Химические элементы главной подгруппы IА группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева: Li, Na, К, Rb, Cs, Fr. Название получили от гидрооксидов Щелочных металлов, названных едкими щелочами. Атомы Щелочных металлов имеют на внешней оболочке по 1 s-электрону, а на предшествующей -2 s- и 6 р-электронов (кроме Li). Характеризуются низкими температурами плавления, малыми значениями плотностей; мягкие, режутся ножом. Степень окисления Щелочных металлов в соединениях всегда равна +1. Эти металлы химически очень активны - быстро окисляются кислородом воздуха, бурно реагируют с водой, образуя щёлочи Me. OH (где Me - металл); активность возрастает от Li к Fr.
Литий (лат. - lithium), Li-химический элемент первой группы, А-подгруппы периодической системы Д. И. Менделеева, относится к щелочным металлам, порядковый номер 3, атомная масса равна 6, 939; при нормальных условиях серебристо-белый, легкий металл. Природный литий состоит из двух изотопов с массовыми числами 6 и 7. Интересная деталь: стоимость изотопов лития совсем не пропорциональна их распространенности. В начале этого десятилетия в США относительно чистый литий-7 стоил почти в 10 раз дороже лития-6 очень высокой чистоты. Искусственным путем получены еще два изотопа лития. Время их жизни крайне невелико: у лития-8 период полураспада равен 0, 841 секунды, а у лития-9 0, 168 секунды.
Литий - типичный элемент земной коры, сравнительно редкий элемент. (содержание 3, 2× 10 -3% по массе), он накапливается в наиболее поздних продуктах дифференциации магмы - пегматитах. В мантии мало лития - в ультраосновных породах всего 5× 10 -3% (в основных 1, 5× 10 -3%, средних - 2× 103%, кислых 4× 10 -3%). Близость ионных радиусов Li+, Fe 2+ и Mg 2+ позволяет литию входить в решётки магнезиальножелезистых силикатов - пироксенов и амфиболов. В гранитоидах он содержится в виде изоморфной примеси в слюдах. Только в пегматитах и в биосфере известно 28 самостоятельных минералов лития (силикаты, фосфаты и др.). Все они редкие. В биосфере литий мигрирует сравнительно слабо, роль его в живом веществе меньше, чем остальных щелочных металлов. Из вод он легко извлекается глинами, его относительно мало в Мировом океане (1, 5× 10 -5%). В человеческом организме (массой 70 кг) - 0, 67 мг. лития.
Калий (Kalium) Калий химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 19, атомная масса 39, 098; серебристо-белый, очень лёгкий, мягкий и легкоплавкий металл. Элемент состоит из двух стабильных изотопов - 39 K (93, 08%), 41 K (6, 91%) и одного слабо радиоактивного 40 K (0, 01%) с периодом полураспада 1, 32× 109 лет.
Нахождение в природе Калий - распространённый элемент: содержание в литосфере 2, 50% по массе. В магматических процессах калий, как и натрий, накапливается в кислых магмах, из которых кристаллизуются граниты и др. породы (среднее содержание калия 3, 34%). Калий входит в состав полевых шпатов и слюд. В основных и ультраосновных породах, богатых железом и магнием, калия мало. На земной поверхности калий, в отличие от натрия, мигрирует слабо. При выветривании горных пород калий частично переходит в воды, но оттуда его быстро захватывают организмы и поглощают глины, поэтому воды рек бедны калием и в океан его поступает много меньше, чем натрия. В океане калий поглощается организмами и донными илами (например, входит в состав глауконита); поэтому океанические воды содержат лишь 0, 038% калия - в 25 раз меньше, чем натрия.
В природе – девятый по химической распространенности элемент (шестой среди металлов), находится только в виде соединений. Входит в состав многих минералов, горных пород, соляных пластов. Третий по содержанию металл в природных водах: 1 л морской воды содержит 0, 38 г ионов K+. Катионы калия хорошо адсорбируются почвой и с трудом вымываются природными водами. Жизненно важный элемент для всех организмов. Ионы K+ всегда находятся внутри клеток (в отличие от ионов Na+). В организме человека содержится около 175 г калия, суточная потребность составляет около 4 г. Недостаток калия в почве восполняется внесением калийных удобрений – хлорида калия KCl, сульфата калия K 2 SO 4 и золы растений.
Интересные факты ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН ЦИАНИСТЫЙ КАЛИЙ? Для извлечения золота и серебра из руд. Для гальванического золочения и серебрения неблагородных металлов. Для получения многих органических веществ. Для азотирования стали - это придаёт её поверхности большую прочность. К сожалению, это очень нужное вещество чрезвычайно ядовито. А выглядит KCN вполне безобидно: мелкие кристаллы белого цвета с коричневатыми или серым оттенком.
Цезий Открыт цезий сравнительно недавно, в 1860 г. , в минеральных водах известных целебных источников Шварцвальда (Баден-Баден и др.). За короткий исторический срок прошел блистательный путь – от редкого, никому не ведомого химического элемента до стратегического металла. Принадлежит к трудовой семье щелочных металлов, по в жилах его течет голубая кровь последнего в роде. . . Впрочем, это нисколько не мешает ему общаться с другими элементами и даже, если они не столь знамениты, он охотно вступает с ними в контакты и завязывает прочные связи. В настоящее время работает одновременно в нескольких отраслях: в электронике и автоматике, в радиолокации и кино, в атомных реакторах и на космических кораблях. . . » .
Цезий, как известно, был первым элементом, открытым с помощью спектрального анализа. Ученые, однако, имели возможность познакомиться с этим элементом еще до того, как Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф создали новый исследовательский метод. В 1846 г. немецкий химик Платтнер, анализируя минерал поллуцит, обнаружил, что сумма известных его компонентов составляет лишь 93%, но не сумел точно установить, какой еще элемент (или элементы) входит в этот минерал. Лишь в 1864 г. , уже после открытия Бунзена, итальянец Пизани нашел цезий в поллуците и установил, что именно соединения этого элемента не смог идентифицировать Платтнер.
Интересные факты Цезий и давление Все щелочные металлы сильно изменяются под действием высокого давления. Но именно цезий реагирует на него наиболее своеобразно и резко. При давлении в 100 тыс. атм. его объем уменьшается почти втрое – сильнее, чем у других щелочных металлов. Кроме того, именно в условиях высокого давления были обнаружены две новые модификации элементарного цезия. Электрическое сопротивление всех щелочных металлов с ростом давления увеличивается; у цезия это свойство выражено особенно сильно.
Франций Среди элементов, стоящих в конце периодической системы Д. И. Менделеева, есть такие, о которых многое слышали и знают неспециалисты, но есть и такие, о которых мало что сможет рассказать даже химик. К числу первых относятся, например, радон (№ 86) и радий (№ 88). К числу вторых – их сосед по периодической системе элемент № 87 – франций. Франций интересен по двум причинам: во-первых, это самый тяжелый и самый активный щелочной металл; во-вторых, франций можно считать самым неустойчивым из первых ста элементов периодической системы. У самого долгоживущего изотопа франция – 223 Fr – период полураспада составляет всего 22 минуты. Такое редкое сочетание в одном элементе высокой химической активности с низкой ядерной устойчивостью определило трудности в открытии и изучении этого элемента.
