ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ REDOX
Αντιδράσεις στις οποίες συμβαίνει αλλαγή στις καταστάσεις οξείδωσης των ατόμων των στοιχείων που αποτελούν τις αντιδρώντες ενώσειςλέγονται οξειδοαναγωγής.
Κατάσταση οξείδωσης(c.o.) είναι το φορτίο ενός στοιχείου σε μια ένωση, που υπολογίζεται με βάση την υπόθεση ότι η ένωση αποτελείται από ιόντα. Ο προσδιορισμός της κατάστασης οξείδωσης πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες διατάξεις:
1. Η κατάσταση οξείδωσης ενός στοιχείου σε μια απλή ουσία, για παράδειγμα, σε Zn, Ca, H 2, Br 2, S, O 2, είναι μηδέν.
2. Η κατάσταση οξείδωσης του οξυγόνου στις ενώσεις είναι συνήθως –2. Εξαίρεση αποτελούν τα υπεροξείδια H 2 +1 O 2 –1, Na 2 +1 O 2 –1 και το φθοριούχο οξυγόνο O +2 F 2.
3. Η κατάσταση οξείδωσης του υδρογόνου στις περισσότερες ενώσεις είναι +1, με εξαίρεση τα υδρίδια που μοιάζουν με άλατα, για παράδειγμα, Na +1 H-1.
4. Τα αλκαλιμέταλλα έχουν σταθερή κατάσταση οξείδωσης (+1). βηρύλλιο Be και μαγνήσιο Mg (+2); μέταλλα αλκαλικών γαιών Ca, Sr, Ba (+2); φθόριο (–1).
5. Το αλγεβρικό άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης των στοιχείων σε ένα ουδέτερο μόριο είναι ίσο με μηδέν, σε ένα μιγαδικό ιόν - το φορτίο του ιόντος.
Για παράδειγμα, ας υπολογίσουμε την κατάσταση οξείδωσης του χρωμίου στην ένωση K 2 Cr 2 O 7 και του αζώτου στο ανιόν (NO 2) -
K 2 + 1 Cr 2 Χ O 7 –2 2∙(+1)+ 2 Χ + 7 (–2) = 0 Χ = + 6
(NO 2) - Χ + 2 (–2) = –1 Χ = + 3
Στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από ένα άτομο, μόριο ή ιόν σε ένα άλλο. Οξείδωση – η διαδικασία της απώλειας ηλεκτρονίων από ένα άτομο, μόριο ή ιόν, που συνοδεύεται από αύξηση της κατάστασης οξείδωσης. Ανάκτηση – η διαδικασία προσθήκης ηλεκτρονίων, που συνοδεύεται από μείωση της κατάστασης οξείδωσης.
-4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8
Διαδικασία ανάκτησης
Η οξείδωση και η αναγωγή είναι αλληλένδετες διαδικασίες που συμβαίνουν ταυτόχρονα.
Οξειδωτικά μέσαλέγονται ουσίες (άτομα, ιόντα ή μόρια) που αποκτούν ηλεκτρόνια κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης, αναστηλωτές – ουσίες που δίνουν ηλεκτρόνια. Οι οξειδωτικοί παράγοντες μπορεί να είναι άτομα αλογόνου και οξυγόνο, θετικά φορτισμένα ιόντα μετάλλων (Fe 3+, Au 3+, Hg 2+, Cu 2+, Ag +), σύμπλοκα ιόντα και μόρια που περιέχουν άτομα μετάλλου στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, NaBiO 3, κ.λπ.), άτομα μη μετάλλων σε κατάσταση θετικής οξείδωσης (HNO 3, πυκνό H 2 SO 4, HClO, HClO 3, KClO 3, NaBrO κ.λπ.).
Τυπικοί αναγωγικοί παράγοντες είναι σχεδόν όλα τα μέταλλα και πολλά αμέταλλα (άνθρακας, υδρογόνο) σε ελεύθερη κατάσταση, αρνητικά φορτισμένα μη μεταλλικά ιόντα (S 2-, I-, Br-, Cl-, κ.λπ.), θετικά φορτισμένα μεταλλικά ιόντα στη χαμηλότερη κατάσταση οξείδωσης (Sn 2+, Fe 2+, Cr 2+, Mn 2+, Cu + κ.λπ.).
Οι ενώσεις που περιέχουν στοιχεία στη μέγιστη και ελάχιστη κατάσταση οξείδωσης μπορούν, αντίστοιχα, να είναι είτε μόνο οξειδωτικοί παράγοντες (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, HNO 3, H 2 SO 4, PbO 2), είτε μόνο αναγωγικοί παράγοντες (KI, Na 2 S, NH3). Εάν μια ουσία περιέχει ένα στοιχείο σε ενδιάμεση κατάσταση οξείδωσης, τότε, ανάλογα με τις συνθήκες αντίδρασης, μπορεί να είναι και οξειδωτικό και αναγωγικό. Για παράδειγμα, το νιτρώδες κάλιο KNO 2, που περιέχει άζωτο σε κατάσταση οξείδωσης +3, υπεροξείδιο του υδρογόνου H 2 O 2, που περιέχει οξυγόνο σε κατάσταση οξείδωσης -1, εμφανίζει αναγωγικές ιδιότητες παρουσία ισχυρών οξειδωτικών παραγόντων και όταν αλληλεπιδρά με ενεργό αναγωγικό παράγοντες είναι οξειδωτικοί παράγοντες.
Κατά τη σύνταξη εξισώσεων για αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, συνιστάται να τηρείτε την ακόλουθη σειρά:
1. Να γράψετε τους τύπους των αρχικών ουσιών. Προσδιορίστε την κατάσταση οξείδωσης των στοιχείων που μπορούν να την αλλάξουν, βρείτε τον οξειδωτικό και τον αναγωγικό παράγοντα. Γράψτε τα προϊόντα αντίδρασης.
2. Να συντάξετε εξισώσεις για τις διαδικασίες οξείδωσης και αναγωγής. Επιλέξτε τους πολλαπλασιαστές (κύριοι συντελεστές) έτσι ώστε ο αριθμός των ηλεκτρονίων που δίνονται κατά την οξείδωση να είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που γίνονται δεκτά κατά τη διάρκεια της αναγωγής.
3. Τακτοποιήστε τους συντελεστές στην εξίσωση αντίδρασης.
K 2 Cr 2 +6 O 7 + 3H 2 S -2 + 4H 2 SO 4 = Cr 2 +3 (SO 4) 3 + 3S 0 + K 2 SO 4 + 7H 2 O
οξειδωτικό μέσο μείωσης
οξείδωση S -2 – 2ē → S 0 ½3
μείωση 2Cr +6 + 6ē → 2Cr +3 ½1
Η φύση πολλών οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων εξαρτάται από το περιβάλλον στο οποίο συμβαίνουν. Για τη δημιουργία όξινου περιβάλλοντος, χρησιμοποιείται συχνότερα αραιό θειικό οξύ και για τη δημιουργία αλκαλικού περιβάλλοντος χρησιμοποιούνται διαλύματα υδροξειδίων νατρίου ή καλίου.
Υπάρχουν τρεις τύποι οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων: διαμοριακές, ενδομοριακές, δυσαναλογικές. Διαμοριακήαντιδράσεις οξειδοαναγωγής - Αυτές είναι αντιδράσεις στις οποίες ο οξειδωτικός και ο αναγωγικός παράγοντας βρίσκονται σε διαφορετικές ουσίες. Η αντίδραση που συζητήθηκε παραπάνω ανήκει σε αυτόν τον τύπο. ΠΡΟΣ ΤΗΝ ενδομοριακήαντιδράσεις περιλαμβάνουν στην οποία ο οξειδωτικός παράγοντας και ο αναγωγικός παράγοντας βρίσκονται στην ίδια ουσία.
2KCl +5 O 3 -2 = 2KCl -1 + 3O 2 0
αναγωγή Cl +5 + 6ē → Cl - ½2 Cl +5 - οξειδωτικό μέσο
οξείδωση 2O -2 - 4ē → O 2 0 ½3 O -2 - αναγωγικός παράγοντας
Σε αντιδράσεις δυσαναλογία(αυτοοξείδωση - αυτοθεραπεία) μόρια της ίδιας ουσίας αντιδρούν μεταξύ τους ως οξειδωτικός παράγοντας και ως αναγωγικός παράγοντας.
3K 2 Mn +6 O 4 + 2H 2 O = 2KMn +7 O 4 + Mn +4 O 2 + 4KOH
οξείδωση Mn +6 - ē → Mn +7 ½ 2 Mn +6 - αναγωγικός παράγοντας
αναγωγή Mn +6 + 2ē → Mn +4 ½ 1 Mn +6 - οξειδωτικό μέσο
Τύπος μαθήματος.Απόκτηση νέων γνώσεων.
Στόχοι μαθήματος.Εκπαιδευτικός.Εισάγετε τους μαθητές σε μια νέα ταξινόμηση χημικών αντιδράσεων με βάση τις αλλαγές στις καταστάσεις οξείδωσης των στοιχείων - αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής (ORR). διδάξτε τους μαθητές να τακτοποιούν συντελεστές χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του ηλεκτρονικού ισοζυγίου.
Αναπτυξιακή.Συνεχίστε την ανάπτυξη της λογικής σκέψης, την ικανότητα ανάλυσης και σύγκρισης και αναπτύξτε ενδιαφέρον για το θέμα.
Εκπαιδευτικός.Να διαμορφώσει την επιστημονική κοσμοθεωρία των μαθητών. βελτιώσουν τις εργασιακές δεξιότητες.
Μέθοδοι και μεθοδολογικές τεχνικές.Ιστορία, συνομιλία, επίδειξη οπτικών βοηθημάτων, ανεξάρτητη εργασία μαθητών.
Εξοπλισμός και αντιδραστήρια.Αναπαραγωγή με την εικόνα του Κολοσσού της Ρόδου, αλγόριθμος για τη διάταξη συντελεστών με τη μέθοδο της ηλεκτρονικής ισορροπίας, πίνακας τυπικών οξειδωτικών και αναγωγικών παραγόντων, σταυρόλεξο. Διαλύματα Fe (καρφί), NaOH, CuSO 4.
ΚΑΤΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ
Εισαγωγικό μέρος
(κίνητρο και καθορισμός στόχων)
Δάσκαλος. Τον 3ο αιώνα. ΠΡΟ ΧΡΙΣΤΟΥ. Στο νησί της Ρόδου χτίστηκε ένα μνημείο με τη μορφή ενός τεράστιου αγάλματος του Ήλιου (του Έλληνα θεού του Ήλιου). Ο μεγαλειώδης σχεδιασμός και η τέλεια εκτέλεση του Κολοσσού της Ρόδου -ένα από τα θαύματα του κόσμου- κατέπληξαν όλους όσοι τον είδαν.
Δεν ξέρουμε πώς ακριβώς έμοιαζε το άγαλμα, αλλά ξέρουμε ότι ήταν φτιαγμένο από μπρούτζο και έφτανε σε ύψος περίπου 33 μ. Το άγαλμα δημιουργήθηκε από τον γλύπτη Haret και χρειάστηκε 12 χρόνια για να κατασκευαστεί.
Το μπρούτζινο κέλυφος ήταν στερεωμένο σε ένα σιδερένιο πλαίσιο. Το κούφιο άγαλμα άρχισε να χτίζεται από το κάτω μέρος και, καθώς μεγάλωνε, γέμιζε με πέτρες για να γίνει πιο σταθερό. Περίπου 50 χρόνια μετά την ολοκλήρωσή του, ο Κολοσσός κατέρρευσε. Κατά τη διάρκεια του σεισμού έσπασε στο ύψος των γονάτων.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι ο πραγματικός λόγος για την ευθραυστότητα αυτού του θαύματος ήταν η διάβρωση του μετάλλου. Και η διαδικασία διάβρωσης βασίζεται σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.
Σήμερα στο μάθημα θα μάθετε για τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. μάθετε για τις έννοιες του «αναγωγικού παράγοντα» και του «οξειδωτικού παράγοντα», για τις διαδικασίες αναγωγής και οξείδωσης. μάθουν να τοποθετούν συντελεστές σε εξισώσεις οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων. Σημειώστε την ημερομηνία και το θέμα του μαθήματος στα βιβλία εργασίας σας.
Εκμάθηση νέου υλικού
Ο δάσκαλος εκτελεί δύο πειράματα επίδειξης: την αλληλεπίδραση του θειικού χαλκού(II) με το αλκάλιο και την αλληλεπίδραση του ίδιου άλατος με τον σίδηρο.
Δάσκαλος. Καταγράψτε τις μοριακές εξισώσεις για τις αντιδράσεις που πραγματοποιήθηκαν. Σε κάθε εξίσωση, τακτοποιήστε τις καταστάσεις οξείδωσης των στοιχείων στους τύπους των αρχικών ουσιών και των προϊόντων αντίδρασης.
Ο μαθητής γράφει εξισώσεις αντίδρασης στον πίνακα και ορίζει καταστάσεις οξείδωσης:
Δάσκαλος. Άλλαξαν οι καταστάσεις οξείδωσης των στοιχείων σε αυτές τις αντιδράσεις;
Μαθητης σχολειου. Στην πρώτη εξίσωση, οι καταστάσεις οξείδωσης των στοιχείων δεν άλλαξαν, αλλά στη δεύτερη άλλαξαν - για χαλκό και σίδηρο.
Δάσκαλος. Η δεύτερη αντίδραση είναι μια αντίδραση οξειδοαναγωγής. Προσπαθήστε να ορίσετε τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις.
Μαθητης σχολειου. Οι αντιδράσεις που οδηγούν σε αλλαγές στις καταστάσεις οξείδωσης των στοιχείων που αποτελούν τα αντιδρώντα και τα προϊόντα της αντίδρασης ονομάζονται αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.
Οι μαθητές σημειώνουν στα τετράδιά τους, υπό την υπαγόρευση του δασκάλου, τον ορισμό των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής.
