Всички химични свойства. Химични, физични свойства на веществата

Група IIA съдържа само метали – Be (берилий), Mg (магнезий), Ca (калций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий). Химичните свойства на първия представител на тази група, берилият, се различават най-силно от химичните свойства на другите елементи от тази група. Химичните му свойства в много отношения са дори по-сходни с алуминия, отколкото с други метали от група IIA (така нареченото „диагонално сходство“). Магнезият по своите химични свойства също се различава значително от Ca, Sr, Ba и Ra, но все пак има много по-сходни химични свойства с тях, отколкото с берилия. Поради значителното сходство в химичните свойства на калций, стронций, барий и радий, те се обединяват в едно семейство, т.нар. алкалоземни метали.

Всички елементи от група IIA принадлежат към с-елементи, т.е. съдържат всичките си валентни електрони с-подниво По този начин електронната конфигурация на външния електронен слой на всички химични елементи от тази група има формата ns 2 , Където н– номер на периода, в който се намира елементът.

Поради особеностите на електронната структура на металите от група IIA, тези елементи, освен нула, могат да имат само едно единствено състояние на окисление, равно на +2. Простите вещества, образувани от елементи от група IIA, когато участват във всякакви химични реакции, са способни само на окисление, т.е. даряват електрони:

Аз 0 – 2e — → Аз +2

Калцият, стронций, барий и радий имат изключително висока химическа реактивност. Образуваните от тях прости вещества са много силни редуциращи агенти. Магнезият също е силен редуциращ агент. Редукционната активност на металите се подчинява на общите закони на периодичния закон на D.I. Менделеев и се увеличава надолу по подгрупата.

Взаимодействие с прости вещества

с кислород

Без нагряване берилият и магнезият не реагират нито с атмосферния кислород, нито с чистия кислород поради факта, че са покрити с тънки защитни филми, състоящи се съответно от BeO и MgO оксиди. Съхранението им не изисква специални методи за защита от въздух и влага, за разлика от алкалоземните метали, които се съхраняват под слой инертна към тях течност, най-често керосин.

Be, Mg, Ca, Sr, когато се изгарят в кислород, образуват оксиди от състава MeO, а Ba - смес от бариев оксид (BaO) и бариев пероксид (BaO 2):

2Mg + O2 = 2MgO

2Ca + O2 = 2CaO

2Ba + O 2 = 2BaO

Ba + O 2 = BaO 2

Трябва да се отбележи, че при изгаряне на алкалоземни метали и магнезий във въздуха възниква и странична реакция на тези метали с азот от въздуха, в резултат на което в допълнение към съединенията на металите с кислорода се образуват нитриди с обща формула Me 3 N образуват се и 2 бр.

с халогени

Берилият реагира с халогени само при високи температури, а останалите метали от група IIA - вече при стайна температура:

Mg + I 2 = MgI 2 – Магнезиев йодид

Ca + Br 2 = CaBr 2 – калциев бромид

Ba + Cl 2 = BaCl 2 – бариев хлорид

с неметали от IV–VI групи

Всички метали от група IIA реагират при нагряване с всички неметали от групи IV-VI, но в зависимост от позицията на метала в групата, както и от активността на неметалите, е необходима различна степен на нагряване. Тъй като берилият е най-химически инертен сред всички метали от група IIA, при извършване на неговите реакции с неметали е необходимо значително използване. Опо-висока температура.

Трябва да се отбележи, че реакцията на метали с въглерод може да образува карбиди от различно естество. Има карбиди, които принадлежат към метанидите и обикновено се считат за производни на метана, в които всички водородни атоми са заменени с метал. Те, подобно на метана, съдържат въглерод в степен на окисление -4 и когато се хидролизират или взаимодействат с неокисляващи киселини, един от продуктите е метан. Съществува и друг вид карбиди - ацетилениди, които съдържат C 2 2- йон, който всъщност е фрагмент от ацетиленовата молекула. Карбиди като ацетилениди, при хидролиза или взаимодействие с неокисляващи киселини, образуват ацетилен като един от реакционните продукти. Типът карбид - метанид или ацетиленид - получен, когато даден метал реагира с въглерод, зависи от размера на металния катион. Металните йони с малък радиус обикновено образуват метаниди, а по-големите йони образуват ацетилениди. В случай на метали от втората група, метанидът се получава чрез взаимодействие на берилий с въглерод:

Останалите метали от група II A образуват ацетилениди с въглерод:

Със силиция металите от група IIA образуват силициди - съединения от типа Me 2 Si, с азот - нитриди (Me 3 N 2), с фосфор - фосфиди (Me 3 P 2):

с водород

Всички алкалоземни метали реагират с водород при нагряване. За да може магнезият да реагира с водорода, само нагряване, както при алкалоземните метали, не е достатъчно, освен висока температура е необходимо и повишено налягане на водорода. Берилият не реагира с водород при никакви условия.

Взаимодействие със сложни вещества

с вода

Всички алкалоземни метали реагират активно с вода, за да образуват алкали (разтворими метални хидроксиди) и водород. Магнезият реагира с вода само при кипене поради факта, че при нагряване защитният оксиден филм MgO се разтваря във вода. В случай на берилий, защитният оксиден филм е много устойчив: водата не реагира с него нито при кипене, нито дори при червени температури:

с неокисляващи киселини

Всички метали от основната подгрупа на група II реагират с неокисляващи киселини, тъй като те са в серията на активност вляво от водорода. В този случай се образува сол на съответната киселина и водород. Примери за реакции:

Be + H 2 SO 4 (разреден) = BeSO 4 + H 2

Mg + 2HBr = MgBr 2 + H 2

Ca + 2CH 3 COOH = (CH 3 COO) 2 Ca + H 2

с окислителни киселини

− разредена азотна киселина

Всички метали от група IIA реагират с разредена азотна киселина. В този случай продуктите на редукция, вместо водород (както в случая на неокисляващи киселини), са азотни оксиди, главно азотен оксид (I) (N 2 O), а в случай на силно разредена азотна киселина, амониев нитрат (NH 4 NO 3):

4Ca + 10HNO3 ( разб .) = 4Ca(NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

4Mg + 10HNO3 (много размазано)= 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

− концентрирана азотна киселина

Концентрирана азотна киселина при обикновена (или ниска) температура пасивира берилий, т.е. не реагира с него. При кипене реакцията е възможна и протича предимно в съответствие с уравнението:

Магнезият и алкалоземните метали реагират с концентрирана азотна киселина, за да образуват широка гама от различни продукти за намаляване на азота.

