). При переходе, который ускоряется затравкой — кристалликами серого олова, 8-модификации олова в а-модификацию удельный объем возрастает на 25,5 44, в связи с чем олово рассыпается в порошок. С в и н е ц — темно-серый мягкий металл, тяжелый, с невысокой температурой плавления и типичной для металлов электрической проводимостью. Г1ри комнатной температуре Ое и Бп устойчивы по отношению к воде и воздуху.
Свинец окисляется кислородом воздуха; на его поверхности образуется синевато-серая оксидная пленка. Поэтому РЬ при контакте с воздухом теряет металлический блеск. При нагревании германий, олово н свинец реагируют со многими неметаллами, образуя соединения, в которых степень окисления Сге и Бп равна +4 (ОеОм БпС!4 и пр.), а РЬ вЂ” +2 (РЬО, РЬСЬ и т.
п.). 275 В ряду стандартных электродных потенциалов Ое расположен после водорода, а олово и свинец — непосредственно перед водородом. В связи с этим германий не растворяется в разбавленных НС1 и НвВОзв. Олово взаимодействует с соляной кислотой, вытесняя из нее водород: Зп+ ЗНС) (коиц.) = Н5пС)з+ Нз 5п+ 4НС) (коиц.) = Нз5пС1з+ Н, Усиление металлических свойств в ряду Ое — $п — РЬ сказывается и на их отношении к азотной кислоте: Ос+ 4НМОз (коиц.) = НзбеОз+4ЫОз+НзО 5п+ 4НМОз (кои ц ) = НззпОз+ 4ЫОз+ Н,О РЬ+4ННОз (коиц.) = РЬ(ЙОз)з+2ЫОз+2НзО Германий и олово, реагируя с концентрированной Н)х)Оз, образуют германиевую и оловянную кислоты, а свинец — соль. При взаимодействии с разбавленной НМОз олово переходит в катионную форму: З5п+ ЗНМОз (рааб.) = Ззп (ЫОз) з+ 2НО+ 4НзО При нагревании олово и свинец растворяются в водных растворах щелочей: '-2 РЬ + 2НзО+ 2 КОН = Кз (РЬ (ОН) з) + Нз Германий взаимодействует с щелочами только в присутствии окислителей: -1- 4 Ое+2КОН+0,-1-2Н,О= К,(Ое(ОН),) Германий в основном применяется в полупроводниковой технике (см.
гл. ХЪ'1). Олово — компонент многих сплавов, например подшипниковых (баббиты), типографских (гарт). Но главное направление использования олова — лужение железа, получение белой жести, потребителем которой в основном является консервная промышленность. Свинец, как и олово, — компонент многих легкоплавких сплавов. В больших количествах РЬ используется для изготовления аккумуляторных пластин и оболочек электрических кабелей. Специфично применение свинца для защиты от у-нзлучения (стенки из свинцовых кирпичей).
* Свинец устойчив по отношению к разбавленным НС) и Н,50, вследствие образования иерастворимых РЬС1з и РЬЗОз, защищающих РЬ от воздействия кислот. 27б 4!К.Г. СВОЙСТВА р-ЭЛЕМЕНТОВ Ч, Ч1 И ЧП ГРУПП ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ В главной подгруппе зг группы периодической системы элементов Д.
И. Менделеева расположены р-элементы — азот Н (...25'2р') и его электронные аналоги — фосфор Р, мышьяк Аз, сурьма 5Ь и висмут В1. Сравнение энергии ионизации р-элементов зг группы указывает на закономерное ослабление в ряду Ь) — Р— Аз — 5Ь вЂ” В1 неметалличности атомов: Н Р Аз 5Ь В1 Энергия иоинзаиии, Э -Эз, зп.......... 14,88 10,48 9,81 8,64 7,29 У атомов р-элементов Ч гпуппы во внешнем электронном слое пять электронов (...лззлр ), поэтому для них характерна степень окисления — 3, устойчивость соединений с этой степенью окисления в ряду Ы вЂ” Р— Аз — 5Ь вЂ” В( заметно уменьшается.
Так, например, гидрид азота ХНз (аммиак) вполне устойчив; далее устойчивость гидридов ЭНз понижается, а В1Нз обнаружен только в виде следов. Степень окисления атома Ы и его аналогов в соединениях с более электроотрицательными элементами положительна и может меняться в пределах от +1 до +5. В соответствии с электронной конфигурацией атомов (...лз'лр') более устойчивы соединения со степенью окисления рассматриваемых элементов +3, +5. Азот — газ (т. кип.
— 195,8'С; т. пл. — 210'С) без цвета и запаха; он плохо растворим в воде и других растворителях. Основная масса азота входит в состав атмосферы в виде простого вещества. Молекулы азота Нз очень прочны. Даже при 3000'С степень диссоциации молекул Ыз иа атомы достигает всего лишь 0,1 нй. По методу валентных связей прочность молекулы Ыз можно объяснить образованием трех ковалентных связей (одной о и двух л), поскольку в каждом атоме азота на энергетическом 2р-подуровне есть три неспаренных электрона (см.
рис. 1!.3). При невысоких температурах азот химически инертен. Именно поэтому в природе устойчивы молекулы Ыз. При температуре более 300 'С азот энергично взаимодействует с литием, образуя нитрид ()зН При более высоких температурах — с магнием, алюминием и некоторыми другими металлами и неметаллами, образуя нитриды (см.
$ !Х.З). Из ковалентных нитридов наибольшее практическое значение имеет аммиак ЫНз. Широко используется и гидразин ЫзН4, например в процессе водоподготовки для количественного связывания остаточного кислорода. Аммиак и особенно гидразин ядовиты! Азот образует оксиды ЫзО, Ь)О, ЫзОз, Ь(Оз и ЫЬОз. Диоксид азота ЫОз способен димеризоваться. Оксид азота ЫЬОз сушест- 277 вует только при низких температурах (ниже температуры плавления). При температуре — 100'С это светло-синие кристаллы, 5(вОа — кислотный оксид, легко взаимодействует со щелочами: НаОа+ 2мвОН = 2ыаНОа -1- Н,О Образующиеся соли азотистой кислоты (НХОа) называют интригами.
Диоксид азота ХОа — газ бурого цвета, токсичен, Реакция димеризации ХОа идет с выделением теплоты (Ловвда= = — 55 кДж/моль), поэтому мономер ХОа устойчив при повышенных температурах (выше +!35'С), а димер — при пониженных; 2НО,=- Н,О, Диоксид азота ХОа, растворяясь в воде, образует две кислоты: НаО+ ХО2+ НОа- ННОз+ НХОа Степень окисления азота в азотной кислоте Н5)Ов равна +5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