Δάσκαλος. Τι συνέβη ως αποτέλεσμα της αντίδρασης οξειδοαναγωγής; Πριν την αντίδραση, ο σίδηρος είχε κατάσταση οξείδωσης 0, μετά την αντίδραση έγινε +2. Όπως μπορούμε να δούμε, η κατάσταση οξείδωσης έχει αυξηθεί, επομένως, ο σίδηρος δίνει 2 ηλεκτρόνια.
Ο χαλκός έχει κατάσταση οξείδωσης +2 πριν την αντίδραση και 0 μετά την αντίδραση. Όπως βλέπουμε, η κατάσταση οξείδωσης έχει μειωθεί. Επομένως, ο χαλκός δέχεται 2 ηλεκτρόνια.
Ο σίδηρος δίνει ηλεκτρόνια, είναι αναγωγικός παράγοντας και η διαδικασία μεταφοράς ηλεκτρονίων ονομάζεται οξείδωση.
Ο χαλκός δέχεται ηλεκτρόνια, είναι οξειδωτικός παράγοντας και η διαδικασία προσθήκης ηλεκτρονίων ονομάζεται αναγωγή.
Ας γράψουμε τα διαγράμματα αυτών των διεργασιών:
Δώστε λοιπόν έναν ορισμό των εννοιών «αναγωγικός παράγοντας» και «οξειδωτικός παράγοντας».
Μαθητης σχολειου. Τα άτομα, τα μόρια ή τα ιόντα που δίνουν ηλεκτρόνια ονομάζονται αναγωγικοί παράγοντες.
Τα άτομα, τα μόρια ή τα ιόντα που αποκτούν ηλεκτρόνια ονομάζονται οξειδωτικοί παράγοντες.
Δάσκαλος. Πώς μπορούμε να ορίσουμε τις διαδικασίες αναγωγής και οξείδωσης;
Μαθητης σχολειου. Αναγωγή είναι η διαδικασία με την οποία ένα άτομο, μόριο ή ιόν αποκτά ηλεκτρόνια.
Η οξείδωση είναι η διαδικασία μεταφοράς ηλεκτρονίων από ένα άτομο, μόριο ή ιόν.
Οι μαθητές καταγράφουν τους ορισμούς από την υπαγόρευση σε ένα τετράδιο και ζωγραφίζουν.
Θυμάμαι!
Δώστε ηλεκτρόνια και οξειδώστε.
Πάρτε ηλεκτρόνια - ανακτήστε.
Δάσκαλος. Η οξείδωση συνοδεύεται πάντα από αναγωγή και αντίστροφα, η αναγωγή συνδέεται πάντα με οξείδωση. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που δίνει ο αναγωγικός παράγοντας είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που αποκτά ο οξειδωτικός παράγοντας.
Για την επιλογή συντελεστών στις εξισώσεις των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων, χρησιμοποιούνται δύο μέθοδοι - ηλεκτρονική ισορροπία και ισορροπία ηλεκτρονίων-ιόντων (μέθοδος μισής αντίδρασης).
Θα εξετάσουμε μόνο τη μέθοδο του ηλεκτρονικού ισοζυγίου. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιούμε έναν αλγόριθμο για τη διάταξη των συντελεστών χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτρονικής ισορροπίας (σχεδιασμένο σε ένα κομμάτι χαρτί Whatman).
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Τακτοποιήστε τους συντελεστές σε αυτό το σχήμα αντίδρασης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτρονικής ισορροπίας, προσδιορίστε τον οξειδωτικό και τον αναγωγικό παράγοντα, υποδείξτε τις διαδικασίες οξείδωσης και αναγωγής:
Fe 2 O 3 + CO Fe + CO 2.
Θα χρησιμοποιήσουμε τον αλγόριθμο για τη διάταξη των συντελεστών χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του ηλεκτρονικού ισοζυγίου.
3. Ας γράψουμε τα στοιχεία που αλλάζουν τις καταστάσεις οξείδωσης:
4. Ας δημιουργήσουμε ηλεκτρονικές εξισώσεις, προσδιορίζοντας τον αριθμό των δεδομένων και των λαμβανόμενων ηλεκτρονίων:
5. Ο αριθμός των δοσμένων και των λαμβανόμενων ηλεκτρονίων πρέπει να είναι ίδιος, γιατί Ούτε τα αρχικά υλικά ούτε τα προϊόντα της αντίδρασης φορτίζονται. Εξισώνουμε τον αριθμό των δεδομένων και των λαμβανόμενων ηλεκτρονίων επιλέγοντας το ελάχιστο κοινό πολλαπλάσιο (LCM) και πρόσθετους παράγοντες:
6. Οι πολλαπλασιαστές που προκύπτουν είναι συντελεστές. Ας μεταφέρουμε τους συντελεστές στο σχήμα αντίδρασης:
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2.
Οι ουσίες που είναι οξειδωτικοί ή αναγωγικοί παράγοντες σε πολλές αντιδράσεις ονομάζονται τυπικές.
Ένα τραπέζι φτιαγμένο σε ένα κομμάτι χαρτί Whatman είναι κρεμασμένο.
Δάσκαλος. Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής είναι πολύ συχνές. Συνδέονται όχι μόνο με τις διαδικασίες διάβρωσης, αλλά και με τη ζύμωση, την αποσύνθεση, τη φωτοσύνθεση και τις μεταβολικές διεργασίες που συμβαίνουν σε έναν ζωντανό οργανισμό. Μπορούν να παρατηρηθούν κατά την καύση καυσίμου. Οι διεργασίες οξειδοαναγωγής συνοδεύουν τους κύκλους των ουσιών στη φύση.
Γνωρίζατε ότι περίπου 2 εκατομμύρια τόνοι νιτρικού οξέος σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα κάθε μέρα, ή
700 εκατομμύρια τόνοι ετησίως και με τη μορφή ασθενούς διαλύματος πέφτουν στο έδαφος με βροχή (οι άνθρωποι παράγουν μόνο 30 εκατομμύρια τόνους νιτρικού οξέος ετησίως).
Τι συμβαίνει στην ατμόσφαιρα;
Ο αέρας περιέχει 78% κατ' όγκο άζωτο, 21% οξυγόνο και 1% άλλα αέρια. Υπό την επίδραση των εκκενώσεων κεραυνών, και στη Γη υπάρχουν κατά μέσο όρο 100 αστραπές κάθε δευτερόλεπτο, τα μόρια του αζώτου αλληλεπιδρούν με τα μόρια του οξυγόνου για να σχηματίσουν μονοξείδιο του αζώτου (II):
Το μονοξείδιο του αζώτου (II) οξειδώνεται εύκολα από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε μονοξείδιο του αζώτου (IV):
ΟΧΙ + Ο 2 ΟΧΙ 2 .
Το προκύπτον οξείδιο του αζώτου (IV) αντιδρά με την ατμοσφαιρική υγρασία παρουσία οξυγόνου και μετατρέπεται σε νιτρικό οξύ:
NO 2 + H 2 O + O 2 HNO 3.
Όλες αυτές οι αντιδράσεις είναι οξειδοαναγωγικές.
Ασκηση . Τακτοποιήστε τους συντελεστές στα δοσμένα σχήματα αντίδρασης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτρονικής ισορροπίας, υποδεικνύετε τον οξειδωτικό παράγοντα, τον αναγωγικό παράγοντα, τις διαδικασίες οξείδωσης και αναγωγής.
Λύση
1. Ας προσδιορίσουμε τις καταστάσεις οξείδωσης των στοιχείων:
2. Ας τονίσουμε τα σύμβολα των στοιχείων των οποίων οι καταστάσεις οξείδωσης αλλάζουν:
3. Ας γράψουμε τα στοιχεία που έχουν αλλάξει τις καταστάσεις οξείδωσής τους:
4. Ας δημιουργήσουμε ηλεκτρονικές εξισώσεις (προσδιορίστε τον αριθμό των δεδομένων και των λαμβανόμενων ηλεκτρονίων):
5. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που δίνονται και λαμβάνονται είναι ο ίδιος.
6. Ας μεταφέρουμε τους συντελεστές από τα ηλεκτρονικά κυκλώματα στο διάγραμμα αντίδρασης:
Στη συνέχεια, οι μαθητές καλούνται να τακτοποιήσουν ανεξάρτητα τους συντελεστές χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτρονικής ισορροπίας, να προσδιορίσουν τον οξειδωτικό παράγοντα, τον αναγωγικό παράγοντα και να υποδείξουν τις διαδικασίες οξείδωσης και αναγωγής σε άλλες διεργασίες που συμβαίνουν στη φύση.
Οι άλλες δύο εξισώσεις αντίδρασης (με συντελεστές) έχουν τη μορφή:
Η ορθότητα των εργασιών ελέγχεται με χρήση προβολέα.
Τελικό μέρος
Ο δάσκαλος ζητά από τους μαθητές να λύσουν ένα σταυρόλεξο με βάση το υλικό που έχουν μελετήσει. Το αποτέλεσμα της εργασίας υποβάλλεται για επαλήθευση.
Έχοντας λύσει σταυρόλεξο, θα μάθετε ότι οι ουσίες KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, O 3 είναι ισχυρές ... (κάθετες (2)).
Οριζόντια:
1. Ποια διαδικασία αντικατοπτρίζει το διάγραμμα:
3. Αντίδραση
N 2 (g.) + 3H 2 (g.) 2NH 3 (g.) + Q
είναι οξειδοαναγωγικό, αναστρέψιμο, ομοιογενές, ....
4. ... ο άνθρακας (II) είναι τυπικός αναγωγικός παράγοντας.
5. Ποια διαδικασία αντικατοπτρίζει το διάγραμμα:
6. Για να επιλέξετε συντελεστές στις εξισώσεις των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων χρησιμοποιήστε την ηλεκτρονική... μέθοδο.
7. Σύμφωνα με το διάγραμμα, το αλουμίνιο έδωσε ... ένα ηλεκτρόνιο.
8. Σε αντίδραση:
H2 + Cl2 = 2HCl
υδρογόνο H 2 – ... .
9. Τι τύποι αντιδράσεων είναι πάντα μόνο οξειδοαναγωγικές;
10. Η κατάσταση οξείδωσης των απλών ουσιών είναι….
11. Σε αντίδραση:
αναγωγικός παράγοντας –….
Εργασία για το σπίτι. Σύμφωνα με το εγχειρίδιο του O.S. Gabrielyan "Chemistry-8" § 43, p. 178–179, εξ. 1, 7 γραπτώς.
Εργασία (για το σπίτι). Οι σχεδιαστές των πρώτων διαστημοπλοίων και υποβρυχίων αντιμετώπισαν ένα πρόβλημα: πώς να διατηρήσουν μια σταθερή σύνθεση αέρα στο πλοίο και τους διαστημικούς σταθμούς; Να απαλλαγείτε από το υπερβολικό διοξείδιο του άνθρακα και να αναπληρώσετε οξυγόνο; Βρέθηκε λύση.
Το υπεροξείδιο του καλίου KO 2, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης με το διοξείδιο του άνθρακα, σχηματίζει οξυγόνο:
Όπως μπορείτε να δείτε, αυτή είναι μια αντίδραση οξειδοαναγωγής. Το οξυγόνο σε αυτή την αντίδραση είναι και οξειδωτικός και αναγωγικός παράγοντας.
Σε μια διαστημική αποστολή, κάθε γραμμάριο φορτίου μετράει. Υπολογίστε την παροχή υπεροξειδίου του καλίου που πρέπει να ληφθεί σε μια πτήση στο διάστημα εάν η πτήση διαρκεί 10 ημέρες και εάν το πλήρωμα αποτελείται από δύο άτομα. Είναι γνωστό ότι ένα άτομο εκπνέει 1 κιλό διοξείδιο του άνθρακα την ημέρα.
(Απάντηση: 64,5 κιλάΚΟ 2. )
Εργασία (αυξημένο επίπεδο δυσκολίας). Γράψτε τις εξισώσεις των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων που θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην καταστροφή του Κολοσσού της Ρόδου. Λάβετε υπόψη ότι αυτό το γιγάντιο άγαλμα στεκόταν σε μια πόλη-λιμάνι σε ένα νησί στο Αιγαίο Πέλαγος, στα ανοικτά των ακτών της σύγχρονης Τουρκίας, όπου ο υγρός μεσογειακός αέρας είναι γεμάτος άλατα. Ήταν φτιαγμένο από μπρούτζο (κράμα χαλκού και κασσίτερου) και τοποθετήθηκε σε σιδερένιο πλαίσιο.
Βιβλιογραφία
Gabrielyan O.S.. Χημεία-8. Μ.: Bustard, 2002;
Gabrielyan O.S., Voskoboynikova N.P., Yashukova A.V.Εγχειρίδιο δασκάλου. 8η τάξη. Μ.: Bustard, 2002;
Cox R., Morris N. Επτά θαύματα του κόσμου. Ο αρχαίος κόσμος, ο Μεσαίωνας, η εποχή μας. Μ.: BMM AO, 1997;
Εγκυκλοπαίδεια για μικρά παιδιά. Χημεία. M.: Russian Encyclopedic Partnership, 2001; Εγκυκλοπαίδεια για παιδιά «Avanta+». Χημεία. Τ. 17. Μ.: Avanta+, 2001;
Khomchenko G.P., Sevastyanova K.I.Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Μ.: Εκπαίδευση, 1989.
