Положення в ПС і будова атома.

1. Поширення в природі.
2. Добування. *
3. Фізичні властивості.
4. Хімічні властивості.**
5. Застосування.

План характер-ристики	Цинк	Галій	Олово	Свинець
Положення в ПС і будова атома	Розташовані в 4-тому періоді, ІІ-А групі. Характерний с.о. +2	Розташований в 4-тому періоді, ІІІ-A групі. Характерний с.о. +3	Розташоване в 5-тому періоді, ІV-A групі. Характерні с.о. +2, +4	Розташований в 6-тому періоді, ІV-A групі. Характерні с.о. +2, +4
Поширення в природі	У земній корі міститься 0,01%. Головні природні сполуки – мінерали галмей ZnCO3 і цинкова обманка ZnS.	Належить до рідкісних металів і в значних концентраціях у природі не зустрічаються	У земній корі мало поширений - 0,04%, але воно легко виплавляється з руд. Зустрічається у вигляді сполуки з оксисеном – олов’яного каменю SnO2	Невеликий вміст у земній корі – 0,0016%. Найважливіша руда – свинцевий блиск PbS
Добування	Спочатку руди збагачують, потім концентрат випалюють; при цьому сульфід цинку перетворюється в оксид. З випаленого концентрату цинк добувають, відновлюючи його коксом і відганяючи пару цинку, що при цьому утворюється. Другий метод відновлення цинку – електролітичне виділення його з сульфату, який добувають обробкою випалених концентратів сульфатною кислотою	З цинкових концентратів після виплавлення з них цинку	З руди	Спочатку випалюють руду, під час чого сульфід плюмбуму(ІІ) перетворюється в оксид: PbS + 3O2→2PbO + 2SO2 Добутий оксид плавлять у суміші з коксом, в результаті чого утворюється чорний свинець, який містить домішки багатьох металів. Далі його піддають очистці.
Фізичні властивості	Голубувато-сріблястий метал. При кімнатній температурі він досить крихкий, але при 100-150ºС його можна легко гнути і прокатувати в листи. При нагріванні вище 200С цинк стає дуже крихким.	Сріблясто-білий метал, м’який з низькою температурою плавлення.	Сріблясто-білий м’який метал. При згинанні палички олова чути характерний тріск, зумовлений тертям окремих кристалів між собою. Воно м’яке, тягуче, його можна легко прокатати в тонкі листи.	Голубувато-білий важкий метал, дуже м’який – його можна різати ножем.
Хімічні властивості	На повітрі він вкривається тонким шаром оксиду або гідроксокарбонату. Вода майже не діє на цинк. В розбавлених кислотах легко розчиняється з утворенням відповідних солей. Може реагувати з лугами.	На повітрі досить стійкий, воду не розкладають, але легко розчиняється у кислотах і лугах.	На повітрі олово при кімнатній температурі не окислюється, але нагріте вище температури плавлення поступово перетворюється в SnO2. Вода не діє на нього. Розбавлені	На повітрі вкривається захисною оксидною плівкою. А при контакті з твердою водою вкривається плівкою нерозчинних солей. Майже не діють на нього розведені соляна і сульфатна кислоти; легко розчиняється в
		соляна і сульфатна кислоти діють дуже повільно, а концентровані розчиняють олово.	нітратній кислоті. Може розчинятися в лугах з утворенням гідроксоплюмбітів.
Застосування	1) нанесення покриттів на залізні і стальні вироби, призначені для роботи в атмосферних умовах або у воді 2) виготовлення сплавів з алюмінієм, міддю, магнієм. 3) виготовлення гальванічних елементів	1) Для наповнення кварцових термометрів, якими вимірюють високі температури. 2) сплави галію з золотом застосовують у ювелірній та зубопротезній справі	1) використовують для покриття заліза 2)сплави олова з сурмою і міддю застосовують для виготовлення підшипників. 3) сплави з свинцем (припої) використовуються для паяння 4) як легуючий компонент входить до сплавів міді.	1) у техніці – виготовлення оболонок кабелів та пластин акумуляторів. 2) у виготовленні боєприпасів 3) у виготовленні сплавів 4) використовується для захисту від γ-випромінювання

 

Контрольні запитання:

1. Способи добування цинку, галію, олова і свинцю
2. Особливості фізичних і хімічних властивостей цинку, галію, олова і свинцю.
3. Яка маса розчину сульфатної кислоти з масовою часткою речовини 20% витратиться на взаємодію із сумішшю срібла та цинку масою 20 г, якщо масова частка срібла в суміші складає 70%?
4. До розчину, що містить 8,84 г цинк хлориду, прилили розчин, в якому міститься 6,5 г натрій гідроксиду. Розрахуйте масу осаду, який утворився.

Література:

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. – Л.: Химия, 1979. – Гл. ХV, §§ 187-188, с. 521-528; Гл. ХІХ, § 214, с. 619-621; Гл. ХХ, § 219, с. 638-639.

 

Тема 5.8. Інструментальні й абразивні матеріали

План

1. Бор і його сполуки.*

1. Карбон, його алотропні модифікації.*
2. Сполуки Карбону.*
3. Використання сполук Бору і Карбону в техніці.

1. Бор порівняно мало поширений у природі; загальний вміст його в земній корі становить близько 10^-3%. До головних природних сполук бору належать борна кислота H₃BO₃ і солі борних кислот, з яких найбільш відома бура Na₂B₄O₇∙10H₂O.