Нахождение в природе Помимо 223 Fr, сейчас известно несколько изотопов элемента № 87. Но только 223 Fr имеется в природе в сколько-нибудь заметных количествах. Пользуясь законом радиоактивного распада, можно подсчитать, что в грамме природного урана содержится 4· 10– 18 г 223 Fr. А это значит, что в радиоактивном равновесии со всей массой земного урана находится около 500 г франция-223. В исчезающе малых количествах на Земле есть еще два изотопа элемента № 87 – 224 Fr (член радиоактивного семейства тория) и 221 Fr. Естественно, что найти на Земле элемент, мировые запасы которого не достигают килограмма, практически невозможно. Поэтому все исследования франция и его немногих соединений были выполнены на искусственных продуктах.
Интересные факты Натрий на подводной лодке Натрий плавится при 98°, а кипит только при 883°C. Следовательно, температурный интервал жидкого состояния этого элемента достаточно велик. Именно поэтому (и еще благодаря малому сечению захвата нейтронов) натрии стали использовать в ядерной энергетике как теплоноситель. В частности, американские атомные подводные лодки оснащены энергоустановками с натриевыми контурами. Тепло, выделяющееся в реакторе, нагревает жидкий натрий, который циркулирует между реактором и парогенератором. В парогенераторе натрий, охлаждаясь, испаряет воду, и полученный пар высокого давления вращает паровую турбину. Для тех же целей используют сплав натрия с калием.
Неорганический фотосинтез Обычно при окислении натрия образуется окись состава Na 2 О. Однако если сжигать натрий в сухом воздухе при повышенной температуре, то вместо окиси образуется перекись N 2 О 2. Это вещество легко отдает своя «лишний» атом кислорода и обладает поэтому сильными окислительными свойствами. Одно время перекись натрия широко применяли для отбелки соломенных шляп. Сейчас удельный вес соломенных шляп в использовании перекиси натрия ничтожен; основные количества ее используют для отбелки бумаги и для регенерации воздуха на подводных лодках. При взаимодействии перекиси натрия с углекислым газом протекает процесс, обратный дыханию: 2 Na 2 О 2 + 2 СО 2 → 2 Na 2 CО 3 + О 2, т. е. углекислый газ связывается, а кислород выделяется. Совсем как в зеленом листе!
Натрий и золото К тому времени, как был открыт натрий, алхимия была уже не в чести, и мысль превращать натрий в золото не будоражила умы естествоиспытателей. Однако сейчас ради получения золота расходуется очень много натрия. «Руду золотую» обрабатывают раствором цианистого натрия (а его получают из элементарного натрия). При этом золото превращается в растворимое комплексное соединение, из которого его выделяют с помощью цинка. Золотодобытчики – среди основных потребителей элемента № 11. В промышленных масштабах цианистый натрий получают при взаимодействии натрия, аммиака и кокса при температуре около 800°C.
Натрий в воде Каждый школьник знает, что произойдет, если бросить кусочек натрия в воду. Точнее, не в воду, а на воду, потому что натрий легче воды. Тепла, которое выделяется при реакции натрия с водой, достаточно, чтобы расплавить натрий. И вот бегает по воде натриевый шарик, подгоняемый выделяющимся водородом. Однако реакция натрия с водой – не только опасная забава; напротив она часто бывает полезной. Натрием надежно очищают от следов воды трансформаторные масла, спирты, эфиры и другие органические вещества, а с помощью амальгамы натрия (т. е. сплава натрия с ртутью) можно быстро определить содержание влаги во многих соединениях. Амальгама реагирует с водой намного спокойнее, чем сам натри. Для определения влажности к пробе органического вещества добавляют определенное количество амальгамы натрия и по объему выделившегося водорода судят о содержании влаги.
Натриевый пояс земли Вполне естественно, что на Земле натрий никогда не встречается в свободном состоянии – слишком активен этот металл. Но в верхних слоях атмосферы – на высоте около 80 км – обнаружен слой атомарного натрия. На такой высоте практически нет кислорода, паров воды и вообще ничего, с чем натрий мог бы вступить в реакцию. Спектральными методами натрий был обнаружен и в межзвездном пространстве.
Рубидий - металл, который можно назвать химической недотрогой. От соприкосновения с воздухом он самопроизвольно воспламеняется и сгорает ярким розовато-фиолетовым пламенем. С водой взрывает, так же бурно реагирует при соприкосновении с фтором, хлором, бромом, йодом, серой. Как настоящего недотрогу, рубидий необходимо беречь от внешних воздействий. Для этой цели его помещают в сосуды, наполненные сухим керосином. . . Рубидий тяжелее керосина (плотность рубидия 1, 5) и не реагирует с ним. Рубидий - радиоактивный элемент, он медленно испускает поток электронов, превращаясь в стронций. Наиболее замечательным свойством рубидия является его своеобразная чувствительность к свету. Под влиянием лучей света рубидий становится источником электрического тока. С прекращением светового облучения исчезает и ток. С водой Р. реагирует со взрывом, причём выделяется водород и образуется раствор гидроокиси Р. , Rb. OH.
Рубидий обнаружен в очень многих горных породах и минералах, но его концентрация там крайне низка. Только лепидолиты содержат несколько больше Rb 2 О, иногда 0, 2%, а изредка и до 1. . . 3%. Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озер. Концентрация их и здесь очень невелика, в среднем порядка 100 мкг/л. Значит, в мировом океане рубидия в сотни раз меньше, чем в земной коре.
Интересные факты Не обошел рубидий своим вниманием и многих представителей растительного мира: следы его встречаются в морских водорослях и табаке, в листьях чая и зернах кофе, в сахарном тростнике и свекле, в винограде и некоторых видах цитрусовых. Почему его назвали рубидием? Rubidus – по-латыни «красный» . Казалось бы, это имя скорее подходит меди, чем очень обыкновенному по окраске рубидию. Но не будем спешить с выводами. Это название было дано элементу № 37 его первооткрывателями Кирхгофом и Бунзеном. Сто с лишним лет назад, изучая с помощью спектроскопа различные минералы, они заметили, что один из образцов лепидолита, присланный из Розены (Саксония), дает особые линии в темно -красной области спектра. Эти линии не встречались в спектрах ни одного известного вещества. Вскоре аналогичные темно-красные линии были обнаружены в спектре осадка, полученного после испарения целебных вод из минеральных источников Шварцвальда. Естественно было предположить, что эти линии принадлежат какому-то новому, до того неизвестному элементу. Так в 1861 г. был открыт рубидий
К подгруппе меди относятся три элемента - медь, серебро и золото. Подобно атомам щелочных металлов, атомы всех этих элементов имеют в наружном слое по одному электрону; но предпоследний их электронный слой содержит, в отличие от атомов щелочных металлов, восемнадцать электронов. Структуру двух внешних электронных оболочек атомов этих элементов можно изобразить формулой (где - номер периода, в котором находится данный элемент). Все элементы подгруппы меди - предпоследние члены декад -элементов. Однако, как видно из приведенной формулы, их атомы содержат на -подуровне не 9, а 10 электронов. Это объясняется тем, что структура более устойчива, чем структура (см. стр. 93). Сравнивая данные табл. 31 с соответствующими величинами для щелочных металлов (табл. 30), можно видеть, что радиусы атомов меди, серебра и золота меньше радиусов атомов металлов главной подгруппы. Это обусловливает значительно большую плотность, высокие температуры плавления и большие величины энтальпии атомизации рассматриваемых металлов; меньшие по размеру атомы располагаются в решетке более плотно, вследствие чего силы притяжения между ними велики. Малый радиус атомов объясняет также более высокие значения энергии ионизации металлов этой подгруппы, чем щелочных металлов. Это приводит к большим различиям в химических свойствах металлов обеих подгрупп. Элементы подгруппы меди - малоактивные металлы. Они с трудом окисляются, и, наоборот, их ионы легко восстанавливаются; они не разлагают воду, гидроксиды их являются сравнительно слабыми основаниями. В ряду напряжений они стоят после водорода. В то же время восемнадцатиэлектронный слой, устойчивый у других элементов, здесь еще не вполне стабилизировался и способен к частичной потере электронов. Так, медь наряду с однозарядными катионами образует и двухзарядные, которые для нее даже более характерны. Точно так же для золота степень окисленности более характерна, чем. Степень окисленности серебра в его обычных соединениях равна однако известны соединения со степенью окисленности серебра и.