− концентрирана сярна киселина

Берилият се пасивира с концентрирана сярна киселина, т.е. не реагира с него при нормални условия, но реакцията протича при кипене и води до образуването на берилиев сулфат, серен диоксид и вода:

Be + 2H 2 SO 4 → BeSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Барият също се пасивира от концентрирана сярна киселина поради образуването на неразтворим бариев сулфат, но реагира с него при нагряване; бариевият сулфат се разтваря при нагряване в концентрирана сярна киселина поради превръщането му в бариев хидроген сулфат.

Останалите метали от основна група IIA реагират с концентрирана сярна киселина при всякакви условия, включително на студено. Редукцията на сярата може да настъпи до SO 2, H 2 S и S в зависимост от активността на метала, реакционната температура и концентрацията на киселина:

Mg + H2SO4 ( конц. .) = MgSO 4 + SO 2 + H 2 O

3Mg + 4H 2 SO 4 ( конц. .) = 3MgSO 4 + S↓ + 4H 2 O

4Ca + 5H 2 SO 4 ( конц. .) = 4CaSO 4 +H 2 S + 4H 2 O

с алкали

Магнезият и алкалоземните метали не взаимодействат с алкали, а берилият лесно реагира както с алкални разтвори, така и с безводни алкали по време на синтез. Освен това, когато реакцията се извършва във воден разтвор, водата също участва в реакцията и продуктите са тетрахидроксоберилати на алкални или алкалоземни метали и водороден газ:

Be + 2KOH + 2H 2 O = H 2 + K 2 - калиев тетрахидроксобериллат

При провеждане на реакция с твърда основа по време на синтез се образуват берилати на алкални или алкалоземни метали и водород

Be + 2KOH = H 2 + K 2 BeO 2 - калиев берилат

с оксиди

Алкалоземните метали, както и магнезият, могат да редуцират по-малко активните метали и някои неметали от техните оксиди при нагряване, например:

Методът за редуциране на металите от техните оксиди с магнезий се нарича магнезий.

Ако в периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев начертаем диагонал от берилий до астат, тогава в долния ляв ъгъл по диагонала ще има метални елементи (те също включват елементи от странични подгрупи, подчертани в синьо), а в горния десен ъгъл - неметални елементи (маркирани в жълто). Елементите, разположени близо до диагонала - полуметали или металоиди (B, Si, Ge, Sb и др.) имат двоен характер (маркирани в розово).

Както се вижда от фигурата, по-голямата част от елементите са метали.

По своята химическа природа металите са химични елементи, чиито атоми отдават електрони от външни или пред-външни енергийни нива, образувайки положително заредени йони.

Почти всички метали имат относително големи радиуси и малък брой електрони (от 1 до 3) на външно енергийно ниво. Металите се характеризират с ниски стойности на електроотрицателност и редуциращи свойства.

Най-типичните метали са разположени в началото на периодите (започвайки от втория), след което отляво надясно металните свойства отслабват. В групата отгоре надолу металните свойства се увеличават с увеличаване на радиуса на атомите (поради увеличаване на броя на енергийните нива). Това води до намаляване на електроотрицателността (способността да се привличат електрони) на елементите и увеличаване на редукционните свойства (способността да се даряват електрони на други атоми в химични реакции).

Типичнометалите са s-елементи (елементи от IA група от Li до Fr. елементи от PA група от Mg до Ra). Общата електронна формула на техните атоми е ns 1-2. Те се характеризират със степен на окисление съответно + I и + II.

Малкият брой електрони (1-2) във външното енергийно ниво на типичните метални атоми означава, че тези електрони лесно се губят и проявяват силни редуциращи свойства, както се отразява от ниските стойности на електроотрицателността. Това предполага ограничените химични свойства и методи за получаване на типични метали.

Характерна особеност на типичните метали е склонността на техните атоми да образуват катиони и йонни химични връзки с неметални атоми. Съединенията на типични метали с неметали са йонни кристали на "металанион на неметала", например K + Br -, Ca 2+ O 2-. Катионите на типичните метали също са включени в съединения със сложни аниони - хидроксиди и соли, например Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-.

Металите от А-групата, които образуват амфотерния диагонал в периодичната таблица Be-Al-Ge-Sb-Po, както и металите в съседство с тях (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) не проявяват типични метални Имоти. Обща електронна формула на техните атоми ns 2 н.п. 0-4 включва по-голямо разнообразие от степени на окисление, по-голяма способност да задържат собствените си електрони, постепенно намаляване на тяхната редуцираща способност и появата на окислителна способност, особено при високи степени на окисление (типични примери са съединения Tl III, Pb IV, Bi v) . Подобно химическо поведение е характерно за повечето (d-елементи, т.е. елементи от B-групите на периодичната таблица (типични примери са амфотерните елементи Cr и Zn).

Тази проява на двойствени (амфотерни) свойства, както метални (основни), така и неметални, се дължи на природата на химичната връзка. В твърдо състояние съединенията на нетипични метали с неметали съдържат предимно ковалентни връзки (но по-малко силни от връзките между неметали). В разтвор тези връзки лесно се разкъсват и съединенията се дисоциират на йони (изцяло или частично). Например, металният галий се състои от молекули Ga 2; в твърдо състояние хлоридите на алуминия и живака (II) AlCl 3 и HgCl 2 съдържат силно ковалентни връзки, но в разтвора AlCl 3 се дисоциира почти напълно, а HgCl 2 - до в много малка степен (и след това в HgCl + и Cl - йони).