και αποκατάσταση:
1. P + HNO3 + H2O = H3PO4 + NO
2. P + HNO3 = H3PO4 + NO2 + H2O
3. K2Cr2O7 + HCl = Cl2 + KCl + CrCl3 + H20
4. KMnO4 + H2S + H2SO4 = MnSO4 + S + K2SO4 + H2O
5. KMnO4 + HCl = Cl2 + MnCl2 + KCl + H2O
Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτρονικής ισορροπίας, επιλέξτε τους συντελεστές στα σχήματα αντίδρασης οξειδοαναγωγής και υποδείξτε τη διαδικασία οξείδωσης και αναγωγής:
CuO+ NH3= Cu + N2 +H2O
Ag +HNO3 = AgNO3 + NO +H2O
Zn + HNO3= Zn (NO3)2 + N2 + H2O
Cu +H2SO4= CuSO4 +SO2 +H2O
Βοηθήστε με να λύσω: ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΔΙΑΚΟΠΗ. ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ REDOXΜέρος Α
Α2 Κατά τη μελέτη της ηλεκτρικής αγωγιμότητας διαφόρων ουσιών με χρήση ειδικής συσκευής, οι μαθητές παρατήρησαν τα εξής:
Ποια από τις παρακάτω ουσίες βρισκόταν στο ποτήρι;
1) ζάχαρη (διάλυμα)
2) KS1 (στερεό) 3) NaOH (ρ-ρ) 4) αλκοόλη
A4 Η αλληλεπίδραση διαλυμάτων χλωριούχου βαρίου και θειικού οξέος αντιστοιχεί στη συντομευμένη ιοντική εξίσωση
1)Η+ + SG=HC1
2)Ba2+ + SO42- =BaSO4
3) CO32- + 2H+ = H2O + CO2
4) Ba2+ + CO3- = BaCO3
Α5 Η αντίδραση μεταξύ διαλυμάτων νιτρικού αργύρου και υδροχλωρικού οξέος προχωρά στην ολοκλήρωση, αφού
1) και οι δύο ουσίες είναι ηλεκτρολύτες
2) Ο νιτρικός άργυρος είναι άλας
3) σχηματίζεται αδιάλυτο χλωριούχο άργυρο
4) σχηματίζεται διαλυτό νιτρικό οξύ
A7 Η εξίσωση H+ + OH = H2O αντικατοπτρίζει την ουσία της αλληλεπίδρασης
1) υδροχλωρικό οξύ και υδροξείδιο του βαρίου
2) θειικό οξύ και υδροξείδιο του χαλκού(II).
3) φωσφορικό οξύ και οξείδιο του ασβεστίου
4) πυριτικό οξύ και υδροξείδιο του νατρίου
A10 Η διαδικασία οξείδωσης αντιστοιχεί στο διάγραμμα
1) S+6 →S+4
2) Cu+2 → Cu0
3) Ν+5 →Ν-3
4) C-4 → C+4
Μέρος Β
Β2 Καθορίστε μια αντιστοιχία μεταξύ του τύπου μιας ουσίας και του συνολικού αριθμού ιόντων που σχηματίστηκαν κατά την πλήρη διάσταση 1 mol αυτής της ουσίας: για κάθε θέση από την πρώτη στήλη, επιλέξτε την αντίστοιχη θέση από τη δεύτερη στήλη, που υποδεικνύεται με έναν αριθμό.
ΤΥΠΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΙΟΝΤΩΝ (ΣΕ ΜΟΛ)
Α) A1(NO3)3 1) 1 B) Mg(NO3)2 2) 2
Β) NaNO3 3) 3 D) Cu(NO3)2 4) 4
5) 5
Σημειώστε τους επιλεγμένους αριθμούς στον πίνακα κάτω από τα αντίστοιχα γράμματα.
Μεταφέρετε την απάντηση με τη μορφή μιας ακολουθίας τεσσάρων αριθμών στη φόρμα δοκιμής κάτω από τον αριθμό της αντίστοιχης εργασίας, χωρίς να αλλάξετε τη σειρά των αριθμών.
Σας προσφέρεται μια λίστα αλληλένδετων εννοιών:
Α) οξύ
Β) υδροχλωρικό οξύ
Β) οξύ χωρίς οξυγόνο
Δ) ισχυρός ηλεκτρολύτης
Καταγράψτε τα γράμματα που αντιπροσωπεύουν τις έννοιες σε έναν πίνακα, έτσι ώστε μια αλυσίδα να μπορεί να εντοπιστεί από μια συγκεκριμένη έννοια στην πιο γενική.
Μεταφέρετε την προκύπτουσα ακολουθία γραμμάτων στη φόρμα δοκιμής χωρίς να αλλάξετε τη σειρά των γραμμάτων.
Οξείδωση είναι η διαδικασία απώλειας ηλεκτρονίων, με αύξηση του βαθμού οξείδωσης.
Στο οξείδωσηουσίες που προκύπτουν από την ανάκρουση ηλεκτρόνιααυξάνεται κατάσταση οξείδωσης. Άτομαη ουσία που οξειδώνεται ονομάζεται δωρητέςηλεκτρόνια και άτομα μέσο οξείδωσης - αποδέκτεςηλεκτρόνια.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, κατά τη διάρκεια της οξείδωσης, το μόριο της αρχικής ουσίας μπορεί να γίνει ασταθές και να διασπαστεί σε πιο σταθερά και μικρότερα συστατικά (βλ. Ελεύθερες ρίζες). Σε αυτή την περίπτωση, μερικά από τα άτομα των μορίων που προκύπτουν έχουν υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης από τα ίδια άτομα στο αρχικό μόριο.
Ο οξειδωτικός παράγοντας, δεχόμενος ηλεκτρόνια, αποκτά αναγωγικές ιδιότητες, μετατρέποντας σε συζευγμένο αναγωγικό παράγοντα:
οξειδωτής+ μι − ↔ συζευγμένος αναγωγικός παράγοντας.
Ανάκτηση
Αποκατάστασηείναι η διαδικασία προσθήκης ηλεκτρονίων σε ένα άτομο μιας ουσίας, ενώ η κατάσταση οξείδωσής της μειώνεται.
Κατά την ανάκτηση άτομαή ιόντωνσυνδέω ηλεκτρόνια. Ταυτόχρονα υπάρχει μείωση καταστάσεις οξείδωσης στοιχείο. Παραδείγματα: ανάκτηση οξείδια μέταλλαγια την απελευθέρωση μετάλλων χρησιμοποιώντας υδρογόνο, άνθρακας, άλλες ουσίες. ανάκτηση οργανικά οξέα V αλδεΰδεςΚαι αλκοόλες; υδρογόνωση Λίποςκαι τα λοιπά.
Ο αναγωγικός παράγοντας, δωρίζοντας ηλεκτρόνια, αποκτά οξειδωτικές ιδιότητες, μετατρέποντας σε συζευγμένο οξειδωτικό παράγοντα:
αναγωγικό μέσο - μι − ↔ συζευγμένο οξειδωτικό.
Ένα αδέσμευτο, ελεύθερο ηλεκτρόνιο είναι ο ισχυρότερος αναγωγικός παράγοντας.
Αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγήςείναι αντιδράσεις στις οποίες τα αντιδρώντα κερδίζουν ή δίνουν ηλεκτρόνια. Οξειδωτικός παράγοντας είναι ένα σωματίδιο (ιόν, μόριο, στοιχείο) που προσθέτει ηλεκτρόνια και μετακινείται από μια υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης σε μια χαμηλότερη, δηλ. αποκαθίσταται. Ένας αναγωγικός παράγοντας είναι ένα σωματίδιο που δίνει ηλεκτρόνια και μετακινείται από μια χαμηλότερη κατάσταση οξείδωσης σε μια υψηλότερη, δηλ. οξειδώνεται.
Διαμοριακές - αντιδράσεις στις οποίες οξειδωτικά και αναγωγικά άτομα βρίσκονται σε μόρια διαφορετικών ουσιών, για παράδειγμα:
Ν 2 μικρό + Cl 2 → μικρό + 2HCl
Ενδομοριακές - αντιδράσεις στις οποίες οξειδωτικά και αναγωγικά άτομα βρίσκονται σε μόρια της ίδιας ουσίας, για παράδειγμα:
2H 2 Ο → 2H 2 + Ο 2
Δυσαναλογία (αυτο-οξείδωση-αυτοαναγωγή) - αντιδράσεις στις οποίες άτομα με ενδιάμεση κατάσταση οξείδωσης μετατρέπονται σε ένα ισομοριακό μείγμα ατόμων με υψηλότερες και χαμηλότερες καταστάσεις οξείδωσης, για παράδειγμα:
Cl 2 + H 2 Ο → HClO + HCl
Αναλογία (αναλογία) - αντιδράσεις στις οποίες λαμβάνεται μία κατάσταση οξείδωσης από δύο διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης του ίδιου στοιχείου, για παράδειγμα:
N.H. 4 ΟΧΙ 3 → Ν 2 Ο + 2H 2 Ο
Οξείδωση, αναγωγή
Στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από ένα άτομο, μόριο ή ιόν σε ένα άλλο. Η διαδικασία απώλειας ηλεκτρονίων είναι η οξείδωση. Κατά τη διάρκεια της οξείδωσης, η κατάσταση οξείδωσης αυξάνεται:
Η διαδικασία προσθήκης ηλεκτρονίων είναι η αναγωγή. Κατά τη διάρκεια της αναγωγής, η κατάσταση οξείδωσης μειώνεται:
Τα άτομα ή τα ιόντα που αποκτούν ηλεκτρόνια σε μια δεδομένη αντίδραση είναι οξειδωτικοί παράγοντες και αυτά που δίνουν ηλεκτρόνια είναι αναγωγικοί παράγοντες.
Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής (δυναμικό ηλεκτροδίου)
Τα ηλεκτρόνια μπορούν να λειτουργήσουν ως χημικά αντιδραστήρια και η μισή αντίδραση χρησιμοποιείται πρακτικά σε συσκευές που ονομάζονται γαλβανικά κύτταρα.
Ένα παράδειγμα ηλεκτροδίου είναι μια πλάκα κρυσταλλικού ψευδαργύρου βυθισμένη σε διάλυμα θειικού ψευδαργύρου. Αφού βυθιστεί η πλάκα, συμβαίνουν 2 διεργασίες. Ως αποτέλεσμα της πρώτης διαδικασίας, η πλάκα αποκτά αρνητικό φορτίο· μετά από κάποιο χρονικό διάστημα μετά τη βύθιση στο διάλυμα, οι ταχύτητες εξισώνονται και επέρχεται ισορροπία. Και η πλάκα αποκτά κάποιο ηλεκτρικό δυναμικό.
Το δυναμικό του ηλεκτροδίου μετράται σε σχέση με το δυναμικό του τυπικού υδρογόνου.
Ηλεκτρόδιο χαλκού-υδρογόνου- ηλεκτρόδιο που χρησιμοποιείται ως ηλεκτρόδιο αναφοράςσε διάφορες ηλεκτροχημικές μετρήσεις και σε γαλβανικά κύτταρα. Ένα ηλεκτρόδιο υδρογόνου (ΗΕ) είναι μια πλάκα ή σύρμα κατασκευασμένο από μέταλλο που απορροφά καλά το αέριο. υδρογόνο(συνήθως χρησιμοποιείται πλατίναή παλλάδιο), κορεσμένο με υδρογόνο (σε ατμοσφαιρική πίεση) και βυθισμένο μέσα διάλυμα νερούπου περιέχει ιόντα υδρογόνου. Το δυναμικό της πλάκας εξαρτάται από [ προσδιορίζω ] στη συγκέντρωση των ιόντων Η + στο διάλυμα. Το ηλεκτρόδιο είναι ένα πρότυπο έναντι του οποίου μετράται το δυναμικό ηλεκτροδίου της χημικής αντίδρασης που προσδιορίζεται. Σε πίεση υδρογόνου 1 atm., συγκέντρωση πρωτονίου στο διάλυμα 1 mol/l και θερμοκρασία 298 ΠΡΟΣ ΤΗΝτο δυναμικό του SE λαμβάνεται ίσο με 0 V. Κατά τη συναρμολόγηση ενός γαλβανικού στοιχείου από το SE και το ηλεκτρόδιο που προσδιορίζεται, η ακόλουθη αντίδραση εμφανίζεται αναστρέψιμα στην επιφάνεια της πλατίνας:
2Н + + 2e − = H 2
δηλαδή είτε συμβαίνει ανάκτησηυδρογόνο ή αυτού οξείδωση- εξαρτάται από το δυναμικό της αντίδρασης που συμβαίνει στο ηλεκτρόδιο που προσδιορίζεται. Με τη μέτρηση του emf ενός γαλβανικού ηλεκτροδίου υπό τυπικές συνθήκες (βλ. παραπάνω), καθορίζεται τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίουκαθορισμένη χημική αντίδραση.
Το HE χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του τυπικού δυναμικού ηλεκτροδίου μιας ηλεκτροχημικής αντίδρασης, για τη μέτρηση συγκεντρώσεις(δραστηριότητα) ιόντων υδρογόνου, καθώς και οποιουδήποτε άλλου ιόντων. Το VE χρησιμοποιείται επίσης για τον προσδιορισμό του προϊόντος διαλυτότητας και για τον προσδιορισμό των σταθερών ρυθμού ορισμένων ηλεκτροχημικών αντιδράσεων.
Εξίσωση Nernst
Η εξάρτηση του δυναμικού οξειδοαναγωγής που αντιστοιχεί στη μισή αντίδραση της αναγωγής του υπερμαγγανικού ιόντος σε ένα όξινο μέσο (και, όπως ήδη σημειώθηκε, ταυτόχρονα η μισή αντίδραση της οξείδωσης του κατιόντος Mn 2+ στο υπερμαγγανικό ιόν σε ένα όξινο μέσο) στους παράγοντες που αναφέρονται παραπάνω που το καθορίζουν περιγράφεται ποσοτικά από την εξίσωση Nernst
Κάθε μία από τις συγκεντρώσεις κάτω από το πρόσημο του φυσικού λογάριθμου στην εξίσωση Nernst αυξάνεται στην ισχύ που αντιστοιχεί στον στοιχειομετρικό συντελεστή ενός δεδομένου σωματιδίου στην εξίσωση μισής αντίδρασης, n– αριθμός ηλεκτρονίων που γίνονται δεκτά από το οξειδωτικό, R– καθολική σταθερά αερίου, Τ- θερμοκρασία, φά– Αριθμός Faraday.