45. Элементы 3-й главной подгруппы
Третья группа периодической системы охватывает очень большое число химических элементов, так как в состав ее, кроме элементов главной и побочной подгрупп, входят элементы с порядковыми номерами 58-71 (лантаноиды) и с порядковыми номерами 90-103 (актиноиды). Мы рассмотрим лантаноиды и актиноиды вместе с элементами побочной подгруппы. Элементы главной подгруппы третьей группы - бор, алюминий, галлий, индий и таллий-характеризуются наличием трех электронов в наружном электронном слое атома. Второй снаружи электронный слой атома бора содержит два электрона, атома алюминия - в Металлические свойства рассматриваемых элементов выражены слабее, чем у соответствующих элементов главных подгрупп второй и особенно первой группы, а у бора преобладают неметаллические свойства. В соединениях они проявляют степень окисленности +3. Однако с возрастанием атомной массы появляются и более низкие степени окисленности. Для последнего элемента подгруппы - таллия - наиболее устойчивы соединения, в которых его степень окисленности равна +1. С увеличением порядкового номера металлические свойства рассматриваемых элементов, как и в других главных подгруппах, заметно усиливаются. Так, оксид бора имеет кислотный характер, оксиды алюминия, галлия и индия - амфотерны, а оксид таллия (III) имеет основной характер. В практическом отношении наиболее важными из элементов третьей группы являются бор и алюминий.
46. Элементы 4-й главной подгруппы
Главную подгруппу четвертой группы периодической системы образуют пять элементов - углерод, кремний, германий, олово и свинец. При переходе от углерода к свинцу размеры атомов возрастают. Поэтому следует ожидать, что способность к присоединению электронов, а следовательно, и неметаллические свойства будут при этом ослабевать, легкость же отдачи электронов - возрастать. Действительно, уже у германия проявляются металлические свойства, а у олова и свинца они преобладают над неметаллическими. Таким образом, только первые два члена описываемой группы являются неметаллами, германий причисляют и к металлам, и к неметаллам, олово и свинец-металлы. Для элементов рассматриваемой группы характерны степени окисленности +2и +4. Соединения углерода и кремния, в которых степень окисленности этих элементов равна +2, немногочисленны и сравнительно малостойки. Таблица 28. Некоторые свойства углерода и его аналогов
47. Элементы 5-ой главной подгруппы
К главной подгруппе V группы периодической системы принадлежат азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут. Эти элементы, имея пять электронов в наружном слое атома, характеризуются в целом как неметаллы. Однако способность к присоединению электронов выражена у них значительно слабее, чем у соответствующих элементов VI и VII групп. Благодаря наличию пяти наружных электронов, высшая положительная окисленность элементов этой подгруппы равна +5, а отрицательная -3. Вследствие относительно меньшей электроотрицательности связь рассматриваемых элементов с водородом менее полярна, чем связь с водородом элементов VI и VII групп. Поэтому водородные соединения этих элементов не отщепляют в водном растворе ионы водорода и, таким образом, не обладают кислотными свойствами. Физические и химические свойства элементов подгруппы азота изменяются с увеличением порядкового номера в той же последовательности, которая наблюдалась в ранее рассмотренных группах.Но так как неметаллические свойства выражены у азота слабее, чем у кислорода и тем более фтора, то ослабление этих свойств при переходе к следующим элементам влечет за собой появление и нарастание металлических свойств. Последние заметны уже у мышьяка, сурьма приблизительно в равной степени обладает теми и другими свойствами, а у висмута металлические свойства преобладают над неметаллическими. Важнейшие свойства элементов рассматриваемой подгруппы приведены в табл. 27. Таблица 27. Некоторые свойства азота и его аналогов
48. Органические соединения углерода
Соединения углерода (за исключением некоторых наиболее простых) издавна получили название органических соединений, так как в природе они встречаются почти исключительно в организмах животных и растений, принимают участие в жизненных процессах или же являются продуктами жизнедеятельности или распада организмов. В отличие от органических соединений, такие вещества, как песок, глина, различные минералы, вода, оксиды углерода, угольная кислота, ее соли и другие, встречающиеся в «неживой природе», получили название неорганических или минеральных веществ. Деление веществ на органические и неорганические возникло вследствие своеобразия органических соединений, обладающих специфическими свойствами. Долгое время считалось, что углеродсодержащие вещества, образующиеся в организмах, в принципе, невозможно получать путем синтеза из неорганических соединений. Образование органических веществ приписывалось влиянию особой, недоступной познанию «жизненной силы», действующей только в живых организмах и обусловливающей специфику органических веществ. Это учение, явившееся разновидностью идеалистических представлений о природе, получило название витализма (от латинского vis vitalis - жизненная сила). Виталисты пытались в явлениях живой природы найти доказательство существования в мире каких-то таинственных сил, не поддающихся изучению и не подчиняющихся общим физико-химическим законам. Концепция виталистов была наиболее полно сформулирована одним из самых авторитетных химиков первой половины XIX века - шведским ученым И. Я. Берцелиусом. Виталистические воззрения мешали прогрессу в изучении природы органических веществ и были опровергнуты в ходе развития науки. В 1824 г. немецкий химик Ф. Велер, ученик Берцелиуса, впервые получил из неорганического вещества дициана NC-CN при нагревании его с водой щавелевую кислоту НООС-СООН - органическое соединение, которое до тех пор добывалось только из растений. В 1828 г. Велер осуществил первый синтез веществаживотного происхождения: нагреванием неорганического соединения цианата аммония NH4CNO получил мочевину (карбамид) (NH2)CO это вещество до тех пор выделяли лишь из мочи. Вскоре были осуществлены в лабораторных условиях синтезы и других органических веществ: в 1845 г. в Германии Г. Кольбе синтезировал уксусную кислоту, в 1854 г. во Франции М. Бертло синтетическим путем получил жир, в 1861 г. в России А. М. Бутлеров осуществил синтез сахаристого вещества и т. д. В настоящее время путем синтеза получают множество органических соединений. Более того, оказалось, что многие органические вещества гораздо проще и дешевле получать синтетически, чем выделять из природных продуктов. Наибольшим успехом химии годов XX века явился первый синтез простых белков - гормона инсулина и фермента рибонуклеазы. Таким образом доказана возможность синтетического получения даже белков - наиболее сложных органических веществ, являющихся непременными участниками жизненных процессов; по определению Ф. Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел». С развитием синтеза органических соединений была уничтожена грань, отделяющая эти соединения от неорганических, однако название «органические соединения» сохранилось. Большинство известных в настоящее время соединений углерода в организмах даже не встречаются, а получены искусственным путем.