Вільний бор добувають відновленням борного ангідриду В₂О₃ магнієм. При цьому бор виділяється у вигляді аморфного порошку, забрудненого домішками. Чистий кристалічний бор добувають термічним розкладанням або відновленням його галогені дів, а також розкладанням водневих сполук бору. Він має чорний колір і серед простих речовин за твердістю поступається тільки алмазу.

Хоч бор розміщений у ІІІ групі ПС, він за своїми властивостями найбільше подібний до елемента ІV групи – кремнію. У цьому виявляється «діагональна подібність». Так, бор, подібно до кремнію, утворює слабкі кислоти, які не виявляють амфотерних властивостей. Як і кремній, бор утворює сполуки з металами, багато з яких мають велику твердість і високу температуру плавлення.

Вода не діє на бор; концентровані сульфатна і нітратна кислоти окислюють його в борну кислоту:

B + 3HNO₃ → H₃BO₃ + 3NO₂

При кімнатній температурі бор сполучається лише з фтором, на повітрі не окислюється. Якщо нагріти аморфний бор до 700ºС, то він займається і горить: 4B + 3O₂ → 2B₂O₃

При високій температурі бор сполучається з багатьма металами, утворюючи бориди.

Найбільшого практичного значення мають оксигеновмісні сполуки бору: В₂О₃ – кислотний оксид, кислоти – Н₃ВО₃ (ортоборна) і Н₃ВО₂ (метаборна), бура.

2. Карбон у природі перебуває у вільному стані і у вигляді численних сполук.

У вільному стані карбон відомий у вигляді алмазу, що кристалізується в кубічній системі, і графіту, що належить до гексагональної системи. Такі форми його, як деревне вугілля, кокс, сажа, мають невпорядковану структуру. Синтетично добуто карбін і полікумулен – різновидності вуглецю, що складаються з лінійних ланцюгових полімерів типу …−С≡С−С≡С−… або …=С=С=С=… Карбін має напівпровідникові властивості. При сильному нагріванні без доступу повітря він перетворюється у графіт.

Алмаз – безбарвна, прозора речовина, яка сильно заломлює світлові промені. Він кристалізується в кубічній гранецентрованій решітці. При цьому одна половина атомів розміщується у вершинах і центрах граней одного куба, а друга – у вершинах і центрах граней другого куба, зміщеного відносно першого у напрямі його просторової діагоналі. Атоми карбону в алмазі перебувають у sp³-гібридному стані і утворюють тривимірну тетраедричну сітку, у якій вони зв’язані один з одним ковалентними зв’язками. З усіх простих речовин алмаз має максимальне число атомів, що припадають на одиницю об’єму, - атоми карбону «упаковані» в алмазі дуже щільно. З цим, а також з великою міцністю зв’язків у вуглецевих тетраедрах. Пов’язане те, що за твердістю алмаз переважає всі відомі речовини.

Якщо алмаз сильно нагріти без доступу повітря, то він перетворюється на графіт.

Графіт – темно-сірі кристали з слабким металічним блиском. Він має шарувату решітку. Всі атоми карбону перебувають у стані sp²-гібридизації: кожний з них утворює три ковалентні σ-зв’язки з сусідніми атомами, причому кути між напрямами зв’язків дорівнюють 120º. В результаті виникає плоска сітка, складена з правильних шестикутників, у вершинах яких розміщені ядра атомів карбону. Сусідні шари зв’язані між собою в основному силами Ван дер Ваальса, але частково зв'язок має металічний характер (цим пояснюється порівняно висока електро- і теплопровідність графіту). Окремі шари атомів у кристалі графіту, зв’язані між собою порівняно слабко, легко відокремлюються один від одного (цим пояснюється мала механічна міцність графіту)

«Аморфний» вуглець (вугілля) складається з дрібнесеньких кристаликів з невпорядкованою структурою графіту. Найважливіші технічні сорти вугілля: кокс, деревне вугілля, кісткове вугілля та сажа.

3. При низьких температурах вугілля, графіт і особливо алмаз інертні. Якщо їх нагрівати, то активність збільшується: вугілля легко сполучається з киснем і є добрим відновником. При дуже високих температурах вуглець сполучається з воднем, сіркою, кремнієм, бором і багатьма металами.

Карбон може утворювати 2 типи оксидів: СО – несолетворний і СО₂ – кислотний, якому відповідає слабка нестійка карбонатна кислота Н₂СО₃.

4. Алмаз широко застосовують у промисловості: майже 80% добутих алмазів використовують для технічних цілей (для обробки різних твердих матеріалів, буріння гірських порід). Завдяки своїй електропровідності графіт застосовується для виготовлення електродів. З суміші графіту з глиною роблять вогнетривкі тиглі для плавлення металів. Змішаний з мастилом графіт є чудовим мастильним засобом.

Ізотоп ¹⁰В сильно поглинає повільні нейтрони, тому бор і його сполуки застосовуються в ядерній техніці. З них виготовляють регулювальні стержні реакторів.

Карбід бору має дуже високу твердість і хімічну стійкість, тому його використовують для обробки твердих сплавів.

Буру застосовують в процесі зварювання, різання і паяння металів.

Контрольні запитання:

1. Дайте характеристику бору.
2. Охарактеризуйте алотропні модифікації карбону.
3. Особливості хімічних властивостей вуглецю.
4. Застосування бору і вуглецю.

 

Література:

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. – Л.: Химия, 1979. – Гл. ХХ, §217, с. 630-633; Гл. ХV, § 153, с. 432-436.