Μετρήστε το δυναμικό οξειδοαναγωγής στο δοχείο αντίδρασης κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, δηλ. υπό συνθήκες μη ισορροπίας, είναι αδύνατο, καθώς κατά τη μέτρηση του δυναμικού, τα ηλεκτρόνια πρέπει να μεταφερθούν από τον αναγωγικό παράγοντα στον οξειδωτικό παράγοντα όχι απευθείας, αλλά μέσω του μεταλλικού αγωγού που συνδέει τα ηλεκτρόδια. Σε αυτή την περίπτωση, ο ρυθμός μεταφοράς ηλεκτρονίων (ισχύς ρεύματος) πρέπει να διατηρείται πολύ χαμηλός λόγω της εφαρμογής μιας εξωτερικής (αντισταθμιστικής) διαφοράς δυναμικού. Με άλλα λόγια, η μέτρηση των δυναμικών του ηλεκτροδίου είναι δυνατή μόνο υπό συνθήκες ισορροπίας, όταν αποκλείεται η άμεση επαφή μεταξύ του οξειδωτικού και του αναγωγικού παράγοντα. Επομένως, οι αγκύλες στην εξίσωση Nernst υποδηλώνουν, ως συνήθως, τις συγκεντρώσεις ισορροπίας (υπό συνθήκες μέτρησης) των σωματιδίων. Αν και τα δυναμικά των ζευγών οξειδοαναγωγής κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης δεν μπορούν να μετρηθούν, μπορούν να υπολογιστούν αντικαθιστώντας τα τρέχοντα στην εξίσωση Nernst, δηλ. συγκεντρώσεις που αντιστοιχούν σε ένα δεδομένο χρονικό σημείο. Αν ληφθεί υπόψη η μεταβολή του δυναμικού καθώς προχωρά η αντίδραση, τότε πρώτα αυτές είναι οι αρχικές συγκεντρώσεις, μετά οι εξαρτώμενες από το χρόνο συγκεντρώσεις και τέλος, μετά τον τερματισμό της αντίδρασης, οι συγκεντρώσεις ισορροπίας. Καθώς η αντίδραση προχωρά, το δυναμικό του οξειδωτικού παράγοντα που υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση Nernst μειώνεται και το δυναμικό του αναγωγικού παράγοντα που αντιστοιχεί στη δεύτερη μισή αντίδραση, αντίθετα, αυξάνεται. Όταν αυτά τα δυναμικά εξισωθούν, η αντίδραση σταματά και το σύστημα επιστρέφει σε κατάσταση χημικής ισορροπίας.
25. Οι σύνθετες ενώσεις είναι ενώσεις που υπάρχουν τόσο σε κρυσταλλική κατάσταση όσο και σε διάλυμα, η ιδιαιτερότητα των οποίων είναι η παρουσία ενός κεντρικού ατόμου που περιβάλλεται από υποκαταστάτες. της ανεξάρτητης ύπαρξης σε λύση Σύμφωνα με τη θεωρία συντονισμού του Werner διακρίνει μια εσωτερική και μια εξωτερική σφαίρα σε κάθε σύνθετη ένωση. Το κεντρικό άτομο με τους περιβάλλοντες υποκαταστάτες σχηματίζουν την εσωτερική σφαίρα του συμπλόκου. Συνήθως περικλείεται σε αγκύλες. Όλα τα άλλα στο μιγαδικό σύνθετο αποτελούν την εξωτερική σφαίρα και γράφονται έξω από αγκύλες. Ένας ορισμένος αριθμός προσδεμάτων τοποθετείται γύρω από το κεντρικό άτομο, ο οποίος καθορίζεται από τον αριθμό συντονισμού. Ο αριθμός των συντονισμένων συνδετών είναι πιο συχνά 6 ή 4. Ο συνδέτης καταλαμβάνει μια θέση συντονισμού κοντά στο κεντρικό άτομο. Ο συντονισμός αλλάζει τις ιδιότητες τόσο των συνδετών όσο και του κεντρικού ατόμου. Συχνά συντονισμένοι συνδέτες δεν μπορούν να ανιχνευθούν χρησιμοποιώντας χημικές αντιδράσεις που είναι χαρακτηριστικές τους στην ελεύθερη κατάσταση. Τα πιο σφιχτά συνδεδεμένα σωματίδια της εσωτερικής σφαίρας ονομάζονται σύμπλοκα (σύνθετο ιόν). Υπάρχουν ελκτικές δυνάμεις μεταξύ του κεντρικού ατόμου και των προσδεμάτων (ένας ομοιοπολικός δεσμός σχηματίζεται από έναν μηχανισμό ανταλλαγής και (ή) δότη-δέκτη) και απωθητικές δυνάμεις μεταξύ των προσδεμάτων. Εάν το φορτίο της εσωτερικής σφαίρας είναι 0, τότε δεν υπάρχει εξωτερική σφαίρα συντονισμού.Το κεντρικό άτομο (συμπλεγματικός παράγοντας) είναι ένα άτομο ή ιόν που καταλαμβάνει κεντρική θέση σε μια σύνθετη ένωση. Ο ρόλος ενός συμπλοκοποιητικού παράγοντα εκτελείται συχνότερα από σωματίδια που έχουν ελεύθερα τροχιακά και επαρκώς μεγάλο θετικό πυρηνικό φορτίο και επομένως μπορούν να είναι δέκτες ηλεκτρονίων. Αυτά είναι κατιόντα μεταβατικών στοιχείων. Οι πιο ισχυροί παράγοντες συμπλοκοποίησης είναι στοιχεία των ομάδων IB και VIIIIB. Σπάνια, ουδέτερα άτομα d-στοιχείων και άτομα μη μετάλλων σε ποικίλους βαθμούς οξείδωσης δρουν ως παράγοντες συμπλοκοποίησης. Ο αριθμός των ελεύθερων ατομικών τροχιακών που παρέχονται από τον παράγοντα συμπλοκοποίησης καθορίζει τον αριθμό συντονισμού του. Η τιμή του αριθμού συντονισμού εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, αλλά είναι συνήθως ίση με το διπλάσιο του φορτίου του συμπλοκοποιητικού ιόντος. Οι συνδέτες είναι ιόντα ή μόρια που συνδέονται άμεσα με τον παράγοντα συμπλοκοποίησης και είναι δότες ζευγών ηλεκτρονίων. Πρόκειται για συστήματα πλούσια σε ηλεκτρόνια που έχουν ελεύθερα και κινητά ζεύγη ηλεκτρονίων και μπορούν να είναι δότες ηλεκτρονίων. Οι ενώσεις των στοιχείων ρ εμφανίζουν ιδιότητες σχηματισμού συμπλόκου και δρουν ως συνδέτες στην ένωση του συμπλόκου. Οι συνδέτες μπορεί να είναι άτομα και μόρια (πρωτεΐνες, αμινοξέα, νουκλεϊκά οξέα, υδατάνθρακες). Με βάση τον αριθμό των δεσμών που σχηματίζονται από τους συνδέτες με τον παράγοντα συμπλοκοποίησης, οι συνδέτες χωρίζονται σε μονο-, δι- και πολυοδοντικούς συνδέτες. Οι παραπάνω συνδέτες - μόρια και ανιόντα - είναι μονοοδοντωτά, αφού είναι δότες ενός ζεύγους ηλεκτρονίων. Οι δισχιδείς συνδέτες περιλαμβάνουν μόρια ή ιόντα που περιέχουν δύο λειτουργικές ομάδες ικανές να δώσουν δύο ζεύγη ηλεκτρονίων. Η 3η τάξη της εσωτερικής σφαίρας μιας μιγαδικής ένωσης είναι το αλγεβρικό άθροισμα των φορτίων των σωματιδίων που τη σχηματίζουν. Οι σύνθετες ενώσεις που έχουν ιοντική εξωτερική σφαίρα υφίστανται διάσταση σε διάλυμα σε σύμπλοκο ιόν και ιόντα εξωτερικής σφαίρας. Συμπεριφέρονται σε αραιά διαλύματα ως ισχυροί ηλεκτρολύτες: η διάσταση συμβαίνει αμέσως και σχεδόν πλήρως. SO4 = 2+ + SO42- Αν υπάρχουν ιόντα υδροξειδίου στην εξωτερική σφαίρα μιας σύνθετης ένωσης, τότε αυτή η ένωση είναι ισχυρή βάση.
Η ομάδα ΙΑ περιλαμβάνει λίθιο, νάτριο, κάλιο, ρουβίδιο, καίσιο και φράγκιο. Αυτά τα στοιχεία ονομάζονται αλκαλικά στοιχεία.Μερικές φορές το υδρογόνο περιλαμβάνεται και στην ομάδα ΙΑ. Έτσι, αυτή η ομάδα περιλαμβάνει στοιχεία από καθεμία από τις 7 περιόδους. Ο ηλεκτρονικός τύπος γενικού σθένους των στοιχείων της ομάδας ΙΑ είναι ns1. Στο εξωτερικό επίπεδο υπάρχει 1 ηλεκτρόνιο Πολύ μακριά από τον πυρήνα Χαμηλά δυναμικά ιοντισμού Τα άτομα δίνουν 1 ηλεκτρόνιο Τα μεταλλικά μέσα προφέρονται. Οι μεταλλικές ιδιότητες αυξάνονται με την αύξηση του ατομικού αριθμού. Φυσικές ιδιότητες: Τα μέταλλα είναι μαλακά, ελαφριά, εύτηκτα με καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και έχουν μεγάλο αρνητικό ηλεκτρικό δυναμικό. Χημικές ιδιότητες: 1) Αποθηκεύεται κάτω από ένα στρώμα υγρών υδρογονανθράκων (βενζόλιο, βενζίνη, κερασίνη) 2) Οξειδωτικά μέσα Οξειδώστε εύκολα τα μέταλλα των αλκαλίων σε αλογονίδια, σουλφίδια, φωσφίδια. Li Na K Rb Cs αύξηση της ακτίνας μετάλλου μείωση της ενέργειας ιοντισμού μείωση της ηλεκτραρνητικότητας μείωση στα σημεία τήξης και βρασμού Εφαρμογή νατρίου και καλίου 1. Παρασκευή υπεροξειδίων. 2. Ένα κράμα νατρίου και καλίου - ένα ψυκτικό υγρό σε πυρηνικούς σταθμούς. 3. Παρασκευή οργανομεταλλικών ενώσεων.