Общи физични свойства на металите

Поради наличието на свободни електрони („електронен газ“) в кристалната решетка, всички метали проявяват следните характерни общи свойства:

1) Пластмаса- възможност за лесна промяна на формата, разтягане на тел и навиване на тънки листове.

2) Метален блясъки непрозрачност. Това се дължи на взаимодействието на свободните електрони със светлината, падаща върху метала.

3) Електропроводимост. Обяснява се с насоченото движение на свободните електрони от отрицателния полюс към положителния под въздействието на малка потенциална разлика. При нагряване електрическата проводимост намалява, т.к С повишаване на температурата се засилват вибрациите на атомите и йоните във възлите на кристалната решетка, което усложнява насоченото движение на „електронния газ“.

4) Топлопроводимост.Причинява се от високата подвижност на свободните електрони, поради което температурата бързо се изравнява по масата на метала. Най-висока топлопроводимост има бисмутът и живакът.

5) твърдост.Най-твърдият е хром (реже стъкло); най-меките алкални метали - калий, натрий, рубидий и цезий - се нарязват с нож.

6) Плътност.Колкото по-малка е атомната маса на метала и колкото по-голям е радиусът на атома, толкова по-малък е той. Най-лек е литият (ρ=0,53 g/cm3); най-тежък е осмият (ρ=22,6 g/cm3). Метали с плътност под 5 g/cm3 се считат за „леки метали”.

7) Точки на топене и кипене.Най-топимият метал е живакът (т.т. = -39°C), най-огнеупорният метал е волфрамът (т.т. = 3390°C). Метали с температура на топене над 1000°C се считат за огнеупорни, по-ниски – за нискотопими.

Общи химични свойства на металите

Силни редуциращи агенти: Me 0 – nē → Me n +

Редица напрежения характеризират сравнителната активност на металите в редокс реакции във водни разтвори.

I. Реакции на метали с неметали

1) С кислород:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Със сяра:
Hg + S → HgS

3) С халогени:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) С азот:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) С фосфор:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) С водород (реагират само алкални и алкалоземни метали):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Реакции на метали с киселини

1) Металите в електрохимичните серии на напрежение до H редуцират неокисляващите киселини до водород:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) С окислителни киселини:

Когато азотната киселина с всякаква концентрация и концентрираната сярна киселина взаимодействат с метали Водородът никога не се отделя!

Zn + 2H 2 SO 4(K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2 SO 4 (k) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (k) + Cu → Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Взаимодействие на метали с вода

1) Активни (алкални и алкалоземни метали) образуват разтворима основа (алкали) и водород:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) Металите със средна активност се окисляват от вода при нагряване до оксид:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Неактивни (Au, Ag, Pt) - не реагират.

IV. Изместване на по-малко активни метали с по-активни метали от разтвори на техните соли:

Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

В индустрията те често използват не чисти метали, а смеси от тях - сплави, при което полезните свойства на един метал се допълват от полезните свойства на друг. По този начин медта има ниска твърдост и е неподходяща за производство на машинни части, докато сплавите от мед и цинк ( месинг) вече са доста твърди и се използват широко в машиностроенето. Алуминият има висока пластичност и достатъчна лекота (ниска плътност), но е твърде мек. Въз основа на него се приготвя сплав с магнезий, мед и манган - дуралуминий (дуралуминий), който, без да губи полезните свойства на алуминия, придобива висока твърдост и става подходящ за самолетостроене. Сплавите на желязо с въглерод (и добавки от други метали) са широко известни излято желязоИ стомана.

Свободните метали са реставратори.Някои метали обаче имат ниска реактивност поради факта, че са покрити повърхностен оксиден филм, в различна степен, устойчиви на химически реагенти като вода, разтвори на киселини и основи.

Например, оловото винаги е покрито с оксиден филм, преминаването му в разтвор изисква не само излагане на реагент (например разредена азотна киселина), но и нагряване. Оксидният филм върху алуминия предотвратява реакцията му с вода, но се разрушава от киселини и основи. Разхлабен оксиден филм (ръжда), образуван върху повърхността на желязото във влажен въздух, не пречи на по-нататъшното окисляване на желязото.

Под влиянието концентриранвърху металите се образуват киселини устойчивиоксиден филм. Това явление се нарича пасивиране. И така, в концентриран сярна киселинаметали като Be, Bi, Co, Fe, Mg и Nb се пасивират (и след това не реагират с киселина), а в концентрирана азотна киселина - метали A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th и U.

При взаимодействие с окислители в киселинни разтвори повечето метали се трансформират в катиони, чийто заряд се определя от стабилното състояние на окисление на даден елемент в съединения (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ и Fe 3 +)

Редукционната активност на металите в кисел разтвор се предава чрез поредица от напрежения. Повечето метали се прехвърлят в разтвор със солна и разредена сярна киселина, но Cu, Ag и Hg - само със сярна (концентрирана) и азотна киселина, а Pt и Au - с "регия водка".

Метална корозия

Нежелано химично свойство на металите е тяхното активно разрушаване (окисляване) при контакт с вода и под въздействието на разтворения в нея кислород (кислородна корозия).Например, широко известна е корозията на железни продукти във вода, в резултат на което се образува ръжда и продуктите се разпадат на прах.

Корозията на металите възниква и във водата поради наличието на разтворени газове CO 2 и SO 2; създава се кисела среда и катионите Н + се изместват от активни метали под формата на водород Н 2 ( водородна корозия).

Зоната на контакт между два различни метала може да бъде особено корозивна ( контактна корозия).Галванична двойка възниква между един метал, например Fe, и друг метал, например Sn или Cu, поставени във вода. Потокът от електрони преминава от по-активния метал, който е отляво в серията напрежения (Re), към по-малко активния метал (Sn, Cu), а по-активният метал се разрушава (корозира).