49. Элементы 8-ой побочной группы
Побочная подгруппа восьмой группы периодической системы охватывает три триады d-элементов. Первую триаду образуют элементы Fe , кобальт и никель, вторую триаду - рутений, родий и палладий и третью триаду - осмий, иридий и платина. Большинство элементов рассматриваемой подгруппы имеют два электрона в наружном электронном слое атома; все они представляют собой металлы. Кроме наружных электронов в образовании химических связей принимают участие также электроны из предыдущего недостроенного слоя. Для этих элементов характерны степени окисленности, равные 2, 3, 4. Более высокие степени окисленности проявляются реже. Сравнение физических и химических свойств элементов восьмой группы показывает, что железо, кобальт и никель, находящиеся в первом большом периоде, очень сходны между собой и в то же время сильно отличаются от элементов двух других триад. Поэтому их обычно выделяют в семейство железа. Остальные шесть элементов восьмой группы объединяются под общим названием платиновых металлов.
Основные степени окисления железа - +2 и +3.
При хранении на воздухе при температуре до 200 °C железо постепенно покрывается плотной плёнкой оксида, препятствующего дальнейшему окислению металла. Во влажном воздухе железо покрывается рыхлым слоем ржавчины, который не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу и его разрушению. Ржавчина не имеет постоянного химического состава, приближённо её химическую формулу можно записать как Fe2O3 xH2O.
С кислородом железо реагирует при нагревании. При сгорании железа на воздухе образуется оксид Fe3O4, при сгорании в чистом кислороде - оксид Fe2O3. Если кислород или воздух пропускать через расплавленное железо, то образуется оксид FeO. При нагревании порошка серы и железа образуется сульфид, приближённую формулу которого можно записать как FeS.
При нагревании железо реагирует с галогенами. Так как FeF3 нелетуч, железо устойчиво к действию фтора до температуры 200-300 °C. При хлорировании железа (при температуре около 200 °C) образуется летучий димер Fe3Cl6. Если взаимодействие железа и брома протекает при комнатной температуре или при нагревании и повышенном давлении паров брома, то образуется FeBr3. При нагревании FeCl3 и, особенно, FeBr3 отщепляют галоген и превращаются в галогениды железа(II). При взаимодействии железа и иода образуется иодид Fe3I8.
При нагревании железо реагирует с азотом, образуя нитрид железа Fe3N, с фосфором, образуя фосфиды FeP, Fe2P и Fe3P, с углеродом, образуя карбид Fe3C, с кремнием, образуя несколько силицидов, например, FeSi.
При повышенном давлении металлическое железо реагирует с оксидом углерода(II) CO, причём образуется жидкий, при обычных условиях легко летучий пентакарбонил железа Fe(CO)5. Известны также карбонилы железа составов Fe2(CO)9 и Fe3(CO)12. Карбонилы железа служат исходными веществами при синтезе железоорганических соединений, в том числе и ферроцена состава (η5-C5H5)2Fe.
Чистое металлическое железо устойчиво в воде и в разбавленных растворах щелочей. Железо не растворяется в холодных концентрированных серной и азотной кислотах из-за пассивации поверхности металла прочной оксидной плёнкой. Горячая концентрированная серная кислота, являясь более сильным окислителем, взаимодействует с железом.
С соляной и разбавленной (приблизительно 20%-й) серной кислотами железо реагирует с образованием солей железа(II):
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2;
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2.
При взаимодействии железа с приблизительно 70%-й серной кислотой реакция протекает с образованием сульфата железа(III):
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.
Оксид железа(II) FeO обладает основными свойствами, ему отвечает основание Fe(OH)2. Оксид железа(III) Fe2O3 слабо амфотерен, ему отвечает ещё более слабое, чем Fe(OH)2, основание Fe(OH)3, которое реагирует с кислотами:
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O.
Гидроксид железа(III) Fe(OH)3 проявляет слабо амфотерные свойства, он способен реагировать только с концентрированными растворами щелочей:
Fe(OH)3 + 3КОН → K3.
Образующиеся при этом гидроксокомплексы железа(III) устойчивы в сильно щелочных растворах. При разбавлении растворов водой они разрушаются, причём в осадок выпадает Fe(OH)3.
Соединения железа(III) в растворах восстанавливаются металлическим железом:
Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2.
При хранении водных растворов солей железа(II) наблюдается окисление железа(II) до железа(III):
4FeCl2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)Cl2.
Из солей железа(II) в водных растворах устойчива соль Мора - двойной сульфат аммония и железа(II) (NH4)2Fe(SO4)2 6Н2O.
Железо(III) способно образовывать двойные сульфаты с однозарядными катионами типа квасцов, например, KFe(SO4)2 - железокалиевые квасцы, (NH4)Fe(SO4)2 - железоаммонийные квасцы и т. д.
При действии газообразного хлора или озона на щелочные растворы соединений железа(III) образуются соединения железа(VI) - ферраты, например, феррат(VI) калия K2FeO4. Имеются сообщения о получении под действием сильных окислителей соединений железа(VIII).
Для обнаружения в растворе соединений железа(III) используют качественную реакцию ионов Fe3+ с тиоцианат-ионами SCN−. При взаимодействии ионов Fe3+ с анионами SCN− образуется ярко-красный роданид железа Fe(SCN)3. Другим реактивом на ионы Fe3+ служит гексацианоферрат(II) калия K4 (жёлтая кровяная соль). При взаимодействии ионов Fe3+ и 4− выпадает ярко-синий осадок берлинской лазури:
4K4 + 4Fe3+ → 4KFeIII↓ + 12K+.
Реактивом на ионы Fe2+ в растворе может служить гексацианоферрат(III) калия K3 (красная кровяная соль). При взаимодействии ионов Fe2+ и 3− выпадает осадок турнбулевой сини:
3K3 + 3Fe2+→ 3KFe2↓ + 6K+.
Интересно, что берлинская лазурь и турнбулева синь - две формы одного и того же вещества, так как в растворе устанавливается равновесие:
KFe3 ↔ KFe2.
Ни́кель - элемент побочной подгруппы восьмой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 28. Обозначается символом Ni (лат. Niccolum). Простое вещество никель - это пластичный ковкий переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой защитной плёнкой оксида. Химически малоактивен.
Атомы никеля имеют внешнюю электронную конфигурацию 3d84s2. Наиболее устойчивым для никеля является состояние окисления Ni(II).
Никель образует соединения со степенью окисления +2 и +3. При этом никель со степенью окисления +3 только в виде комплексных солей. Для соединений никеля +2 известно большое количество обычных и комплексных соединений. Оксид никеля Ni2O3 является сильным окислителем.