27. Γενικά συγκριτικά χαρακτηριστικά στοιχείων και των ενώσεων τους των ομάδων Ι Α και Ι Β του περιοδικού συστήματος Τα αλκαλικά μέταλλα είναι στοιχεία της 1ης ομάδας του περιοδικού πίνακα χημικών στοιχείων (σύμφωνα με την απαρχαιωμένη ταξινόμηση - στοιχεία της κύριας υποομάδας της ομάδας Ι ): λίθιο Li, νάτριο Na, κάλιο Κ, ρουβίδιο Rb, καίσιο Cs και φράγκιο Fr. Όταν τα αλκαλικά μέταλλα διαλύονται στο νερό, σχηματίζονται διαλυτά υδροξείδια που ονομάζονται αλκάλια. Στον Περιοδικό Πίνακα ακολουθούν αμέσως τα ευγενή αέρια, επομένως η ιδιαιτερότητα της δομής των ατόμων αλκαλιμετάλλου είναι ότι περιέχουν ένα ηλεκτρόνιο στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο: η ηλεκτρονιακή τους διάταξη είναι ns1. Προφανώς, τα ηλεκτρόνια σθένους των αλκαλικών μετάλλων μπορούν εύκολα να αφαιρεθούν επειδή είναι ενεργειακά ευνοϊκό για το άτομο να εγκαταλείψει ένα ηλεκτρόνιο και να αποκτήσει τη διαμόρφωση αδρανούς αερίου. Επομένως, όλα τα αλκαλιμέταλλα χαρακτηρίζονται από αναγωγικές ιδιότητες. Αυτό επιβεβαιώνεται από τις χαμηλές τιμές των δυναμικών ιοντισμού τους (το δυναμικό ιοντισμού του ατόμου καισίου είναι ένα από τα χαμηλότερα) και την ηλεκτραρνητικότητα (EO). Όλα τα μέταλλα αυτής της υποομάδας έχουν ασημί-λευκό χρώμα (εκτός από το ασημί-κίτρινο καίσιο), είναι πολύ μαλακά και μπορούν να κοπούν με νυστέρι. Το λίθιο, το νάτριο και το κάλιο είναι ελαφρύτερα από το νερό και επιπλέουν στην επιφάνειά του, αντιδρώντας μαζί του. Τα αλκαλικά μέταλλα απαντώνται στη φύση με τη μορφή ενώσεων που περιέχουν μεμονωμένα φορτισμένα κατιόντα. Πολλά ορυκτά περιέχουν μέταλλα της κύριας υποομάδας της ομάδας Ι. Για παράδειγμα, η ορθοκλάση, ή ο άστριος, αποτελείται από αργιλοπυριτικό κάλιο K2, ένα παρόμοιο ορυκτό που περιέχει νάτριο -αλβίτης- έχει τη σύνθεση Na2. Το θαλασσινό νερό περιέχει χλωριούχο νάτριο NaCl και το έδαφος περιέχει άλατα καλίου - συλβίτης KCl, συλβινίτης NaCl KCl, καρναλλίτης KCl MgCl2 6H2O, πολυαλίτης K2SO4 MgSO4 CaSO4 2H2O. Η υποομάδα χαλκού είναι τα χημικά στοιχεία της ομάδας 11 του περιοδικού πίνακα χημικών στοιχείων (σύμφωνα με την απαρχαιωμένη ταξινόμηση, στοιχεία της δευτερεύουσας υποομάδας της ομάδας Ι). Η ομάδα περιλαμβάνει τα μεταβατικά μέταλλα από τα οποία κατασκευάζονται παραδοσιακά τα νομίσματα: χαλκός Cu, ασήμι Ag και χρυσός Au. Με βάση τη δομή της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης, το ρεντγένιο Rg ανήκει επίσης στην ίδια ομάδα, αλλά δεν ανήκει στην «ομάδα νομισμάτων» (είναι μια βραχύβια τρανσακτινίδη με χρόνο ημιζωής 3,6 δευτερόλεπτα). Το όνομα μέταλλα νομισμάτων δεν εφαρμόζεται επίσημα στην ομάδα 11 στοιχείων, καθώς άλλα μέταλλα όπως το αλουμίνιο, ο μόλυβδος, το νικέλιο, ο ανοξείδωτος χάλυβας και ο ψευδάργυρος χρησιμοποιούνται επίσης για την κατασκευή νομισμάτων. Όλα τα στοιχεία της υποομάδας είναι σχετικά χημικά αδρανή μέταλλα. Χαρακτηρίζονται επίσης από υψηλές τιμές πυκνότητας, σημεία τήξης και βρασμού και υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Ένα χαρακτηριστικό των στοιχείων της υποομάδας είναι η παρουσία ενός γεμισμένου προ-εξωτερικού -υποεπίπεδου, που επιτυγχάνεται λόγω της μεταπήδησης ηλεκτρονίων από το ns-υποεπίπεδο. Ο λόγος για αυτό το φαινόμενο είναι η υψηλή σταθερότητα του πλήρως γεμάτου d-υποεπιπέδου. Αυτό το χαρακτηριστικό καθορίζει τη χημική αδράνεια απλών ουσιών, τη χημική τους αδράνεια, γι' αυτό ο χρυσός και το ασήμι ονομάζονται ευγενή μέταλλα 28. Υδρογόνο. Γενικά χαρακτηριστικά. Αντίδραση με οξυγόνο, αλογόνα, μέταλλα, οξείδια. Υπεροξείδιο του υδρογόνου, οι οξειδοαναγωγικές του ιδιότητες Το υδρογόνο είναι το πιο κοινό χημικό στοιχείο στο σύμπαν. Είναι το κύριο συστατικό του Ήλιου, καθώς και πολλών αστέρων. Στον φλοιό της γης, το κλάσμα μάζας του υδρογόνου είναι μόνο 1%. Ωστόσο, οι ενώσεις του είναι ευρέως διαδεδομένες, για παράδειγμα το νερό H20. Η σύνθεση του φυσικού εύφλεκτου αερίου αποτελείται κυρίως από μια ένωση άνθρακα με υδρογόνο - μεθάνιο CH4.Το υδρογόνο βρίσκεται επίσης σε πολλές οργανικές ουσίες. 1) Εάν ανάψετε υδρογόνο (αφού ελέγξετε για καθαρότητα, βλέπε παρακάτω) και κατεβάσετε ένα σωλήνα με αναμμένο υδρογόνο σε δοχείο με οξυγόνο, τότε σχηματίζονται σταγονίδια νερού στα τοιχώματα του δοχείου: Το υδρογόνο χωρίς ακαθαρσίες καίγεται ήρεμα. Ωστόσο, ένα μείγμα υδρογόνου με οξυγόνο ή αέρα εκρήγνυται. Το πιο εκρηκτικό μείγμα είναι αυτό που αποτελείται από δύο όγκους υδρογόνου και έναν όγκο οξυγόνου—εκρηκτικό αέριο. Εάν συμβεί έκρηξη σε γυάλινο δοχείο, τα θραύσματά του μπορεί να καταστραφούν
πληγώσει τους άλλους. Επομένως, πριν από την ανάφλεξη του υδρογόνου, είναι απαραίτητο να ελέγξετε την καθαρότητά του. Για να το κάνετε αυτό, συλλέξτε υδρογόνο σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα, ο οποίος φέρεται ανάποδα στη φλόγα. Εάν το υδρογόνο είναι καθαρό, τότε καίγεται αθόρυβα, με χαρακτηριστικό ήχο «p-pang». Εάν το υδρογόνο περιέχει ένα μείγμα αέρα, καίγεται εκρηκτικά. Κατά την εργασία με υδρογόνο, πρέπει να τηρούνται οι κανόνες ασφαλείας. 2) Εάν, για παράδειγμα, κατά τη θέρμανση, ένα ρεύμα υδρογόνου περάσει πάνω από οξείδιο του χαλκού (II), συμβαίνει μια αντίδραση ως αποτέλεσμα της οποίας σχηματίζεται νερό και μεταλλικός χαλκός: Σε αυτήν την αντίδραση, συμβαίνει μια διαδικασία αναγωγής, αφού το υδρογόνο αφαιρείται οξυγόνο από τα άτομα χαλκού. Η διαδικασία αναγωγής είναι αντίθετη από τη διαδικασία οξείδωσης. Οι ουσίες που αφαιρούν το οξυγόνο ταξινομούνται ως αναγωγικοί παράγοντες. Οι διαδικασίες οξείδωσης και αναγωγής σχετίζονται αμοιβαία (αν το ένα στοιχείο οξειδώνεται, τότε το άλλο ανάγεται και το αντίστροφο). 3) Τα αλογόνα αντιδρούν με το υδρογόνο σχηματίζοντας ΗΧ και με το φθόριο και το χλώριο η αντίδραση προχωρά εκρηκτικά με ελαφρά ενεργοποίηση. Η αλληλεπίδραση με το Br2 και το I2 συμβαίνει πιο αργά. Για να συμβεί μια αντίδραση με υδρογόνο, αρκεί να ενεργοποιηθεί ένα μικρό κλάσμα των αντιδραστηρίων χρησιμοποιώντας φως ή θερμότητα. Τα ενεργοποιημένα σωματίδια αλληλεπιδρούν με τα μη ενεργοποιημένα, σχηματίζοντας ΗΧ και νέα ενεργοποιημένα σωματίδια, τα οποία συνεχίζουν τη διαδικασία και η αντίδραση δύο ενεργοποιημένων σωματιδίων στην κύρια αντίδραση τελειώνει με το σχηματισμό ενός προϊόντος. 4) Αντιδράσεις οξείδωσης. Κατά τη θέρμανση υδρογόνου με μέταλλα των κύριων υποομάδων I και II: 2Na + H2 (300° C)® 2NaH; Ca + H2 (500-700° C)® CaH2. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου (υπεροξείδιο του υδρογόνου), H2O2, είναι ο απλούστερος εκπρόσωπος των υπεροξειδίων. Άχρωμο υγρό με «μεταλλική» γεύση, απείρως διαλυτό σε νερό, οινόπνευμα και αιθέρα. Τα συμπυκνωμένα υδατικά διαλύματα είναι εκρηκτικά. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι καλός διαλύτης. Απελευθερώνεται από το νερό με τη μορφή ενός ασταθούς κρυσταλλικού ένυδρου H2O2 2H2O. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου έχει οξειδωτικές αλλά και αναγωγικές ιδιότητες. Οξειδώνει τα νιτρώδη άλατα σε νιτρικά, απελευθερώνει ιώδιο από τα ιωδίδια μετάλλων και διασπά τις ακόρεστες ενώσεις στη θέση των διπλών δεσμών. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου μειώνει τα άλατα χρυσού και αργύρου, καθώς και το οξυγόνο, όταν αντιδρά με ένα υδατικό διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου σε όξινο περιβάλλον. Όταν το H2O2 ανάγεται, σχηματίζεται H2O ή OH-, για παράδειγμα: H2O2 + 2KI + H2SO4 = I2 + K2SO4 + 2H2O Όταν εκτίθεται σε ισχυρούς οξειδωτικούς παράγοντες, το H2O2 παρουσιάζει αναγωγικές ιδιότητες, απελευθερώνοντας ελεύθερο οξυγόνο: O22− - 2e− → O2 Η αντίδραση του KMnO4 με H2O2 χρησιμοποιείται στη χημική ανάλυση για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε H2O2: 5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O Συνιστάται η οξείδωση οργανικών ενώσεων με υπεροξείδια του υδρογόνου και θειόλη (για παράδειγμα, υπεροξείδια υδρογόνου θειόλης) ) σε οξικό οξύ.
29. γενικά χαρακτηριστικά των ιδιοτήτων των στοιχείων και των ενώσεων τους της ομάδας 2. φυσικές και χημικές ιδιότητες, εφαρμογή. Περιλαμβάνει s-στοιχεία. Be Mg Ca Br Ra Sr Με εξαίρεση το Be, είναι πολυϊσοτοπικά. Τα άτομα των στοιχείων στο εξωτερικό επίπεδο έχουν 2 στοιχεία S με αντίθετα σπιν· με τη δαπάνη της απαραίτητης ενέργειας, ένα στοιχείο πηγαίνει από την κατάσταση s στην κατάσταση p. Αυτά είναι μέταλλα, αλλά είναι λιγότερο ενεργά από τα αλκαλικά. περισσότερο κατανεμημένο στη φύση Mg Ca Be, που βρίσκεται με τη μορφή του ορυκτού Be3AL2(SiO3)6 Τρόπος παρασκευής: ηλεκτρόλυση τετηγμένων χλωριδίων Φυσικές ιδιότητες: ελαφρά μέταλλα, αλλά σκληρότερα από τα αλκαλικά μέταλλα. Χημικές ιδιότητες: 1 Στον αέρα, η επιφάνεια του Be και του Mg καλύπτεται με ένα φιλμ οξειδίου. 2.σε υψηλές θερμοκρασίες αλληλεπιδρά με το άζωτο 3.δεν αλληλεπιδρά με το νερό Να 4.εκτοπίζει το υδρογόνο από οξέα (εκτός του νιτρικού) Εφαρμογή: Η κύρια χρήση του μετάλλου ασβεστίου είναι η χρήση του ως αναγωγικού παράγοντα στην παραγωγή μετάλλων, ιδιαίτερα νικέλιο, χαλκός και ανοξείδωτο χάλυβα γίνονται. Το ασβέστιο και το υδρίδιο του χρησιμοποιούνται επίσης για την παραγωγή δύσκολα αναγωγικών μετάλλων όπως το χρώμιο, το θόριο και το ουράνιο. Τα κράματα ασβεστίου-μόλυβδου χρησιμοποιούνται σε μπαταρίες και κράματα ρουλεμάν. Οι κόκκοι ασβεστίου χρησιμοποιούνται επίσης για την αφαίρεση ιχνών αέρα από συσκευές κενού
Νο. 31 μέταλλα αλκαλικών γαιών - χημικά στοιχεία 2η ομάδα της κύριας υποομάδας, εκτός από το βηρύλλιο και το μαγνήσιο: ασβέστιο, στρόντιο, βάριοΚαι ράδιο. Ανήκουν στη 2η ομάδα στοιχείων σύμφωνα με τη νέα ταξινόμηση IUPAC. Ονομάστηκε έτσι επειδή οξείδια- «γη» (σύμφωνα με την ορολογία αλχημιστές) - κανω ΑΝΑΦΟΡΑ νερό αλκαλική αντίδραση. ΆλαταΤα μέταλλα των αλκαλικών γαιών, εκτός από το ράδιο, είναι ευρέως διαδεδομένα στη φύση με τη μορφή μεταλλικά στοιχεία.
Οξείδια- ουσίες των οποίων τα μόρια αποτελούνται από άτομα δύο στοιχείων, ένα εκ των οποίων είναι οξυγόνο. Τα οξείδια χωρίζονται σε βασικά, που σχηματίζονται από άτομα μετάλλων, για παράδειγμα, K2O, Fe2O3, CaO. όξινο - σχηματίζεται από άτομα μη μετάλλων και ορισμένα μέταλλα στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης: CO2, SO3, P2O5, CrO3, Mn2O7 και αμφοτερικά, για παράδειγμα, ZnO, Al2O3, Cr2O3. Τα οξείδια παράγονται από την καύση απλών και πολύπλοκων ουσιών, καθώς και από την αποσύνθεση σύνθετων ουσιών (άλατα, βάσεις, οξέα).
Χημικές ιδιότητες των οξειδίων: 1. Οξείδια αλκαλίων και μετάλλων αλκαλικών γαιών αλληλεπιδρούν με το νερό, σχηματίζοντας διαλυτές βάσεις - αλκάλια (NaOH, KOH, Ba(OH) 2).Na2O + H2O = 2NaOH
Τα περισσότερα όξινα οξείδια αντιδρούν με το νερό για να σχηματίσουν οξέα: CO2 + H2O = H2CO3
2. Μερικά οξείδια αλληλεπιδρούν με βασικά οξείδια: CO2 + CaO = CaCO3
3. Τα βασικά οξείδια αλληλεπιδρούν με οξέα: BaO + 2HCl = BaCl2 + H2O
4. Τα όξινα οξείδια αντιδρούν τόσο με οξέα όσο και με αλκάλια: ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O
ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O
Υδροξείδια ( υδροξείδια) - ενώσεις οξειδίων χημικών στοιχείων. Τα υδροξείδια σχεδόν όλων των χημικών στοιχείων είναι γνωστά. Μερικά από αυτά απαντώνται φυσικά ως ορυκτά. Τα υδροξείδια των αλκαλικών μετάλλων ονομάζονται αλκάλια. Ανάλογα με το αν το αντίστοιχο οξείδιο είναι βασικό, όξινο ή αμφοτερικό, γίνεται διάκριση ανάλογα:
βασικά υδροξείδια (λόγους) - υδροξείδια που παρουσιάζουν βασικές ιδιότητες (για παράδειγμα, υδροξείδιο του ασβεστίου Ca(OH) 2, υδροξείδιο του καλίου ΚΟΗ, υδροξείδιο του νατρίου NaOH, κ.λπ.).
υδροξείδια οξέος (οξυγονωμένα οξέα) - υδροξείδια που παρουσιάζουν όξινες ιδιότητες (για παράδειγμα, νιτρικό οξύ HNO3, θειικό οξύ H2SO4, θειικό οξύ H2SO3, κ.λπ.)