Поради това калайдисаната повърхност на кутиите (желязо, покрито с калай) ръждясва при съхранение във влажна атмосфера и небрежно боравене (желязото бързо се срутва дори след появата на малка драскотина, което позволява на желязото да влезе в контакт с влагата). Напротив, поцинкованата повърхност на желязната кофа не ръждясва дълго време, тъй като дори и да има драскотини, не желязото корозира, а цинкът (по-активен метал от желязото).

Устойчивостта на корозия за даден метал се увеличава, когато се покрие с по-активен метал или когато се стопят; По този начин, покриването на желязото с хром или производството на сплав от желязо и хром елиминира корозията на желязото. Хромирано желязо и стомана, съдържащи хром ( неръждаема стомана), имат висока устойчивост на корозия.

електрометалургия, т.е. получаване на метали чрез електролиза на стопилки (за най-активните метали) или солеви разтвори;

пирометалургия, т.е. възстановяване на метали от руди при високи температури (например производството на желязо в процеса на доменна пещ);

хидрометалургия, т.е. отделянето на метали от разтвори на техните соли от по-активни метали (например, производството на мед от разтвор на CuSO 4 чрез действието на цинк, желязо или алуминий).

Самородните метали понякога се срещат в природата (типични примери са Ag, Au, Pt, Hg), но по-често металите се срещат под формата на съединения ( метални руди). Металите са различни по изобилие в земната кора: от най-често срещаните - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) до най-редките - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

Химичните свойства на веществото зависят не само от това от какви химични елементи се състои, но и от структурата на молекулите на веществото (структурна изомерия) и от пространствената конфигурация на молекулите (конформация, стереоизомерия). По правило веществата с еднакъв състав и структура имат еднакви химични свойства, с изключение на реакциите с вещества с различна пространствена конфигурация. Това разграничение е особено важно в биохимията, например способността на протеина да реагира с други биологично активни вещества може да зависи от начина, по който се сгъва.

Примери за химични свойства

Вижте също

Бележки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е „химични свойства“ в други речници:

Химични свойства- - определят способността на материала да претърпява химични трансформации при контакт с вещества във външната среда (включително агресивни), да поддържа своя състав и структура в инертна среда, да химическо взаимодействие на компонентите... ...

Химични свойства- — EN химично свойство Свойства на вещество в зависимост от разположението на атомите в молекулата, напр. бионаличност, разградимост, устойчивост и др. (Източник: RRDA)… …

Химични свойства- – набор от електромагнитни взаимодействия между химичните елементи, водещи до образуването на равновесни стабилни системи (молекули, йони, радикали). Речник по аналитична химия... Химически термини

Химични свойства- cheminės savybės statusas T sritis automatika atitikmenys: англ. химични свойства vok. chemische Eigenschaften, ф рус. химични свойства, n pranc. proprietés chimiques, f … Automatikos terminų žodynas

Химичните свойства на алкохолите са химичните реакции на алкохолите при взаимодействие с други вещества. Те се определят основно от наличието на хидроксилна група и структурата на въглеводородната верига, както и взаимното им влияние: Колкото повече ... ... Wikipedia

Физикохимични характеристики- - характеризират влиянието на агрегатното състояние на материала върху хода на определени химични процеси (например степента на дисперсност на материала влияе върху кинетиката на химичните реакции). [Kosykh, A.V. Изкуствено и естествено строителство... ... Енциклопедия на термини, определения и обяснения на строителните материали

Физико-химични свойства на огнеупорните суровини- [огнеупорен] - съвкупността от химическия и/или зърнения състав на огнеупорните суровини [огнеупорни], неговите термомеханични и топлофизични свойства, които определят обхвата на приложение. [GOST R 52918 2008] Заглавие на термина: Заглавия на енциклопедия за суровини... Енциклопедия на термини, определения и обяснения на строителните материали

Значимостта на темата на статията е поставена под въпрос. Моля, покажете в статията значимостта на нейния предмет, като добавите доказателства за значимост според частни критерии за значимост или, в случай на частни критерии за значимост за... ... Wikipedia

физични и химични свойства- fizikinės ir cheminės savybės statusas T sritis automatika atitikmenys: англ. физикохимични свойства вок. физикален chemische Eigenschaften, ф рус. физични и химични свойства, n pranc. proprietés physico chimiques, f … Automatikos terminų žodynas

физикохимични характеристики- - [A.S. Goldberg. Англо-руски енергиен речник. 2006] Теми: енергия като цяло EN физикохимични свойства ... Ръководство за технически преводач

Книги

Физико-химични свойства на полупроводниковите вещества. Указател, . В справочника са систематизирани основните свойства на чистите неорганични кристални, както и на някои стъкловидни, елементарни, двойни, тройни и по-сложни вещества...

За последното 200 години човечествоизучава свойствата на веществата по-добре, отколкото в цялата история на развитието на химията. Естествено, броят на веществата също нараства бързо, това се дължи преди всичко на развитието на различни методи за получаване на вещества.

В ежедневието се сблъскваме с много вещества. Сред тях са вода, желязо, алуминий, пластмаса, сода, сол и много други. Вещества, които съществуват в природата, като кислород и азот, съдържащи се във въздуха, вещества, разтворени във вода и от естествен произход, се наричат естествени вещества. Алуминий, цинк, ацетон, вар, сапун, аспирин, полиетилен и много други вещества не съществуват в природата.

Те се получават в лаборатория и се произвеждат от индустрията. Изкуствените вещества не се срещат в природата; те са създадени от естествени вещества. Някои вещества, които съществуват в природата, могат да бъдат получени и в химическа лаборатория.

Така при нагряване на калиев перманганат се отделя кислород, а при нагряване на креда се отделя кислород. въглероден двуокис.Учените са се научили да превръщат графит в диамант, отглеждат кристали от рубин, сапфир и малахит. Така че, наред с веществата от естествен произход, има огромен брой изкуствено създадени вещества, които не се срещат в природата.