Никель характеризуется высокой коррозионной стойкостью - устойчив на воздухе, в воде, в щелочах, в ряде кислот. Химическая стойкость обусловлена его склонностью к пассивированию - образованию на его поверхности плотной оксидной плёнки, обладающей защитным действием. Никель активно растворяется в азотной кислоте.
С оксидом углерода CO никель легко образует летучий и весьма ядовитый карбонил Ni(CO)4.
Тонкодисперсный порошок никеля пирофорный (самовоспламеняется на воздухе).
Никель горит только в виде порошка. Образует два оксида NiO и Ni2O3 и соответственно два гидроксида Ni(OH)2 и Ni(OH)3. Важнейшие растворимые соли никеля - ацетат, хлорид, нитрат и сульфат. Растворы окрашены обычно в зелёный цвет, а безводные соли - жёлтые или коричнево-жёлтые. К нерастворимым солям относятся оксалат и фосфат (зелёные), три сульфида NiS (черный), Ni2S3 (желтовато-бронзовый) и Ni3S4 (черный). Никель также образует многочисленные координационные и комплексные соединения. Например, диметилглиоксимат никеля Ni(C4H6N2O2)2, дающий чёткую красную окраску в кислой среде, широко используется в качественном анализе для обнаружения никеля
Водный раствор сульфата никеля имеет зелёный цвет.
Водные растворы солей никеля(II) содержат ион гексаакваникеля(II) 2+. При добавлении к раствору, содержащему эти ионы, аммиачного раствора происходит осаждение гидроксида никеля (II), зелёного желатинообразного вещества. Этот осадок растворяется при добавлении избыточного количества аммиака вследствие образования ионов гексамминникеля(II) 2+.
Никель образует комплексы с тетраэдрической и с плоской квадратной структурой. Например, комплекс тетрахлороникелат (II) 2− имеет тетраэдрическую структуру, а комплекс тетрацианоникелат(II) 2− имеет плоскую квадратную структуру.
В качественном и количественном анализе для обнаружения ионов никеля (II) используется щелочной раствор бутандиондиоксима, известного также под названием диметилглиоксима. При его взаимодействии с ионами никеля (II) образуется красное координационное соединение бис (бутандиондиоксимато) никель(II). Это - хелатное соединение и бутандиондиоксимато-лиганд является бидентатным.
Массовая доля кобальта в земной коре 4×10−3%. Кобальт входит в состав минералов: каролит CuCo2S4, линнеит Co3S4, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO3, смальтин CoAs2, скуттерудит (Co, Ni)As3 и других. Всего известно около 30 кобальтосодержащих минералов. Кобальту сопутствуют железо, никель, марганец и медь. Содержание в морской воде приблизительно (1,7)×10−10%. На воздухе кобальт окисляется при температуре выше 300 °C.
Устойчивый при комнатной температуре оксид кобальта представляет собой сложный оксид Co3O4, имеющий структуру шпинели, в кристаллической структуре которого одна часть узлов занята ионами Co2+, а другая - ионами Co3+; разлагается с образованием CoO выше 900 °C.
При высоких температурах можно получить α-форму или β-форму оксида CoO.
Все оксиды кобальта восстанавливаются водородом. Со3О4 + 4Н2 → 3Со + 4Н2О.
Оксид кобальта (III) можно получить, прокаливая соединения кобальта (II), например: 2Со(ОН)2 + O2 → Co2O3 + Н2O.
Платина (лат. Platinum), Pt, химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 78, атомная масса 195,09; тяжелый тугоплавкий металл.
По химическим свойствам платина похожа на палладий, но проявляет большую химическую устойчивость. Реагирует только с горячей царской водкой: 3Pt + 4HNO3 + 18HCl = 3H2 + 4NO + 8H2O
Платина медленно растворяется в горячей серной кислоте и жидком броме. Она не взаимодействует с другими минеральными и органическими кислотами. При нагревании реагирует со щелочами и пероксидом натрия, галогенами (особенно в присутствии галогенидов щелочных металлов): Pt + 2Cl2 + 2NaCl = Na2. При нагревании платина реагирует с серой, селеном, теллуром, углеродом и кремнием. Как и палладий, платина может растворять молекулярный водород, но объем поглощаемого водорода меньше и способность его отдавать при нагревании у платины меньше.
При нагревании платина реагирует с кислородом с образованием летучих оксидов. Выделены следующие оксиды платины: черный PtO, коричневый PtO2, красновато-коричневый PtO3, а также Pt2O3 и Pt3O4.
Для платины известны гидроксиды Pt(OH)2 и Pt(OH)4. Получают их при щелочном гидролизе соответствующих хлорплатинатов, например: Na2PtCl4 + 2NaOH = 4NaCl + Pt(OH)2, Na2PtCl6 + 4NaOH = 6NaCl + Pt(OH)4. Эти гидроксиды проявляют амфотерные свойства: Pt(OH)2 + 2NaOH = Na2, Pt(OH)2 +4HCl = H2 + 2H2O, Pt(OH)4 + 6HCl = H2 + 4H2O, Pt(OH)4 + 2NaOH = Na2.
Гексафторид платины PtF6 является одним из сильнейших окислителей среди всех известных химических соединений, способный окислить молекулы кислорода, ксенона или NO: O2 + PtF6 = O2+−. С помощью него, в частности, канадский химик Нейл Бартлетт в 1962 году получил первое настоящее химическое соединение ксенона XePtF6.
C обнаруженного Н. Бартлеттом взаимодействия между Хе и PtF6, приводящего к образованию XePtF6, началась химия инертных газов. PtF6 получают фторированием платины при 1000 °C под давлением. Фторирование платины при нормальным давлении и температуре 350-400 °C даёт фторид Pt(IV): Pt + 2F2 = PtF4 Фториды платины гигроскопичны и разлагаются водой. Тетрахлорид платины (IV) с водой образует гидраты PtCl4 nH2O, где n = 1, 4, 5 и 7. Растворением PtCl4 в соляной кислоте получают платинохлористоводородные кислоты H и H2. Синтезированы такие галогениды платины как PtBr4, PtCl2, PtCl2 2PtCl3, PtBr2 и PtI2. Для платины характерно образование комплексных соединений состава 2- и 2-. Изучая комплексы платины, А. Вернер сформулировал теорию комплексных соединений и объяснил природу возникновения изомеров в комплексных соединениях.
Платина является одним из самых инертных металлов. Она нерастворима в кислотах и щелочах, за исключением царской водки. Платина также непосредственно реагирует с бромом, растворяясь в нём.
При нагревании платина становится более реакционноспособной. Она реагирует с пероксидами, а при контакте с кислородом воздуха - с щелочами. Тонкая платиновая проволока горит во фторе с выделением большого количества тепла. Реакции с другими неметаллами (хлором, серой, фосфором) происходят менее охотно. При более сильном нагревании платина реагирует с углеродом и кремнием, образуя твёрдые растворы, аналогично металлам группы железа.
В своих соединениях платина проявляет почти все степени окисления от 0 до +6, из которых наиболее устойчивы +2 и +4. Для платины характерно образование многочисленных комплексных соединений, которых известно много сотен.
Главную подгруппу I группы Периодической системы составляют литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr.