αμφοτερικά υδροξείδιαπαρουσιάζοντας, ανάλογα με τις συνθήκες, είτε βασικές είτε όξινες ιδιότητες (για παράδειγμα, υδροξείδιο του αργιλίου Al(OH) 3, υδροξείδιο ψευδαργύρου Zn(OH) 2).
Ανθρακικά και υδρογονανθρακικά - άλατα και εστέρες ανθρακικό οξύ (H 2 CO 3). Μεταξύ των αλάτων, κανονικά ανθρακικά (με το ανιόν CO 3 2−) και όξινα ή υδρογονανθρακικά(Με ανιόν NSO 3 −).
Χημικές ιδιότητες
Όταν θερμαίνονται, τα όξινα ανθρακικά μετατρέπονται σε κανονικά ανθρακικά:
Όταν θερμαίνονται έντονα, τα κανονικά ανθρακικά άλατα αποσυντίθενται σε οξείδια και διοξείδιο του άνθρακα:
Τα ανθρακικά αντιδρούν με οξέα ισχυρότερα από το ανθρακικό οξύ (σχεδόν όλα τα γνωστά οξέα, συμπεριλαμβανομένων των οργανικών) για να απελευθερώσουν διοξείδιο του άνθρακα:
Εφαρμογή:Το ασβέστιο, το μαγνήσιο, το ανθρακικό βάριο κ.λπ. χρησιμοποιούνται στις κατασκευές, στη χημική βιομηχανία, στην οπτική κλπ. Χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία, τη βιομηχανία και την καθημερινή ζωή. σόδα (Na2CO3 και NaHCO3). Τα ανθρακικά οξέα παίζουν σημαντικό φυσιολογικό ρόλο, όντας ρυθμιστικές ουσίες ρυθμίζοντας τη σταθερότητα της αντίδρασης αίμα .
Τα πυριτικά και τα αργιλοπυριτικά αντιπροσωπεύουν μια ευρεία ομάδα μεταλλικά στοιχεία . Χαρακτηρίζονται από σύνθετη χημική σύσταση και ισομορφικές αντικαταστάσεις ορισμένων στοιχείων και σύμπλοκα στοιχείων από άλλα. Τα κύρια χημικά στοιχεία που αποτελούν τα πυριτικά είναι Σι , Ο , Ο Αλ , Fe 2+, Fe 3+, Mg , Mn , Ca , Να , κ , και Li , σι , Είναι , Zr , Ti , φά , H , με τη μορφή (OH) 1− ή H 2 O, κ.λπ.
Προέλευση (γένεση ): Ενδογενείς, κυρίως πυριγενείς (πυροξίνες, άστριοι ), είναι επίσης τυπικά για πηγματίτες (μαρμαρυγία, τουρμαλίνη, βηρύλ κ.λπ.) και skarnov (γρανάτες, βολλαστονίτης). Διανέμεται ευρέως σε μεταμορφωμένα πετρώματα - σχιστόλιθος Και γνεύσια (γρανάτες, δισθενές, χλωρίτης). Τα πυριτικά εξωγενούς προέλευσης είναι προϊόντα διάβρωσης ή αλλοίωσης πρωτογενών (ενδογενών) ορυκτών (καολινίτης, γλαυκονίτης, χρυσόκολα)
Νο. 32. Η ομάδα III περιλαμβάνει βόριο, αλουμίνιο, γάλλιο, ίνδιο, θάλλιο (κύρια υποομάδα), καθώς και σκάνδιο, ύττριο, λανθάνιο και λανθανίδες, ακτίνιο και ακτινίδες (πλευρική υποομάδα).
Στο εξωτερικό ηλεκτρονικό επίπεδο των στοιχείων της κύριας υποομάδας υπάρχουν τρία ηλεκτρόνια (s 2 p 1). Εγκαταλείπουν εύκολα αυτά τα ηλεκτρόνια ή σχηματίζουν τρία ασύζευκτα ηλεκτρόνια λόγω της μετάβασης ενός ηλεκτρονίου στο επίπεδο p. Το βόριο και το αλουμίνιο χαρακτηρίζονται από ενώσεις μόνο με κατάσταση οξείδωσης +3. Τα στοιχεία της υποομάδας του γαλλίου (γάλλιο, ίνδιο, θάλλιο) έχουν επίσης τρία ηλεκτρόνια στο εξωτερικό ηλεκτρονικό επίπεδο, που σχηματίζουν τη διαμόρφωση s 2 p 1, αλλά βρίσκονται μετά το στρώμα των 18 ηλεκτρονίων. Επομένως, σε αντίθεση με το αλουμίνιο, το γάλλιο έχει σαφώς μη μεταλλικές ιδιότητες. Αυτές οι ιδιότητες στη σειρά Ga, In, Tl εξασθενούν και οι μεταλλικές ιδιότητες αυξάνονται.
Τα στοιχεία της υποομάδας σκανδίου έχουν επίσης τρία ηλεκτρόνια στο εξωτερικό ηλεκτρονικό επίπεδο. Ωστόσο, αυτά τα στοιχεία ανήκουν στα μεταβατικά d-στοιχεία, η ηλεκτρονική διαμόρφωση του στρώματος σθένους τους είναι d 1 s 2. Και τα τρία στοιχεία εγκαταλείπουν αυτά τα ηλεκτρόνια αρκετά εύκολα. Τα στοιχεία της υποομάδας των λανθανιδών έχουν μια χαρακτηριστική διαμόρφωση του εξωτερικού ηλεκτρονικού επιπέδου: το επίπεδο 4f τους δημιουργείται και το επίπεδο d εξαφανίζεται. Ξεκινώντας με το δημήτριο, όλα τα στοιχεία εκτός από το γαδολίνιο και το λουτέτιο έχουν την ηλεκτρονική διαμόρφωση του εξωτερικού επιπέδου ηλεκτρονίων 4f n 6s 2 (το γαδολίνιο και το λουτέτιο έχουν 5d 1 ηλεκτρόνια). Ο αριθμός n ποικίλλει από 2 έως 14. Επομένως, τα ηλεκτρόνια s και f συμμετέχουν στο σχηματισμό δεσμών σθένους. Τις περισσότερες φορές, η κατάσταση οξείδωσης των λανθανιδών είναι +3, λιγότερο συχνά +4.
Η ηλεκτρονική δομή του στρώματος σθένους ακτινιδών είναι από πολλές απόψεις παρόμοια με την ηλεκτρονική δομή του στρώματος σθένους λανθανίδης. Όλες οι λανθανίδες και οι ακτινίδες είναι τυπικά μέταλλα.
Όλα τα στοιχεία της ομάδας III έχουν πολύ ισχυρή συγγένεια με το οξυγόνο και ο σχηματισμός των οξειδίων τους συνοδεύεται από την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας.
Τα στοιχεία της ομάδας III βρίσκουν μεγάλη ποικιλία εφαρμογών.
33. Φυσικές ιδιότητες. Το αλουμίνιο είναι ένα ασημί-λευκό ελαφρύ μέταλλο που λιώνει στους 660 °C. Πολύ πλαστικό, σύρεται εύκολα σε σύρμα και τυλίγεται σε φύλλα: μπορεί να κατασκευαστεί φύλλο με πάχος μικρότερο από 0,01 mm. Το αλουμίνιο έχει πολύ υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Τα κράματά του με διάφορα μέταλλα είναι ισχυρά και ελαφριά.
Χημικές ιδιότητες. Το αλουμίνιο είναι ένα πολύ ενεργό μέταλλο. Στη σειρά των τάσεων έρχεται μετά τα μέταλλα αλκαλίων και αλκαλικών γαιών. Ωστόσο, είναι αρκετά σταθερό στον αέρα, αφού η επιφάνειά του καλύπτεται με ένα πολύ πυκνό φιλμ οξειδίου, το οποίο προστατεύει το μέταλλο από την επαφή με τον αέρα. Εάν το προστατευτικό φιλμ οξειδίου αφαιρεθεί από το σύρμα αλουμινίου, το αλουμίνιο θα αρχίσει να αλληλεπιδρά έντονα με το οξυγόνο και τους υδρατμούς στον αέρα, μετατρέποντας σε μια χαλαρή μάζα - υδροξείδιο αλουμινίου:
4 Al + 3 O 2 + 6 H 2 O = 4 Al(OH) 3
Αυτή η αντίδραση συνοδεύεται από την απελευθέρωση θερμότητας.
Το αλουμίνιο, καθαρισμένο από το προστατευτικό φιλμ οξειδίου, αντιδρά με το νερό για να απελευθερώσει υδρογόνο:
2 Al + 6 H 2 O = 2 Al(OH) 3 + 3 H 2
Το αλουμίνιο διαλύεται καλά σε αραιό θειικό και υδροχλωρικό οξύ:
2 Al + 6 HCl = 2 AlCl 3 + 3 H 2
2 Al + 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2
Το αραιό νιτρικό οξύ παθητικοποιεί το αλουμίνιο στο κρύο, αλλά όταν θερμαίνεται, το αλουμίνιο διαλύεται σε αυτό, απελευθερώνοντας μονοξείδιο του αζώτου, ημιοξείδιο του αζώτου, ελεύθερο άζωτο ή αμμωνία, για παράδειγμα:
8 Al + 30 HNO 3 = 8 Al(NO 3) 3 + 3 N 2 O + 15 H 2 O
Το συμπυκνωμένο νιτρικό οξύ παθητικοποιεί το αλουμίνιο.
Δεδομένου ότι το οξείδιο του αργιλίου και το υδροξείδιο είναι αμφοτερικά
ιδιότητες, το αλουμίνιο διαλύεται εύκολα σε υδατικά διαλύματα όλων των αλκαλίων, εκτός από το υδροξείδιο του αμμωνίου:
2 Al + 6 KOH + 6 H 2 O = 2 K 3 [Al (OH) 6 ] + 3 H 2
Το αλουμίνιο σε σκόνη αλληλεπιδρά εύκολα με τα αλογόνα, το οξυγόνο και όλα τα μη μέταλλα. Για να ξεκινήσουν οι αντιδράσεις απαιτείται θέρμανση, μετά προχωρούν πολύ έντονα και συνοδεύονται από απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας:
2 Al + 3 Br 2 = 2 AlBr 3 (βρωμιούχο αλουμίνιο)
4 Al + 3 O 2 = 2 Al 2 O 3 (οξείδιο του αργιλίου)
2 Al + 3 S = Al 2 S 3 (θειούχο αλουμίνιο)
2 Al + N 2 = 2 AlN (νιτρίδιο αργιλίου)
4 Al + 3 C = Al 4 C 3 (καρβίδιο αλουμινίου)
Το θειούχο αλουμίνιο μπορεί να υπάρχει μόνο σε στερεή μορφή. Σε υδατικά διαλύματα υφίσταται πλήρη υδρόλυση με σχηματισμό υδροξειδίου του αργιλίου και υδρόθειου:
Al 2 S 3 + 6 H 2 O = 2 Al (OH) 3 + 3 H 2 S
Το αλουμίνιο απομακρύνει εύκολα το οξυγόνο και τα αλογόνα από οξείδια και άλατα άλλων μετάλλων. Η αντίδραση συνοδεύεται από την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας:
8 Al + 3 Fe 3 O 4 = 9 Fe + 4 Al 2 O 3
Η διαδικασία αναγωγής μετάλλων από τα οξείδια τους με αλουμίνιο ονομάζεται αλουμινοθερμία. Η αλουμινοθερμία χρησιμοποιείται στην παραγωγή ορισμένων σπάνιων μετάλλων που σχηματίζουν ισχυρό δεσμό με το οξυγόνο (νιόβιο, ταντάλιο, μολυβδαίνιο, βολφράμιο κ.λπ.), καθώς και για ράγες συγκόλλησης. Εάν χρησιμοποιήσετε μια ειδική ασφάλεια για να βάλετε φωτιά σε ένα μείγμα λεπτής σκόνης αλουμινίου και μαγνητικού σιδηρομεταλλεύματος Fe 3 O 4 (θερμίτης), τότε η αντίδραση προχωρά αυθόρμητα με το μείγμα να θερμαίνεται στους 3500 ° C. Ο σίδηρος σε αυτή τη θερμοκρασία βρίσκεται σε λιωμένη κατάσταση.
Παραλαβή. Το αλουμίνιο ελήφθη αρχικά με αναγωγή από χλωριούχο αλουμίνιο με μέταλλο νάτριο:
AlCl 3 + 3 Na = 3 NaCl + Al
Επί του παρόντος, λαμβάνεται με ηλεκτρόλυση τετηγμένων αλάτων σε ηλεκτρολυτικά λουτρά (Εικ. 46). Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα τήγμα που περιέχει 85-90% κρυόλιθο - σύμπλοκο άλας 3NaF·AlF 3 (ή Na 3 AlF 6) και 10-15% αλουμίνα - οξείδιο αλουμινίου Al 2 O 3. Αυτό το μείγμα τήκεται σε θερμοκρασία περίπου 1000 °C.
Εφαρμογή. Το αλουμίνιο χρησιμοποιείται πολύ ευρέως. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή αλουμινόχαρτου που χρησιμοποιείται στη ραδιομηχανική και για τη συσκευασία τροφίμων. Τα προϊόντα από χάλυβα και χυτοσίδηρο επικαλύπτονται με αλουμίνιο για την προστασία τους από τη διάβρωση: τα προϊόντα θερμαίνονται στους 1000 °C σε ένα μείγμα σκόνης αλουμινίου (49%), οξειδίου του αλουμινίου (49%) και χλωριούχου αλουμινίου (2%). Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αλουμίνιση.
Τα αλουμινισμένα προϊόντα μπορούν να αντέξουν τη θέρμανση έως τους 1000 °C χωρίς διάβρωση. Τα κράματα αλουμινίου, που διακρίνονται για τη μεγάλη ελαφρότητα και αντοχή τους, χρησιμοποιούνται στην παραγωγή εναλλάκτη θερμότητας, στην κατασκευή αεροσκαφών και στη μηχανολογία.