В различни предприятия се произвеждат вещества, които не се срещат в природата: фабрики, заводи, комбинати и др.

В контекста на изчерпването на природните ресурси на нашата планета, химиците сега са изправени пред важна задача: да разработят и внедрят методи, чрез които е възможно изкуствено, в лаборатория или промишлено производство, да се получат вещества, които са аналози на естествени вещества. Например запасите от изкопаеми горива в природата са на изчерпване.

Може да дойде време, когато петролът и природният газ ще свършат. Вече се разработват нови видове гориво, които биха били също толкова ефективни, но няма да замърсяват околната среда. Днес човечеството се е научило да получава изкуствено различни скъпоценни камъни, например диаманти, изумруди и берили.

Състояние на материята

Веществата могат да съществуват в няколко агрегатни състояния, три от които са ви известни: твърдо, течно, газообразно. Например водата в природата съществува във всичките три състояния на агрегиране: твърди (под формата на лед и сняг), течни (течна вода) и газообразни (водна пара).Има известни вещества, които не могат да съществуват при нормални условия и в трите агрегатни състояния. Например, такова вещество е въглеродният диоксид. При стайна температура е газ без мирис и цвят. При температура –79°Cтова вещество "замръзва" и преминава в твърдо агрегатно състояние. Всекидневното (тривиално) наименование на такова вещество е „сух лед“. Това име е дадено на това вещество поради факта, че „сухият лед“ се превръща във въглероден диоксид, без да се топи, тоест без да преминава в течно състояние на агрегиране, което присъства например във водата.

Така може да се направи важен извод.Едно вещество, когато преминава от едно агрегатно състояние в друго, не се трансформира в други вещества. Процесът на определена промяна, трансформация се нарича феномен.

Физични явления. Физични свойства на веществата.

Явленията, при които веществата променят агрегатното си състояние, но не се превръщат в други вещества, се наричат физични. Всяко отделно вещество има определени свойства. Свойствата на веществата могат да бъдат различни или подобни едно на друго. Всяко вещество е описано с помощта на набор от физични и химични свойства. Да вземем водата като пример. Водата замръзва и се превръща в лед при температура 0°C, а кипи и се превръща в пара при температура +100°C. Тези явления се считат за физически, тъй като водата не се е превърнала в други вещества, настъпва само промяна в агрегатното състояние. Тези точки на замръзване и кипене са физични свойства, специфични за водата.

Свойствата на веществата, които се определят чрез измервания или визуално при липса на трансформация на едни вещества в други, се наричат физически

Изпаряване на алкохол, подобно на изпаряване на вода– физични явления, веществата в този случай променят агрегатното си състояние. След експеримента можете да сте сигурни, че алкохолът се изпарява по-бързо от водата - това са физичните свойства на тези вещества.

Основните физични свойства на веществата включват следното: агрегатно състояние, цвят, мирис, разтворимост във вода, плътност, точка на кипене, точка на топене, топлопроводимост, електропроводимост. Физически свойства като цвят, мирис, вкус, кристална форма могат да бъдат определени визуално с помощта на сетивата, а плътността, електрическата проводимост, точките на топене и кипене се определят чрез измерване. Информация за физичните свойства на много вещества се събира в специализирана литература, например в справочници. Физичните свойства на веществото зависят от неговото агрегатно състояние. Например, плътността на леда, водата и водните пари е различна.

Газообразният кислород е безцветен, но течният кислород е син.Познаването на физичните свойства помага за „разпознаването“ на много вещества. Например, мед- Единственият метал, който е червен на цвят. Само готварската сол има солен вкус. йод- Почти черно твърдо вещество, което се превръща в лилава пара при нагряване. В повечето случаи, за да идентифицирате вещество, трябва да вземете предвид няколко от неговите свойства. Като пример, нека характеризираме физичните свойства на водата:

цвят – безцветен (в малки количества)
миризма - без миризма
агрегатно състояние - течност при нормални условия
плътност – 1 g/ml,
точка на кипене – +100°С
точка на топене – 0°C
топлопроводимост - ниска
електропроводимост - чистата вода не провежда електричество

Кристални и аморфни вещества

Когато се описват физичните свойства на твърдите вещества, е обичайно да се описва структурата на веществото. Ако разгледате проба от трапезна сол под лупа, ще забележите, че солта се състои от много малки кристали. В находищата на сол можете да намерите и много големи кристали. Кристалите са твърди тела във формата на правилни многостени.Кристалите могат да имат различни форми и размери. Кристалите на някои вещества, като трапезна сол сол – крехък и лесен за счупване. Има кристали, които са доста твърди. Например, диамантът се смята за един от най-твърдите минерали. Ако разгледате кристалите на трапезната сол под микроскоп, ще забележите, че всички те имат сходна структура. Ако разгледаме например стъклените частици, всички те ще имат различна структура - такива вещества се наричат аморфни. Аморфните вещества включват стъкло, нишесте, кехлибар и пчелен восък. Аморфните вещества са вещества, които нямат кристална структура

Химични явления. Химическа реакция.

Ако по време на физични явления веществата, като правило, променят само агрегатното си състояние, то по време на химични явления се случва превръщането на едни вещества в други вещества. Ето няколко прости примера:изгарянето на кибрит е придружено от овъгляване на дървесина и отделяне на газообразни вещества, т.е. настъпва необратима трансформация на дървесината в други вещества. Друг пример:С течение на времето бронзовите скулптури се покриват със зелено покритие. Факт е, че бронзът съдържа мед. Този метал бавно взаимодейства с кислород, въглероден диоксид и влага от въздуха, в резултат на което на повърхността на скулптурата се образуват нови зелени вещества Химични явления - явления на превръщане на едно вещество в другоПроцесът на взаимодействие на веществата с образуването на нови вещества се нарича химична реакция. Химическите реакции протичат навсякъде около нас. Химическите реакции протичат и в самите нас. В нашето тяло непрекъснато се случват трансформации на много вещества; веществата реагират помежду си, образувайки реакционни продукти. По този начин в химическата реакция винаги има реагиращи вещества и вещества, образувани в резултат на реакцията.