Атомы этих элементов имеют на внешнем энергетическом уровне один s-электрон: ns1 . Вступая в химические взаимодействия, атомы легко отдают электрон внешнего энергетического уровня, проявляя в соединениях постоянную степень окисления +1.
Элементы этой подгруппы относятся к металлам. Их общее название – щелочные металлы.
В природе наиболее распространены натрий и калий. Массовая доля натрия в земной коре 2,64%, калия – 2,60%. Щелочные металлы в природе в свободном состоянии в природе не встречаются. Основными природными соединениями Na являются минералы галит, или каменная соль, NaCl, и мирабилит, или глауберова соль (Na2SO4 · 10H2O). К важнейшим соединениям калия относится сильвин (KCl), карналлит (KCl · MgCl2 · 6H2O), сильвинит
Франций - радиоактивный элемент. Следы этого элемента обнаружены в продуктах распада природного урана. Из-за малого времени жизни изотопов Fr его трудно получать в больших количествах, поэтому свойства металлического Франция и его соединений изучены еще недостаточно.
Свойства: Щелочные металлы серебристо-белые вещества с малой плотностью. Литий из них – самый легкий. Это мягкие металлы, по мягкости Na, K, Rb, Cs подобны воску. Щелочные металлы легкоплавкие. Температура плавления цезия 28,5°С, наибольшая температура плавления у лития (180,5°С). Обладают хорошей электрической проводимостью.
Щелочные металлы обладают высокой химической активностью, их активность увеличивается в ряду Li-Na-K-Rb-Cs-Fr. В реакциях являются сильными восстановителями.
1. Взаимодействие с простыми веществами.
Щелочные металлы взаимодействуют с кислородом. Все они легко окисляются кислородом воздуха, а рубидий и цезий даже самовоспламеняются.
4Li + O2® 2Li2O(оксид лития)
2Na + O2® Na2O2 (пероксид натрия)
K + O2® KO2 (надпероксид калия)
Щелочные металлы самовоспламеняются во фторе, хлоре, парах брома, образуя галогениды:
2Na+Br2®2NaBr (галогенид)
При нагревание взаимодействуют со многими неметаллами:
2Na + S ® Na2S (сульфиды)
6Li + N2® 2Li3N (нитриды)
2Li + 2C ® 2Li2C2 (карбиды)
2. Взаимодействие с водой. Все щелочные металлы реагируют с водой, восстанавливая ее до водорода. Активность взаимодействия металлов с водой увеличивается от лития к цезию.
2Na + 2H2O ® 2NaOH + H2
2Li + 2H2O ® 2LiOH + H2
3. Взаимодействуют с кислотами. Щелочные металлы взаимодействуют с хлороводородной и разбавленной серной кислотами с выделением водорода:
2Na + 2HCl ® 2NaCl +H2
Концентрированную серную кислоту восстанавливают главным образом до сероводорода:
8Na + 5H2SO4® 4Na2SO4+ H2S + 4H2O
При этом возможно параллельное протекание реакции восстановления серной кислоты до оксида серы (IV) и элементарной серы.
При реакции щелочного металла с разбавленной азотной кислотой преимущественно получается аммиак или нитрат аммония, а с концентрированной – азот или оксид азота (I):
8Na +10HNO3(разб.)® 8NaNO3+ NH4NO3+ 3 H2O
8K +10HNO3(конц.)® 8KNO3+ NO2+ 5H2O
Однако, как правило, одновременно образуется несколько продуктов.
4. Взаимодействие с оксидами металлов и солями. Щелочные металлы вследствие высокой химической активности могут восстанавливать многие металлы из их оксидов и солей:
BeO +2Na ®Be + Na2O
CaCl2+ 2Na® Ca + 2NaCl
Получение:
Металлический натрий в промышленности получают электролизом расплава хлорида натрия с инертными электродами. В расплаве хлорид натрия диссоциирует на ионы:
NaCl↔ Na+ + Cl-
При электролизе на катоде восстанавливается катион Na+ , на аноде окисляется анион Cl-:
катод: 2 Na++2е ® 2Na
анод: 2 Cl--2е ® Сl2
2Na++ 2Cl-® 2Na + Cl2 или 2NaCl®2Na + Cl
Таким образом при электролизе образуются натрий и хлор. Иногда натрий получают электролизом расплава гидроксида натрия.
Другим способом получения натрия является восстановление соды углем при высоких температурах:
Na2CO3+ 2C®2Na + 3CO
Калий получают замещение его натрием из расплава хлорида калия или гидроксида калия:
KCl + Na ® K + NaCl
Калий может быть получен также электролизом расплавов его соединений (KCl; KOH).
Металлический литий получают электролизом расплава хлорида лития или восстановлением оксида лития алюминием.
Рубидий и цезий получают, восстанавливая металлами их галогениды в вакууме:
2RbCl + Ca = 2Rb + CaCl2 ; 2CsCl + Mg = 2Cs + CaCl2
Оксиды щелочных металлов (R2O):
Оксиды лития и натрия – белые вещества, оксид калия имеет светло-желтую окраску, рубидия – желтую, цезия – оранжевую. Все оксиды – реакционноспособные соединения, обладают ярко выраженными основными свойствами, причем в ряду от оксида лития к оксиду цезия основные свойства усиливаются.
Окислением металла получается только оксид лития:
4Li + O2® 2Li2O
Остальные оксиды получают косвенным путем. Так, оксид натрия получают восстановлением соединения натрия металлическим натрием:
Na2O2+ 2Na ® 2Na2O
2NaOH + 2Na ® 2Na2O + H2
Оксиды щелочных металлов легко взаимодействуют с водой, образуя гидроксиды, например:
Li2O + H2O ® 2LiOH
С кислотными оксидами и кислотами они реагируют, образуя соли:
Na2O + SO3 ® Na2SO4
K2O + 2HNO3 ® 2KNO3+ H2O
Гидроксиды щелочных металлов (ROH):
Представляют собой белые кристаллические вещества. Все гидроксиды щелочных металлов являются сильными основаниями, растворимыми в воде. Общее название – щелочи.
Гидроксиды образуются при взаимодействии щелочных металлов или их оксидов с водой:
2Li + 2H2O ® 2LiOH + H2
Li2O + H2O ® 2LiOH
Гидроксиды натрия и калия, имеющие большое практическое значение, в промышленности получают электролизом хлоридов:
2NaCl + 2H2O ® 2NaOH + H2 + Cl2
катод: 2H++ 2ē ® H02
анод: 2Cl-– 2ē ® Cl02
Гидроксиды щелочных металлов проявляют все характерные свойства оснований: они взаимодействуют с кислотами и амфотерными оксидами, амфотерными гидроксидами, кислотами, солями. В водных растворах щелочей растворяются некоторые металлы, образующие амфотерные гидроксиды, например:
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2
C Si Ge Sn Pb
Общая характеристика
Электронная конфигурация ns 2 np 2
Характерные степени окисления: -4; 0; +2; +4.
Максимальная валентность этих элементов, как по отдаче, так и по присоединению электронов, равна четырем. В связи с увеличением объема атомов при переходе от углерода к свинцу процесс принятия электронов ослабевает, а лёгкость их потери возрастает, поэтому металлические свойства атомов возрастают сверху вниз.