Οξείδιο του αργιλίου Al 2 O 3. Είναι μια λευκή ουσία με σημείο τήξης 2050 °C. Στη φύση, το οξείδιο του αλουμινίου εμφανίζεται με τη μορφή κορούνδιου και αλουμίνας. Μερικές φορές βρίσκονται διάφανοι κρύσταλλοι κορουνδίου με όμορφο σχήμα και χρώμα. Το κορούνδιο που χρωματίζεται κόκκινο από τις ενώσεις του χρωμίου ονομάζεται ρουμπίνι και το μπλε χρωματισμένο από τις ενώσεις τιτανίου και σιδήρου ονομάζεται ζαφείρι. Το ρουμπίνι και το ζαφείρι είναι πολύτιμοι λίθοι. Επί του παρόντος, λαμβάνονται αρκετά εύκολα τεχνητά.
Bor-στοιχείοκύρια υποομάδα της τρίτης ομάδας, δεύτερη περίοδος περιοδικός πίνακας χημικών στοιχείων D.I. Mendeleev, με ατομικός αριθμός 5. Υποδεικνύεται από το σύμβολο σι(Βόριο). Σε ελεύθερη κατάσταση βόριο- άχρωμη, γκρίζα ή κόκκινη κρυσταλλική ή σκούρα άμορφη ουσία. Είναι γνωστές περισσότερες από 10 αλλοτροπικές τροποποιήσεις του βορίου, ο σχηματισμός και οι αμοιβαίες μεταπτώσεις των οποίων καθορίζονται από τη θερμοκρασία στην οποία ελήφθη το βόριο.
Παραλαβή
Το καθαρότερο βόριο λαμβάνεται με πυρόλυση βοροϋδριδίων. Αυτό το βόριο χρησιμοποιείται για την παραγωγή ημιαγωγών υλικών και λεπτών χημικών συνθέσεων.
1. Μέθοδος μεταλλοθερμίας (συνήθως αναγωγή με μαγνήσιο ή νάτριο):
2. Θερμική αποσύνθεση ατμού βρωμιούχου βορίου σε ζεστό (1000-1200°C) σύρμα τανταλίου παρουσία υδρογόνου:
Φυσικές ιδιότητες
Μια εξαιρετικά σκληρή ουσία (δεύτερη μόνο μετά το διαμάντι, το νιτρίδιο του άνθρακα, το νιτρίδιο του βορίου (βοραζόν), το καρβίδιο του βορίου, το κράμα βορίου-άνθρακα-πυριτίου, καρβίδιο σκανδίου-τιτανίου). Έχει ευθραυστότητα και ιδιότητες ημιαγωγών (μεγάλο διάκενο ημιαγωγός).
Χημικές ιδιότητες
Σε πολλές φυσικές και χημικές ιδιότητες, το μη μεταλλικό βόριο μοιάζει με πυρίτιο.
Το χημικό βόριο είναι αρκετά αδρανές και σε θερμοκρασία δωματίου αντιδρά μόνο με φθόριο:
Όταν θερμαίνεται, το βόριο αντιδρά με άλλα αλογόνα για να σχηματίσει τριαλογονίδια, με άζωτοσχηματίζει νιτρίδιο βορίου ΒΝ, με φώσφορος- φωσφίδιο BP, με άνθρακα - καρβίδια διαφόρων συνθέσεων (B 4 C, B 12 C 3, B 13 C 2). Όταν θερμαίνεται σε ατμόσφαιρα οξυγόνου ή στον αέρα, το βόριο καίγεται με μεγάλη απελευθέρωση θερμότητας, σχηματίζοντας το οξείδιο B 2 O 3:
Το βόριο δεν αλληλεπιδρά άμεσα με το υδρογόνο, αν και είναι γνωστός ένας αρκετά μεγάλος αριθμός βοροϋδριδίων (βορανίων) διαφόρων συνθέσεων, που λαμβάνονται με επεξεργασία βοριδίων μετάλλων αλκαλίων ή αλκαλικών γαιών με οξύ:
Όταν θερμαίνεται έντονα, το βόριο παρουσιάζει ιδιότητες αποκατάστασης. Είναι ικανό, για παράδειγμα, να επαναφέρει πυρίτιοή φώσφοροςαπό τα οξείδια τους:
Αυτή η ιδιότητα του βορίου μπορεί να εξηγηθεί από την πολύ υψηλή αντοχή των χημικών δεσμών στο οξείδιο του βορίου B 2 O 3.
Ελλείψει οξειδωτικών παραγόντων, το βόριο είναι ανθεκτικό στα αλκαλικά διαλύματα. Στα θερμά νιτρικά και θειικά οξέα και σε aqua regia, το βόριο διαλύεται για να σχηματίσει βορικό οξύ.
Το οξείδιο του βορίου είναι ένα τυπικό όξινο οξείδιο. Αντιδρά με το νερό για να σχηματίσει βορικό οξύ:
Όταν το βορικό οξύ αλληλεπιδρά με τα αλκάλια, τα άλατα δεν σχηματίζονται από το ίδιο το βορικό οξύ - βορικά (που περιέχουν το ανιόν BO 3 3-), αλλά τετραβορικά, για παράδειγμα:
Εφαρμογή
Στοιχειακό βόριο
Το βόριο (με τη μορφή ινών) χρησιμεύει ως ενισχυτικό για πολλά σύνθετα υλικά.
Το βόριο χρησιμοποιείται επίσης συχνά στα ηλεκτρονικά για την αλλαγή του τύπου αγωγιμότητας πυρίτιο.
Το βόριο χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία ως στοιχείο μικροκράματος, το οποίο αυξάνει σημαντικά τη σκληρυνσιμότητα των χάλυβα.
34.χαραχαρακτηριστικά των στοιχείων της ομάδας 4Α. Κασσίτερος, μόλυβδος.
(πρόσθεση)
Η ομάδα περιλαμβάνει 5 στοιχεία: δύο αμέταλλα - άνθρακας και πυρίτιο, που βρίσκονται στη δεύτερη και τρίτη περίοδο του περιοδικού συστήματος και 3 μέταλλα - γερμάνιο (ενδιάμεσο μεταξύ μη μετάλλων και μετάλλων, κασσίτερος και μόλυβδος, που βρίσκεται στο τέλος του μεγάλου περίοδοι - IV, V, VI Αυτό που είναι χαρακτηριστικό όλων αυτών των στοιχείων είναι ότι έχουν 4 ηλεκτρόνια στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο και επομένως μπορούν να εμφανίσουν κατάσταση οξείδωσης από +4 έως -4. Αυτά τα στοιχεία σχηματίζουν αέριες ενώσεις με το υδρογόνο: CH4 , SiH4, SnH4, PbH4, όταν θερμαίνονται στον αέρα, συνδυάζονται με στοιχεία της υποομάδας του οξυγόνου, θείο και με αλογόνα.Η κατάσταση οξείδωσης +4 προκύπτει όταν το ηλεκτρόνιο 1s περνά σε ένα ελεύθερο ρ-τροχιακό.
Καθώς η ακτίνα του ατόμου αυξάνεται, η ισχύς του δεσμού μεταξύ των εξωτερικών ηλεκτρονίων και του πυρήνα μειώνεται. Οι μη μεταλλικές ιδιότητες μειώνονται και οι μεταλλικές ιδιότητες αυξάνονται. (τα σημεία τήξης και βρασμού μειώνονται, κ.λπ.)
Ο άνθρακας (C), το πυρίτιο (Si), το γερμάνιο (Ge), ο κασσίτερος (Sn), ο μόλυβδος (Pb) είναι στοιχεία της ομάδας 4 της κύριας υποομάδας του PSE. Στο εξωτερικό στρώμα ηλεκτρονίων, τα άτομα αυτών των στοιχείων έχουν 4 ηλεκτρόνια: ns 2 np 2. Σε μια υποομάδα, καθώς αυξάνεται ο ατομικός αριθμός ενός στοιχείου, η ατομική ακτίνα αυξάνεται, οι μη μεταλλικές ιδιότητες εξασθενούν και οι μεταλλικές ιδιότητες αυξάνονται: ο άνθρακας και το πυρίτιο είναι αμέταλλα, το γερμάνιο, ο κασσίτερος, ο μόλυβδος είναι μέταλλα.
Γενικά χαρακτηριστικά. Άνθρακα και πυρίτιο
Η υποομάδα άνθρακα, η οποία περιλαμβάνει άνθρακα, πυρίτιο, γερμάνιο, κασσίτερο και μόλυβδο, είναι η κύρια υποομάδα της ομάδας 4 του Περιοδικού Πίνακα.
Υπάρχουν 4 ηλεκτρόνια στο εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων των ατόμων αυτών των στοιχείων και η ηλεκτρονική τους διαμόρφωση γενικά μπορεί να γραφτεί ως εξής: ns 2 np 2, όπου n είναι ο αριθμός της περιόδου στην οποία βρίσκεται το χημικό στοιχείο. Όταν μετακινούμαστε από πάνω προς τα κάτω σε μια ομάδα, οι μη μεταλλικές ιδιότητες εξασθενούν και οι μεταλλικές αυξάνονται, έτσι ο άνθρακας και το πυρίτιο είναι αμέταλλα και ο κασσίτερος και ο μόλυβδος παρουσιάζουν τις ιδιότητες τυπικών μετάλλων. Σχηματίζοντας ομοιοπολικούς πολικούς δεσμούς με άτομα υδρογόνου, το C και το Si εμφανίζουν τυπική κατάσταση οξείδωσης -4 και με πιο ενεργά αμέταλλα (N, O, S) και αλογόνα παρουσιάζουν καταστάσεις οξείδωσης +2 και +4. Όταν διευκρινίζεται ο μηχανισμός αντίδρασης , το ισότοπο άνθρακα 13 χρησιμοποιείται μερικές φορές C (μέθοδος σημασμένου ατόμου). Επομένως, είναι χρήσιμο να γνωρίζουμε ότι η αφθονία των ισοτόπων άνθρακα είναι: 12 C - 98,89% και 13 C - 1,11%. Αν περιοριστούμε να απαριθμήσουμε ισότοπα των οποίων η αφθονία είναι μεγαλύτερη από 0,01%, τότε το πυρίτιο έχει 3 τέτοια ισότοπα, το γερμάνιο έχει 5, ο κασσίτερος έχει 10 και ο μόλυβδος έχει 4 σταθερά ισότοπα.
Υπό κανονικές συνθήκες, ο άνθρακας μπορεί να υπάρχει με τη μορφή δύο αλλοτροπών
τροποποιήσεις: διαμάντι και γραφίτης. υπερκαθαρό κρυσταλλικό πυρίτιο
Ημιαγωγός.
Μεταξύ των ενώσεων των στοιχείων (Ε) της υποομάδας άνθρακα με το υδρογόνο, θεωρούμε ενώσεις του τύπου ΕΝ 4. Με την αύξηση του φορτίου του πυρήνα του ατόμου Ε, η σταθερότητα των υδριδίων μειώνεται.
Κατά τη μετάβαση από το C στο Pb, η σταθερότητα των ενώσεων με κατάσταση οξείδωσης +4
μειώνεται και με +2 αυξάνεται. Ο όξινος χαρακτήρας των οξειδίων EO 2 μειώνεται και ο βασικός χαρακτήρας των οξειδίων EO αυξάνεται.
Ανθρακας
Ο άνθρακας εμφανίζεται φυσικά με τη μορφή διαμαντιού και γραφίτη. Οι απολιθωμένοι άνθρακας το περιέχουν: από 92% σε ανθρακίτη, έως 80% σε καφέ άνθρακα. Σε συνεκτική κατάσταση, ο άνθρακας βρίσκεται στα καρβίδια: CaCO 3 κιμωλία, ασβεστόλιθος και μάρμαρο, MgCO 3 CaCO 3 - δολομίτης,
MgCO 3 - μαγνησίτης. Ο άνθρακας στον αέρα περιέχεται με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα (0,03% κατ' όγκο). Ο άνθρακας περιέχεται επίσης σε ενώσεις διαλυμένες στο θαλασσινό νερό.
Ο άνθρακας βρίσκεται στα φυτά και τα ζώα και βρίσκεται στο πετρέλαιο και το φυσικό αέριο.
Σε αντιδράσεις με ενεργά αμέταλλα, ο άνθρακας οξειδώνεται εύκολα:
2 C + O 2 = 2 CO,
C + 2 F 2 = CF 4.
Ο άνθρακας μπορεί επίσης να παρουσιάσει μειωτικές ιδιότητες όταν αλληλεπιδρά με σύνθετες ουσίες:
C + 2 CuO = 2 Cu + CO 2,
C + 2 H 2 SO 4 (συμπ.) = CO 2 + 2 SO 2 + H 2 O,
2 C + BaSO 4 = BaS + 2 CO 2.
Σε αντιδράσεις με μέταλλα και λιγότερο ενεργά αμέταλλα, ο άνθρακας είναι οξειδωτικός παράγοντας: 2C + H 2 = C 2 H 2,
2 C + Ca CaC 2,
3 C + 4 Al = Al 4 C 3.
Το καρβίδιο του αργιλίου είναι ένα πραγματικό καρβίδιο: κάθε άτομο άνθρακα συνδέεται με άτομα μετάλλου και με τους τέσσερις δεσμούς σθένους. Το καρβίδιο του ασβεστίου είναι ένα ακετυλενίδιο επειδή υπάρχει τριπλός δεσμός μεταξύ των ατόμων άνθρακα. Επομένως, όταν τα καρβίδια αλουμινίου αλληλεπιδρούν με το νερό, απελευθερώνεται μεθάνιο και όταν το καρβίδιο του ασβεστίου αλληλεπιδρά με το νερό, απελευθερώνεται ακετυλένιο.
Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4,
CaC 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2.
Ο άνθρακας χρησιμοποιείται ως καύσιμο και χρησιμοποιείται για την παραγωγή αερίου σύνθεσης. Τα ηλεκτρόδια κατασκευάζονται από γραφίτη, οι ράβδοι γραφίτη χρησιμοποιούνται ως συντονιστής
νετρόνια σε πυρηνικούς αντιδραστήρες. Τα διαμάντια χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κοπτικών εργαλείων και λειαντικών· τα κομμένα διαμάντια είναι πολύτιμοι λίθοι.
Πυρίτιο
Το πυρίτιο εμφανίζεται στη φύση μόνο σε δεσμευμένη μορφή με τη μορφή πυριτίου SiO2 και διαφόρων αλάτων πυριτικού οξέος (πυριτικά άλατα). Είναι το δεύτερο (μετά το οξυγόνο) πιο άφθονο χημικό στοιχείο στον φλοιό της γης (27,6%).
Το 1811, οι Γάλλοι J.L. Gay-Lussac και L.J. Tener έλαβαν μια καφέ-καφέ ουσία (πυρίτιο) με την αντίδραση:
SiF 4 + 4 K = 4 KF + Si
και μόνο το 1824 ο Σουηδός J. Berzelius, έχοντας αποκτήσει πυρίτιο με την αντίδραση:
K 2 SiF 6 + 4 K = 6 KF + Si,
απέδειξε ότι είναι ένα νέο χημικό στοιχείο. Τώρα το πυρίτιο λαμβάνεται από πυρίτιο:
SiO 2 + 2 Mg = Si + 2 MgO,
3SiO 2 + 4Al = Si + 2Al 2 O 3,
μειώνοντάς το με μαγνήσιο ή άνθρακα. Αποδεικνύεται επίσης όταν το σιλάνιο αποσυντίθεται:
SiH 4 = Si + 2 H 2.
Σε αντιδράσεις με μη μέταλλα, το πυρίτιο μπορεί να οξειδωθεί (δηλαδή το Si είναι αναγωγικός παράγοντας):
Si + O 2 = SiO 2,
Si + 2 F 2 = SiF 4,
Το πυρίτιο είναι διαλυτό σε αλκάλια:
Si + 2 NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2 H 2,
αδιάλυτο σε οξέα (εκτός από το υδροφθορικό οξύ).
Σε αντιδράσεις με μέταλλα, το πυρίτιο εμφανίζει οξειδωτικές ιδιότητες:
2 Mg + Si = Mg 2 Si.
Όταν το πυριτικό μαγνήσιο αποσυντίθεται με υδροχλωρικό οξύ, λαμβάνεται σιλάνιο:
Mg 2 Si + 4 HCl = 2 MgCl 2 + SiH 4.
Το πυρίτιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή πολλών κραμάτων με βάση το σίδηρο και τον χαλκό
και αλουμινίου. Η προσθήκη πυριτίου σε χάλυβα και χυτοσίδηρο βελτιώνει τις μηχανικές τους ιδιότητες. Μεγάλες προσθήκες πυριτίου δίνουν στα κράματα σιδήρου αντοχή σε οξύ.
Το εξαιρετικά καθαρό πυρίτιο είναι ημιαγωγός και χρησιμοποιείται για την κατασκευή μικροτσίπ και για την παραγωγή ηλιακών κυψελών.
Ενώσεις οξυγόνου. Προετοιμασία, ιδιότητες και εφαρμογές
Οξείδια του άνθρακα
Μονοξείδιο του άνθρακα (II) (CO - μονοξείδιο του άνθρακα)
Το CO είναι ένα δηλητηριώδες αέριο, άχρωμο και άοσμο, ελάχιστα διαλυτό στο νερό.
Παραλαβή
Στο εργαστήριο, το CO λαμβάνεται με την αποσύνθεση μυρμηκικού ή οξαλικού οξέος (παρουσία πυκνού H 2 SO 4 ):
HCOOH = CO + H 2 O,
H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O
ή με θέρμανση σκόνης ψευδαργύρου με ανθρακικό ασβέστιο:
CaCO 3 + Zn = CaO + ZnO + CO.
Σε ένα εργοστασιακό περιβάλλον, το CO παράγεται περνώντας αέρα ή διοξείδιο του άνθρακα μέσω καυτού άνθρακα:
2C + O 2 = 2CO,
Ιδιότητες
Η δηλητηριώδης επίδραση του μονοξειδίου του άνθρακα προκαλείται από το γεγονός ότι η συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το μονοξείδιο του άνθρακα είναι μεγαλύτερη από ότι για το οξυγόνο. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται καρβοξυαιμοσφαιρίνη και έτσι εμποδίζει τη μεταφορά οξυγόνου στο σώμα.
Το οξείδιο του άνθρακα (II) οξειδώνεται εύκολα και καίγεται στον αέρα, απελευθερώνοντας μεγάλη ποσότητα θερμότητας:
2 CO + O 2 = 2 CO 2 + 577 kJ/mol.
Το CO μειώνει πολλά μέταλλα από τα οξείδια τους:
FeO + CO = Fe + CO 2,
CuO + CO = Cu + CO 2 .
Το CO υφίσταται εύκολα αντιδράσεις προσθήκης:
CO + Cl 2 = COCl 2,
CO + NaOH = HCOONa,
Ni + 4 CO = Ni(CO) 4 .
Στη βιομηχανία, συχνά δεν χρησιμοποιείται καθαρό CO, αλλά διάφορα μείγματα του με άλλα αέρια. Το αέριο παραγωγής παράγεται περνώντας αέρα μέσω καυτού άνθρακα σε φούρνο με άξονα:
2 C + O 2 = 2 CO + 222 kJ.
Το αέριο νερού παράγεται με τη διέλευση υδρατμών μέσω καυτού άνθρακα:
C + H 2 O = CO + H 2 - 132 kJ.
Η πρώτη αντίδραση είναι εξώθερμη και η δεύτερη με την απορρόφηση θερμότητας. Εάν και οι δύο διαδικασίες εναλλάσσονται, είναι δυνατό να διατηρηθεί η απαιτούμενη θερμοκρασία στο φούρνο. Όταν η γεννήτρια και το αέριο νερού συνδυάζονται, προκύπτει ένα μικτό αέριο. Αυτά τα αέρια χρησιμοποιούνται όχι μόνο ως καύσιμο, αλλά και για τη σύνθεση, για παράδειγμα, μεθανόλης:
CO + 2H 2 = CH 3 OH.
Μονοξείδιο του άνθρακα (IV) (CO 2 - διοξείδιο του άνθρακα)
Το CO 2 είναι ένα άχρωμο, μη εύφλεκτο, άοσμο αέριο. Απελευθερώνεται όταν τα ζώα αναπνέουν. Τα φυτά απορροφούν CO 2 και απελευθερώνουν οξυγόνο. Ο αέρας συνήθως περιέχει 0,03% διοξείδιο του άνθρακα. Λόγω ανθρώπινων δραστηριοτήτων (ανεξέλεγκτη αποψίλωση των δασών,
καίγοντας όλο και περισσότερο άνθρακα, πετρέλαιο και φυσικό αέριο), η περιεκτικότητα σε CO 2 στην ατμόσφαιρα αυξάνεται σταδιακά, γεγονός που προκαλεί το φαινόμενο του θερμοκηπίου και απειλεί την ανθρωπότητα με περιβαλλοντική καταστροφή.
Παραλαβή
Στο εργαστήριο, το CO 2 λαμβάνεται σε μια συσκευή Kipp με επεξεργασία μαρμάρου με υδροχλωρικό οξύ:
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2.
Υπάρχουν πολλές αντιδράσεις που καταλήγουν σε CO 2:
KHCO 3 + H 2 SO 4 = KHSO 4 + H 2 O + CO 2,
C + O 2 = CO 2,
2 CO + O 2 = 2 CO 2,
Ca(HCO 3) 2 CaCO 3 Ї + CO 2 + H 2 O,
CaCO 3 = CaO + CO 2,
BaSO 4 + 2 C = BaS + 2 CO 2,
C + 2 H 2 SO 4 (συμπ.) = CO 2 + 2 SO 2 + 2H 2 O,
C + 4 HNO 3 (συμπ.) = CO 2 + 4 NO 2 + 2 H 2 O.
Ιδιότητες
Όταν το CO 2 διαλύεται στο νερό, σχηματίζεται ανθρακικό οξύ:
H 2 O + CO 2 = H 2 CO 3.
Για το CO 2 όλες εκείνες οι αντιδράσεις που είναι χαρακτηριστικές των οξειδίων οξέος είναι γνωστές:
Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3,
Ca(OH) 2 + 2 CO 2 = Ca(HCO 3) 2,
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O.
Το αναφλεγόμενο Mg συνεχίζει να καίγεται σε διοξείδιο του άνθρακα:
CO 2 + 2 Mg = 2 MgO + C.
Το ανθρακικό οξύ είναι ένα ασθενές διβασικό οξύ:
H 2 O + CO 2 = H 2 CO 3
H + +HCO 3 - = H + +CO 3 2-
και μπορεί να εκτοπίσει ασθενέστερα οξέα από διαλύματα των αλάτων τους:
Na 2 SiO 3 + CO 2 + H 2 O = H 2 SiO 3 + Na 2 CO 3,
KCN + CO 2 + H 2 O = KHCO 3 + HCN.
Άλατα ανθρακικού οξέος. Ανθρακικά και διττανθρακικά
Γενικές μέθοδοι για τη λήψη αλάτων είναι επίσης τυπικές για τη λήψη αλάτων ανθρακικού οξέος:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2,
Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = 2 CaCO 3 + 2 H 2 O.
Τα ανθρακικά αλκαλιμέταλλα και αμμώνιο είναι πολύ διαλυτά στο νερό και
υπόκειται σε υδρόλυση. Όλα τα άλλα ανθρακικά είναι πρακτικά αδιάλυτα:
Na 2 CO 3 + H 2 O = 2 Na + + OH - + HCO 3 - .
Με σχετικά χαμηλή θέρμανση, τα υδρογονανθρακικά αποσυντίθενται:
Ca(HCO 3) 2 = CaCO 3 + CO 2 + H 2 O.
Όταν τα ανθρακικά άλατα πυρώνονται, λαμβάνονται οξείδια μετάλλων και CO 2:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
Τα ανθρακικά διασπώνται εύκολα από ισχυρότερα (από τα ανθρακικά) οξέα:
MgCO 3 + 2HCl = MgCl 2 + CO 2 + H 2 O.
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O.
Κατά τη διαπύρωση ανθρακικών αλάτων με άμμο, το SiO 2 εκτοπίζει το πιο πτητικό οξείδιο:
Na 2 CO 3 + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + CO 2.
Εφαρμογή
Ανθρακικό νάτριο Na 2 CO 3 (ανθρακικό νάτριο) και το ένυδρο κρυσταλλικό του Na 2 CO 3 10H 2 O
(κρυσταλλική σόδα) χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία γυαλιού, σαπουνιού και χαρτοπολτού και χαρτιού. Διττανθρακικό νάτριο NaHCO 3 (μαγειρική σόδα)
χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων και την ιατρική. Ο ασβεστόλιθος είναι οικοδομική πέτρα και πρώτη ύλη για την παραγωγή ασβέστη.
Οξείδια πυριτίου (IV) (SiO 2 )
Το πυρίτιο SiO 2 υπάρχει στη φύση σε κρυσταλλική (κυρίως χαλαζία) και άμορφη (για παράδειγμα, οπάλιο SiO 2 nH 2 O) μορφές.
Παραλαβή
Το SiO 2 είναι ένα όξινο οξείδιο που μπορεί να ληφθεί με αντιδράσεις:
Si + O 2 = SiO 2,
H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O,
SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O.
Ιδιότητες
Όταν αλληλεπιδρά με μέταλλα ή άνθρακα, το SiO 2 μπορεί να αναχθεί σε πυρίτιο
SiO 2 + 2 Mg = Si + 2 MgO,
SiO 2 + 2 C = Si + 2 CO
ή δίνουμε καρβορούνδιο (SiC) SiO 2 + 3 C = SiC + 2 CO.
Όταν το SiO 2 συντήκεται με οξείδια μετάλλων, αλκάλια και μερικά άλατα, σχηματίζονται πυριτικά:
SiO 2 + 2 NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O,
SiO 2 + K 2 CO 3 = K 2 SiO 3 + CO 2,
SiO 2 + CaO = CaSiO 3.
Τα οξέα δεν έχουν καμία επίδραση στο SiO 2. Η εξαίρεση είναι το υδροφθορικό οξύ:
SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2 O,
SiF 4 + 2HF = H 2,
SiO 2 + 6HF = H 2 + 2H 2 O.
Το πυριτικό οξύ H 2 SiO 3 είναι το απλούστερο της οικογένειας του πυριτικού οξέος. Ο γενικός τύπος του είναι xSiO 2 yH 2 O. Μπορεί να ληφθεί από πυριτικά άλατα
Na 2 SiO 3 + 2 HCl = H 2 SiO 3 + 2 NaCl.
Όταν θερμαίνεται, το πυριτικό οξύ αποσυντίθεται:
H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O.
Πυριτικά
Πολλές εκατοντάδες πυριτικά ορυκτά είναι γνωστά. Αποτελούν το 75% της μάζας του φλοιού της γης. Ανάμεσά τους υπάρχουν πολλά αργιλοπυριτικά. Τα πυριτικά είναι το κύριο συστατικό του τσιμέντου, του γυαλιού, του σκυροδέματος και του τούβλου.
Μόνο τα πυριτικά Na και K είναι διαλυτά στο νερό.Τα υδατικά διαλύματά τους ονομάζονται «υγρό γυαλί». Κατά την υδρόλυση, αυτά τα διαλύματα έχουν αλκαλική αντίδραση. Χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τσιμέντου και σκυροδέματος ανθεκτικού στα οξέα.