Химическа реакция– процес на взаимодействие на веществата, в резултат на което се образуват нови вещества с нови свойства
Реактиви- вещества, които влизат в химична реакция
Продукти- вещества, образувани в резултат на химична реакция

Химическата реакция се представя в общ вид чрез реакционна диаграма РЕАКТИВИ -> ПРОДУКТИ

реактиви– изходни материали, взети за провеждане на реакцията;
продукти– нови вещества, образувани в резултат на реакция.

Всички химични явления (реакции) са придружени от определени признаци, с помощта на които химичните явления могат да бъдат разграничени от физическите. Такива признаци включват промени в цвета на веществата, отделяне на газ, образуване на утайка, отделяне на топлина и излъчване на светлина.

Много химични реакции са придружени от освобождаване на енергия под формата на топлина и светлина. По правило такива явления са придружени от реакции на горене. При реакции на горене във въздуха веществата реагират с кислорода, съдържащ се във въздуха. Например металният магнезий пламва и гори във въздуха с ярък, ослепителен пламък. Ето защо магнезиевата светкавица се използва за създаване на снимки през първата половина на 20 век. В някои случаи е възможно да се освободи енергия под формата на светлина, но без да се отделя топлина.Един вид тихоокеански планктон е способен да излъчва ярка синя светлина, ясно видима на тъмно. Освобождаването на енергия под формата на светлина е резултат от химическа реакция, която протича в организмите на този вид планктон.

Резюме на статията:

Има две големи групи вещества: вещества от естествен и изкуствен произход.
При нормални условия веществата могат да съществуват в три агрегатни състояния
Свойствата на веществата, които се определят чрез измервания или визуално при липса на трансформация на едни вещества в други, се наричат физически
Кристалите са твърди тела във формата на правилни многостени.
Аморфните вещества са вещества, които нямат кристална структура
Химични явления - явления на превръщане на едно вещество в друго
Реагентите са вещества, които влизат в химична реакция.
Продуктите са вещества, образувани в резултат на химическа реакция
Химичните реакции могат да бъдат придружени от отделяне на газ, утайка, топлина, светлина; промяна в цвета на веществата
Горенето е сложен физикохимичен процес на превръщане на изходните вещества в продукти на горенето по време на химическа реакция, придружен от интензивно отделяне на топлина и светлина (пламък).

Господ даде на човека желязо, но дяволът му даде ръжда.

поговорка

Промени в свойствата в продължение на десетилетия.Тъй като d-елементите се характеризират с положителен st.ok., тогава под формата на прости вещества те проявяват редуциращи свойства, които във водни разтвори се характеризират със стойността на редокс потенциала E. 0 В десетилетия отляво надясно, неговата стойност, корелираща със стойността на I 1, нарастващ, но при преминаване към манган и подгрупата на цинка, въпреки рязкото увеличение на I 1, той намалява поради намаляване на стойността на I 2 и намаляване на енергията на кристалната решетка при преминаване към тези метали (от разположените вляво от тях в периодичната таблица).

В компактно състояние на об. дори M от първото десетилетие, имащи отрицателни стойности E (0 от Sc до Mn E 0< −0,90 B), с водой не реагируют вследствие образованияпасивиращоксидни филми по повърхността им. Въпреки това, при температури на червена топлина, по-малко активните метали (желязо, никел, аналози на ванадий и титан) изместват водорода от водата. Реактивността на М също се увеличава рязко, когато те се превърнат в глобасъстояние, например прахове от манган и хром взаимодействат с вода при r.b. (с образуването на MnO 2 и Cr 2 O 3).

Всички метали от първото десетилетие, за които E 0 измества водорода от разредени киселинни разтвори< 0, кроме ванадия. Наиболее активные М: цинк и марганец – растворяются даже в уксусной кислоте, а медь (в ряду напряжений стоит правее водорода) лишь в т.н. кислотах-окислителях. При указанных взаимодействиях только Sc и Тi образуют соединения в ст.ок. (+3), остальные – в (+2), хотя хром(II) и (гораздо медленнее) железо(II) на воздухе затем окисляются до (+3).

Обяснява се аномалната пасивност на ванадий (E 0 = −1,20 V) в разредени киселини специална плътностнеговият оксиден филм. Разтваря се само в HF или концентрирана HNO3, с която този метал реагира:

V + HNO 3 = HVO 3 + NO.

други активенМ в зависимост от разтворимосттехният оксиден филм в концентрирана азотна киселина или реагира с него, като редуцира азота до (-3) (това е подгрупата на цинк, манган и скандий), или се пасивира от него поради удебеляването на оксидния филм, като Cr 124.

Пасивирането може да се извърши и изкуствено. По този начин, третирането на хром (който е в диапазона на напрежение между цинк и желязо) с концентрирана азотна киселина повишава потенциала му от –0,56 V до +1,2 V, т.е. прави Cr почти толкова благороден, колкото Pt. (Хромът в неръждаемата стомана и други 125 сплави се деактивира особено лесно.) Концентрираните H 2 SO 4 и HNO 3 също пасивират желязото.

Кобалтът и никелът са подобни на Fe по химична активност поради близостта на атомните радиуси (следователно те се комбинират в семействожлеза). Въпреки това, ако желязото реагира с разреден HCl и H 2 SO 4 при околни условия, тогава Co и Ni реагират при нагряване. В допълнение, те се дезактивират от азотна киселина в по-малка степен от желязото, поради по-голямата разтворимост на техните оксиди в тази киселина.

Имайте предвид, че за елементите от второто и третото десетилетие характерът на промяната в стойността на E 0 остава приблизително същият като в първия.