Углерод
Нахождение в природе, применение, физические свойства. Формы нахождения углерода в природе многообразны. Кроме тканей живых организмов и продуктов их разрушения (каменный уголь, нефть и т. д.), он входит в состав многих минералов, имеющих большей частью общую формулу МСО 3 , где М – двухвалентный металл. Наиболее распространенным из таких минералов является кальцит (CaCO 3), образующий иногда громадные скопления на отдельных участках земной поверхности. В атмосфере углерод содержится в виде углекислого газа , который в растворенном состоянии находится также во всех природных водах.
В форме древесного угля углерод был известен человечеству с незапамятных времен. Современное название он получил в 1787 г. Природный углерод слагается из двух изотопов - 12 С (98,892%) и 13 С(1,108%). Масса изотопа углерода-12 принята за единицу атомных и молекулярных масс. В различных природных объектах соотношение обоих изотопов может незначительно изменяться.
Свободный углерод встречается в природе в виде двух простых веществ - алмаза и графита (наиболее устойчивая форма углерода при обычных условиях). К ним можно отнести и так называемый “аморфный” углерод, простейшим представителем которого является древесный уголь. Алмаз имеет плотность 3,5 г/см 3 и является самым твёрдым из всех минералов. Наиболее чистые алмазы бесцветны и прозрачны. Графит представляет собой серую, имеющую металлический блеск и жирную на ощупь массу с плотностью 2,2 г/см 3 . Он очень мягок - легко царапается ногтем и при трении оставляет серые полосы на бумаге. “Аморфный” углерод по свойствам довольно близок к графиту.
Образование природных алмазов происходило путем кристаллизации углерода в глубинных слоях Земли (200-300 км от поверхности) при температурах порядка 3000°С и давлениях порядка 200 тыс. атм. Их коренные месторождения связаны с весьма редким выходом на поверхность особой горной породы - кимберлита, а рассыпные изредка встречаются в наносных пластах. Промышленные разработки содержат в среднем только 0,5 г алмаза на тонну породы. Богатые месторождения были открыты в Якутии (1955 г). Структуру алмаза можно представить в виде тетраэдров с атомом углерода в центре, которые повторяются в бесконечности в трех измерениях (рис. 1). Алмаз имеет атомную кристаллическую решетку.
Рис. 1. Схема расположения атомов С в алмазе. Рис. 2. Обычная огранка бриллианта.
Несмотря на свою твердость, алмаз хрупок и легко раскалывается от удара. Он хорошо проводит тепло, но практически не проводит электрический ток. Не все алмазы бесцветны, некоторые из них имеют окраску, от лишь слегка наметившейся до интенсивной. По отношению к рентгеновским лучам алмаз прозрачен (в отличие от подделок), а для ультрафиолетовых одни кристаллы прозрачны, другие нет.
Алмаз отличается большой инертностью: на него не действуют ни кислоты, ни щелочи. На воздухе алмаз горит при температуре около 900 °С, а в кислороде - около 700 °С. После сгорания остаётся немного золы (0,02 вес. % и более), что свидетельствует о наличии в природных алмазах примесей (главным образом алюминия, кремния, кальция и магния). При нагревании выше 1200 °С в отсутствие воздуха начинается графитизация алмаза.
Наиболее красивые алмазы шлифуют и под названием бриллиантов (рис. 2) употребляют в качестве украшений. Для их расценки служит применяемая к драгоценным камням единица массы - карат (0,2 г). Самый крупный добытый алмаз (“Куллинан”) весил 3026 каратов, т.е. более 600 г.
Исключительная твердость алмаза обусловливает его ценность для техники. Промышленность использует все те камни (громадное большинство), в которых имеется какой-либо изъян (некрасивая окраска, трещины и т. д.), делающий их непригодными в качестве украшений.
Существует предположение, что исходным материалом для природного синтеза алмазов служил углерод, возникавший в результате восстановления (при высоких температурах и под большим давлением) карбонатных пород двухвалентным железом по примерной суммарной схеме:
СаСО 3 + 5 FeO → Ca(FeO 2) 2 + Fe 3 O 4 + C.
Fe +2 Fe +3 (Fe +3 O 4)
Необходимое для кристаллизации углерода в форме алмаза очень высокое давление создавалось за счет его случайных местных повышений.
Попытки искусственного получения алмазов предпринимались многократно, но впервые увенчались успехом лишь в 1953 г. Перевод графита в алмаз может быть осуществлен только при очень высоких давлениях, при высоких температурах и наличии катализаторов, из которых наиболее подходящими оказались некоторые элементы триад. Зародышевые кристаллы алмаза возникают на поверхности раздела между графитом и расплавленным металлом-катализатором. Они остаются покрытыми пленкой жидкого углеродсодержащего металла, сквозь который углерод затем и диффундирует от графита к алмазу по мере его роста. Современная техника позволяет получить в одной камере за несколько минут 20 г алмазов.
Интересен также другой метод синтеза - действием на графит (в смеси с катализатором) ударной волны, создаваемой взрывом . Мгновенность этого действия компенсируется возникновением в момент взрыва чрезвычайно высоких давления и температуры. Так при одном из опытов с ударной волной под давлением в 300 тыс. атм. почти весь взятый графит превратился в очень мелкие алмазные кристаллики (размером до 40 мк).
Искусственные алмазы представляют собой мелкие кристаллы, преимущественная форма которых обычно меняется от кубической (при сравнительно низких температурах синтеза) к октаэдрической (при высоких). Цвет их тоже различен: от черного при низких температурах до зеленого, желтого и белого - при высоких. Например, в одном из опытов под давлением 200 тыс. атм. мгновенным (в течение тысячных долей секунды) нагреванием графита электрическим разрядом до 5000°С были получены бесцветные алмазы чистой воды. Цвет искусственных алмазов существенно зависит от природы включаемых в кристаллы примесей (а тем самым и от состава исходной графитовой смеси). Например, примесь никеля придаёт зеленоватые тона, а одновременно никеля и бора - синие.
Крупным потребителем графита является керамическая промышленность, изготовляющая из смеси графита с глиной тигли для переплавки металлов (графитовые тигли). Из прессованного графита делают газовые рули ракет . В металлургии он используется для обсыпки форм при литье. Из-за хорошей электропроводности графита из него изготовляют электроды для электротехнических и электрометаллургических процессов . Значительное количество графита идет для изготовления минеральных красок и (в смеси с глиной) карандашей. Интересным применением графита является использование его порошка (отдельно или вместе с машинным маслом) в качестве смазочного материала для трущихся частей механизмов.
Менее известны два других аллотропа углерода - карбин и фуллерен .
Может существовать отличная и от графита, и от алмаза линейная форма элементарного углерода карбин .
Кроме того, были получены фуллерены С 70 , С 74 , С 84 и т. п., имеющие форму сфероида (рис. 2).
Рис. 2. Молекулы С 60 и С 70 .
Химические свойства. Углерод в свободном состоянии является типичным восстановителем. При окислении кислородом в избытке воздуха он превращается в оксид углерода (IV):
при недостатке - в оксид углерода (II):
Обе реакции сильно экзотермичны.