Промени в свойствата в подгрупи.Стойността на I 1 в d-подгрупите е главно расте исилата се увеличававръзки в М решетката (сравнете т.т.). В резултат на това (за разлика от основните подгрупи и подгрупата Sc), стойността на E 0 става по-положителна и реактивността на металите намалява.

По този начин, в подгрупа IB, ако медта се разтваря в концентрирана сярна киселина при r.v., тогава среброто само при t> 160 0 C. Въпреки това, среброто, подобно на медта, при стаятемпературавзаимодейства с азотна киселина, а златото взаимодейства само с царска вода (както и със селенова киселина (виж по-горе) и с хлорна вода в присъствието на HCl).

В подгрупа IIB Zn е разтворим дори в оцетна киселина, Cd е разтворим в HCl, а Hg (E 0 > 0) само в HNO (3 с липса на киселина, окислението преминава до Hg, 2 2 + и с излишък - към Hg). 2 +

По същия начин в подгрупа VIIB - Mn реагира с CH COOH 3 и Tc и Re (техните стойности

E 0: 0,47 V и 0,37 V, съответно), при r.u. разтварят се само в окислителни киселини, например азотна киселина (продукти NO и HEO 4).

В подгрупа VIIIB всички метали от семейството на желязото взаимодействат с разредени киселини. И техните аналози, т.е. платиновите метали (E 0 > 0) се окисляват само в жилавусловия, а близостта на техните радиуси определя голям сходствов химическото поведение, но има също различия.

И така, най-активният от тях, паладият, е киселина, като среброто; а родият и иридият, за разлика от останалите, не се разтварят дори в "регия водка" 126. Те реагират с разтвор на натриев хлорид, наситен с хлор при нажежена температура поради образуването устойчивикомплекси Na 3 [ECl 6 ]. Въпреки това, под формата на черно, тези метали лесно реагират с гореща сярна киселина и дори със солна киселина в присъствието на кислород. Обърнете внимание, че при тези условия осмият, поради високия си афинитет към кислорода (?), се разтваря в компактна форма.

В IV, V и VI странични подгрупи в M на второто и третото десетилетие E 0< 0 , но за счет влиянияплътеноксиден филм на повърхността си, те реагират с киселини само при тежки условия. Така Zr и Hf са разтворими само в комплексообразуващи киселини: в гореща сярна киселина (продукт – H 2 [E(SO 4) ] 3) и във флуороводородна киселина (H 4 [EF 8 ]); молибденът взаимодейства само с окислителни киселини при нагряване, а волфрам, ниобий и тантал само със смес от HF и HNO (3 продукта съответно NO и H 2 WF 8 или H 2 EF 7).

Така че, независимо дали има налагане на кинетичен фактор (пасивиращ филм) или не, активността на d-металите спрямо киселините в подгрупите намалява. Изключение, както вече беше отбелязано, е подгрупа на скандия, при които няма влияние на f-компресията и естеството на промяната в стойностите на атомния радиус, I 1 и E 0 е същото като в основните подгрупи. В резултат на това лантанът (за разлика от скандия и итрия, които са разтворими при r.b. само в киселини) дори взаимодейства с вода:

La + H 2 O → La(OH) 3 + H 2 .

Съотношение на d-метали към алкали.Сребро 127 е най-устойчиво на алкали, а цинкът е най-малко устойчив: дори решениеалкали, редуциращи водорода на водата и образуващи комплекс 128 -. Останалите d-метали, ако са склонни да съществуват в анионна форма, реагират с основи (или сода) по време на синтез, Например:

Ti⎫ ⎧Na 2 TiO 3 ⎬ + NaOH→ H 2 + ⎨ .

⎭ ⎩Na 3 VO 4

При другите е необходимо да има окислител:

Cr + NaNO 3 + NaOH → Na 2 CrO 4 + NaNO 2,

O 2 + Na 2 CO 3 → Na 2 WO 4 + CO 2 .

Освен това W и Mo взаимодействат с алкали по-активно от Cr, т.к По време на реакцията тяхната повърхност е покрита с по-киселинен оксид (EO) 3, отколкото в случая на хром (Cr 2 O 3).

Взаимодействие на d-метали с прости вещества. Корозия.При стайни условия само флуорът окислява повечето d-метали, с изключение на благородните (но реакциите с Cu, Ni, Fe (както и с Pb, Al) са ограничени до образуването на защитни филми от флуориди). Освен това на об.у. златото взаимодейства с брома, а живакът взаимодейства с йода и сярата поради образуването на термодинамично много устойчивипродукти: AuBr, 3 HgI 2 и HgS (виж раздел „Халогени“).

Във въздуха, във фино диспергирано състояние, доста активни метали (Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) пирофори 2 (т.е. те светят, когато са изложени на въздух), но в компактна форма повечето M са стабилни поради пасивация. Особено плътенповърхностните филми се образуват от метали от подгрупата на ванадий и титан, поради което имат висока устойчивост на корозия (дори в морска вода).

Други метали не са толкова стабилни. Под въздействието на въздушни компоненти (кои?), Корозията на цинка и медта протича бавно (с образуването на E 2 (OH) 2 CO 3); Дори среброто потъмнява, покривайки се със сулфид (под комбинираното въздействие на O 2, H 2 O и H 2 S; каква е ролята на всеки от тях?).

Желязото корозира особено бързо. Вярно е, че в суха атмосфера неговото окисление става само преди образуването плътен FeO пасивиращ филм. Но в присъствието на влага продуктът, получен от реакцията:

Fe + H 2 O → FeO+ H 2,

окислен от кислород, активиран от H 2 O молекули, до Fe 2 O 3. В този случай водата, сорбирана от металната повърхност, частично разтваря продуктите на окисление в себе си, пречиобразуване плътеноксидна структура, в резултат на което възниква корозия на желязото дълбоко.

Добавянето на алкали намалява окислителния потенциал на кислорода и следователно процесът протича в по-малка степен. Забележи, че Многочистажелязото, което адсорбира добре водорода и така пасивира повърхността си, не се окислява.

За да се предпази от корозия, индустриалното желязо се боядисва или се подлага на калайдисване, поцинковане, хромиране, никелиране, азотиране (покритие Fe 4 N), циментиране (Fe C 3) и други методи на обработка. В частност, витрификацияобработката на металната повърхност с лазер повишава устойчивостта на корозия 12 пъти, но когато М се нагрее над 200 0 С, този ефект се губи. По-надежден, но скъп начин за борба с окисляването на желязото във въздуха е производството на неръждаема стомана (18% Cr и 9% Ni).

Корозията обаче е бавен процес и то доста бърз d-металите реагират само с неметали при нагряване, дори и най-активните М подгрупи на скандий (окисляване до (+3)). (Въпреки това, от Sc към La активността на взаимодействие се увеличава (?) и лантанът, например, се запалва в хлор при об.у.)

В случай на по-слабо реактивни (?) метали от титановата подгрупа е необходимо Повече ▼нагряване (над 150 0 С). В този случай Hf се трансформира в Hf + 4 и Ti и Zr могат да образуват продукти в непълноценен st.ok .: Ti 2 O 3, ZrCl 2 и др. Въпреки това, те са силни редуциращи агенти, особено в случая на Zr (?) - те се окисляват във въздуха или дисмутират:

ZrCl 2 → Zr+ ZrCl 4 .

С още по-малко активни метали от ванадиевата подгрупа реакциите протичат при t> 400 0 C и с образуването на продукти само в най-висока степен. (+5).

При преминаване към подгрупата на хром, реактивността М нарастващ(поради по-голямата летливост на оксидите), но намалява от Cr до W (?). Така хромът взаимодейства с всички Г2, молибденът не реагира с I2, а волфрамът не реагира с Br2. Освен това окисляването на хрома достига до (+3), а неговите аналози - до (+6). (Имайте предвид, че WF е 6-ият най-тежък газ на нулево ниво)

Подобни модели се наблюдават в други подгрупи d-метали. По този начин технеций и рений не взаимодействат с йод, а с други халогени - само при t> 400 0 C, образувайки EG 7. В същото време манганът се окислява при леко нагряване

дори сиво и до ст.ок. (+2).

Медта реагира с мокърхлор при r.p.c., сребро - с леко нагряване и злато - само при t> 200 0 C. При нагряване кислородът действа само върху медта (продукт CuO, при по-високи температури - Cu 2 O (?)), а среброто се окислява (за разлика от злато) от озон (до AgO).

Цинкът също гори в CO 2 , а живакът при атмосферни условия. Дори не е покрит с оксиден филм. При нагряване до 300 0 C, той образува смес от оксиди HgO и Hg 2 O, които при t> 400 0 C отделят O, превръщайки се в Hg, докато температурата на разлагане на кадмиевия оксид е 1813 0 C, а ZnO е 1950 0 С.

Най-химически стабилни платинови метали и злато, но при достатъчно нагряване те реагират с почти всички неметали (G 2, O 2, S, P, As), макар и с различна активност и селективност; а именно: в периоди отляво надясно устойчивостта към O 2 и F 2 се увеличава, а към Cl 2 и S намалява (в съответствие с електронната структура на атомите на елементите (?)).

Така че, ако флуорът реагира с платина само при t> 400 0 C, тогава хлорът реагира при 250 0 C (продукт PtCl 2). Или ако разгледаме взаимодействието с кислорода: осмият под формата на черно се окислява във въздуха при r.b. (до OsO 4), рутений - с леко нагряване, а останалите - при температура на червена топлина. Продукти: IrO 2, PdO, PtO 2, Rh 2 O 3.

(При по-силно нагряване тези оксиди се разлагат и ако реакцията:

PtO 2 → Pt+ O 2

настъпва при 500 0 C, след което разлагането:

RuO 2 → Ru+ O 2

възниква само когато t > 1300 0 C).

Подобно увеличение на устойчивостта на метала към кислород се наблюдава при преминаване от желязо към никел (виж таблица 14).

Таблица 14.Характеристики на взаимодействието на металите от семейството на желязото с кислорода

Образуване на твърди разтвори.Характеристика на d-металите е тяхната склонност поради голямото разнообразие от ст.ок. и валентни състояния за образуване на съединения нестехиометричнисъстав: интерметални съединения (AlNi и др.) или металиди (Fe S 3, VN, LaB, ZrC 6 и др.). И твърди разтвори, по-специално, решения изпълнениегазове Така металите от подгрупата на скандия и титана абсорбират водород при r.p.a. към състава: EH 2 и EH (3 при нагряване, разтворимостта на H 2 намалява).

Никелът и паладият имат специален афинитет към водорода (1 V Pd разтваря 1000 V H 2), които следователно са реакционни катализатори хидрогениране. И например платината сорбира предимно O2 (до 700 V) и следователно се използва като катализатор за процеси, включващи кислород: окисление NH 3 до NO, SO 2 до SO, 3 за допълнително изгаряне на отработените газове на автомобила (в този случай по-специално NO се превръща в N 2, а CO в CO 2) и др.

Механизмът на каталитичното действие на тези метали е, че както се предполага, газовете, разтварящи се в M атомизиран. По този начин водородът, освободен при нагряване на неговия разтвор в метал, е по-силен редуциращ агент от молекулярния.

Освен това, например, паладият, когато абсорбира H 2 до определена граница, запазва металните си свойства, но губи парамагнетизъм. Това означава, че поне някои от водородните атоми предават валентните си електрони на проводимата зона на метала.

Има също доказателства за частично образуване на хидридни йони, например, когато водородът се разтваря в желязото. Получени и т.н. неконвенционални хидриди, в които Н2 молекулите са координирани като цяло върху d-металния атом. (Те служат като модели за изучаване на междинни продукти, които възникват по време на катализа.)