При нагревании углерода в атмосфере оксида углерода (IV) образуется угарный газ:
Углерод восстанавливает многие металлы из их оксидов:
Так протекают реакции с оксидами кадмия, меди, свинца. При взаимодействии углерода с оксидами щелочноземельных металлов, алюминия и некоторых других металлов образуются карбиды:
Объясняется это тем, что активные металлы - более сильные восстановители, чем углерод, поэтому при нагревании образующиеся металлы окисляются избытком углерода, давая карбиды:
Соединения с водородом. У глерод и элементы IV группы образуют гидриды общей формулой Э n H 2 n +2 . Для углерода n может принимать большие значения; кремния – n = 1÷6; германия – n = 1÷3; олова и свинца – n = 1.
СН 4 – карбид водорода (метан). Газ без цвета и запаха, химически инертен, не взаимодействует с кислотами и щелочами, легко загорается, в смеси с воздухом взрывоопасен «гремучая смесь».
Производные метана – метаниды: карбид бериллия и алюминия Be 2 C и Al 4 C 3 . Тугоплавкие вещества, разлагаются водой:
Al 4 C 3 + H 2 O → Al(OH) 3 + CH 4
Углерод образует большое число перкарбидов:
С 2 Н 6 этан; С 2 Н 4 этен; С 2 Н 2 этин.
Перкарбиды металлов s и d-элементов, I и II группы (А) и алюминий – называются ацетилениды.
AgNO 3 + C 2 H 2 → Ag 2 C 2 + HNO 3
ацетилид серебра
Al + C 2 H 2 → Al 2 (C 2) 3 + H 2
ацетилид алюминия
Ацетилид кальция (перкарбид) получают нагреванием оксида кальция с углём:
СаО + С t → СаС 2 + СО
(перкарбид), называют просто карбид кальция, он разлагается водой:
СаС 2 + H 2 O → Са(OH) 2 + C 2 H 2 - используют для получения ацетилена
1) типичным окислителям
2) переходным элементам
3) ѕ – элементам
1) газообразными веществами, без цвета и запаха
2) жидкостями при комнатной температуре
3) металлами
2) по два электрона на внешнем уровне
3) полностью заполненный внешний уровень
1) возможность терять два внешних электрона, образуя катион
со степенью окисления +2
со степенью окисления +1
3) возможность приобретать один электрон на внешний уровень, образуя
анион со степенью окисления -1
1) очень твёрдым
2) самым распространённым в земной коре
3) радиоактивным
1) самовоспламеняются на воздухе
2) хранятся в воде
3) хранятся в керосине
все эти металлы являются…
1) типичными изоляторами
2) сильными восстановителями
3) окислителями
1) пероксиды состава Ме2О2
2) оксиды состава Ме2О
t hv
1) К2О2 + 2К === 2К2О 3) 2КО2 + О3 === К2О + 3О2
t
2) КО2 + 3К === 2К2О
образуя…
1) гидроксиды
2) гидраты
3) гидриды
1) гидриды и кислород
2) щёлочи и водород
3) пероксиды и водород
1) КSО4
2) КНSО4
3) К2SО4
1) которые в ряду напряжения металлов стоят после Н
2) которые в ряду напряжения металлов стоят до Н
3) будут реагировать все
1) Аl и Nа
2) К и Nа
3) К и Мn
1) серебром и железом
2) хлоридом железа и серебром
3) нитратом меди (I I) и серебром
а) Nа + Н2 →
б) NаО2 + Н2О →
1. Все элементы главной подгруппы I группы периодической системы относятся к …
3) ѕ – элементам
2. Все ѕ – элементы, кроме водорода и гелия, являются…
3) металлами
3. Атомы щелочных элементов имеют …
1) по одному электрону на внешнем уровне
4. Атомы щелочных элементов имеют …
2) возможность терять единственный внешний электрон, образуя катион
со степенью окисления +1
5. Франций, завершающий I группу, является…
3) радиоактивным
6. Все ѕ – металлы очень активны и поэтому…
3) хранятся в керосине
7.Поскольку внешние электроны ѕ – металлов легко переходят к другим элементам, все эти металлы являются…
2) сильными восстановителями
8. Все щелочные металлы горят в атмосфере кислорода, образуя…
3) пероксиды Ме2О2 и оксиды Ме2О
9. Оксид калия может быть получен в результате реакции…
T
2) КО2 + 3К === 2К2О
10. Все ѕ – металлы соединяются с водородом уже при незначительном нагревании,
образуя…
3) гидриды
11. При взаимодействии щелочных металлов с водой образуютя…
2) щёлочи и водород
12. Сульфатом калия является вещество, имеющее формулу…
3) К2SО4
13. Металлы I группы главной подгруппы будут взаимодействовать с кислотами те, …
3) будут реагировать все
14. Пара металлов, обладающих наиболее сходными свойствами:
2) К и Nа
15. Реакция замещения возможна между…
4) нитратом серебра и железом
I I задание: Осуществите превращения, запишите соответствующие уравнения реакций.
Nа → Nа2О2 → NаО2 → Nа2СО3 → Nа Сl
Na2O2 + Na = Na2O
Na2O + CO2 = Na2CO3
Na2CO3 +2HCl = 2NaCl +H2O +CO2
I I I задание: закончите уравнения реакций
а)2Nа + Н2 → 2NaH
б) Nа2О + Н2О → 2NaOH
1. Все элементы главной подгруппы I группы периодической системы относятся к
3) ѕ – элементам
2. Все ѕ – элементы, кроме водорода и гелия, являются…
3) металлами
3. Атомы щелочных элементов имеют …
1) по одному электрону на внешнем уровне
4. Атомы щелочных элементов имеют …
2) возможность терять единственный внешний электрон, образуя катион
со степенью окисления +1
5. Франций, завершающий I группу, является…
3) радиоактивным
6. Все ѕ – металлы очень активны и поэтому…
Здесь нет правильного ответа: литий не воспламеняется на воздухе и может храниться не в керосине, но скорее всего оставьте, для остальных металлов справедливо
3) хранятся в керосине
7.Поскольку внешние электроны ѕ – металлов легко переходят к другим элементам,
все эти металлы являются…
2) сильными восстановителями
8. Все щелочные металлы горят в атмосфере кислорода, образуя…
3) пероксиды Ме2О2 и оксиды Ме2О, хотя тоже не для всех
9. Оксид калия может быть получен в результате реакции
2) КО2 + 3К === 2К2О
10. Все ѕ – металлы соединяются с водородом уже при незначительном нагревании, образуя…
3) гидриды
11. При взаимодействии щелочных металлов с водой образуютя…
2) щёлочи и водород
12. Сульфатом калия является вещество, имеющее формулу…
3) К2SО4
13. Металлы I группы главной подгруппы будут взаимодействовать с кислотами те, …
3) будут реагировать все
14. Пара металлов, обладающих наиболее сходными свойствами:
2) К и Nа
15. Реакция замещения возможна между…
4) нитратом серебра и железом
I I задание: Осуществите превращения, запишите соответствующие уравнения реакций.
Nа → Nа2О2 → NаО2 → Nа2СО3 → Nа Сl
2Nа+О2=Nа2О2
Nа2О2+2Nа=2Nа2О
Nа2О+СО2=Nа2СО3
Nа2СО3+2НСl=2NаСl+СО2+Н2О
I I I задание: закончите уравнения реакций
а) 2Nа + Н2 →2NаН
б) 2NаО2 + Н2О →NaOH + NaHO2 + O2