Строение и свойства простых веществ - неметаллов.

Самые типичные неметаллы имеют молекулярное строение, а менее типичные - немолекулярное. Этим и объясняется отличие их свойств. Наглядно это отражено в схеме №2.

Простые вещества
С немолекулярным строением	С молекулярным строением
C, B, Si	F2, O2, Cl2, Br2, N2, I2, S8
У этих неметаллов атомные кристаллические решетки, поэтому они обладают большой твердостью и очень высокими температурами плавления.	У этих неметаллов в твердом состоянии молекулярные кристаллические решетки. При обычных условиях это газы, жидкости или твердые вещества с низкими температурами плавления.

Таблица №2

Кристаллический бор В (как и кристаллический кремний) обладает очень высокой температурой плавления (2075°С) и большой твердостью. Электрическая проводимость бора с повышением температуры сильно увеличивается, что дает возможность широко применять его в полупроводниковой технике. Добавка бора к стали и к сплавам алюминия, меди, никеля и др. улучшает их механические свойства.

Бориды (соединения бора с некоторыми металлами, например с титаном: TiB, TiB2) необходимы при изготовлении деталей реактивных двигателей, лопаток газовых турбин.

Как видно из схемы №2, углерод С, кремний Si, бор В имеют сходное строение и обладают некоторыми общими свойствами. Как простые вещества они встречаются в двух видоизменениях - в кристаллическом и аморфном. Кристаллические видоизменения этих элементов очень твердые, с высокими температурами плавления. Кристаллический кремний обладает полупроводниковыми свойствами.

Все эти элементы образуют соединения с металлами - карбиды, силициды и бориды (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Некоторые из них обладают большей твердостью, например Fe3C, TiB. Карбид кальция используется для получения ацетилена.

Если сравнить расположение электронов по орбиталям ф атомах фтора, хлора и других галогенов, то можно судить и об их отличительных свойствах. У атома фтора свободных орбиталей нет. Поэтому атомы фтора могут проявить только валентность I и степень окисления - 1. В атомах других галогенов, например в атоме хлора, на том же энергетическом уровне имеются свободные d-орбитали. Благодаря этому распаривание электронов может произойти тремя разными путями.

В первом случае хлор может проявить степень окисления +3 и образовать хлористую кислоту HClO2, которой соответствуют соли - хлориты, например хлорит калия KClO2.

Во втором случае хлор может образовать соединения, в которых степень окисления хлора +5. К таким соединениям относятся хлороноватая кислота HClO3 и ее соли - хлораты, например хлорат калия КClO3 (бертолетова соль).

В третьем случае хлор проявляет степень окисления +7, например в хлорной кислоте HClO4 и в ее солях - перхлоратах, например в перхлорате калия КClO4.

  Кислородные и водородные соединения неметаллов. Краткая характеристика их свойств.

С кислородом неметаллы образуют кислотные оксиды. В одних оксидах они проявляют максимальную степень окисления, равную номеру группы (например, SO2, N2O5), а других - более низкую (например, SO2, N2O3). Кислотным оксидам соответствуют кислоты, причем из двух кислородных кислот одного неметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степень окисления. Например, азотная кислота HNO3 сильнее азотистой HNO2, а серная кислота H2SO4 сильнее сернистой H2SO3.

Характеристики кислородных соединений неметалов:

1. Свойства высших оксидов (т.е. оксидов, в состав которых входит элемент данной группы с высшей степенью окисления) в периодах слева направо постепенно изменяются от основных к кислотным.

2. В группах сверху вниз кислотные свойства высших оксидов постепенно ослабевают. Об этом можно судить по свойствам кислот, соответствующих этим оксидам.

3. Возрастание кислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слева направо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этих элементов.

4. В главных подгруппах периодической системы химических элементов в направлении сверху вниз кислотные свойства высших оксидов неметаллов уменьшаются.

Общие формулы водородных соединений по группам периодической системы химических элементов приведены в таблице №3.

 

Общие формулы соединений по группам
I	II	III	IV	V	VI	VII
RH	RH2	RH3	RH4	RH3	H2R	HR
Нелетучие водородные соединения			Летучие водородные соединения

Таблица №3.

С металлами водород образует (за некоторым исключением) нелетучие соединения, которые являются твердыми веществами немолекулярного строения. Поэтому их температуры плавления сравнительно высоки.

С неметаллами водород образует летучие соединения молекулярного строения. В обычных условиях это газы или летучие жидкости.

В периодах слева направо кислотные свойства летучих водородных соединений неметаллов в водных растворах усиливается. Это объясняется тем, что ионы кислорода имеют свободные электронные пары, а ионы водорода - свободную орбиталь, то происходит процесс, котроый выглядит следующим образом:

H2O + HF à H3O + F

Фтороводород в водном растворе отщепляет положительные ионы водорода, т.е. проявляет кислотные свойства. Этому процессу способствует и другое обстоятельство: ион кислорода имеет неподеленную электронную пару, а ион водорода - свободную орбиталь, благодаря чему образуется донорно-акцепторная связь.

При растворении аммиака в воде происходит противоположный процесс. А так как ионы азота имеют неподеленную электронную пару, а ионы водорода - свободную орбиталь, возникает дополнительная связь и образуются ионы аммония NH4+ и гидроксид-ионы ОН-. В результате раствор приобретает основные свойства. Этот процесс можно выразить формулой:

H2O + NH3 à NH4 + OH

Молекулы аммиака в водном растворе присоединяют положительные ионы водорода, т.е. аммиак проявляет основные свойства.

Теперь рассмотрим, почему водородное соединение фтора - фтороводород HF - в водном растворе является кислотой, но более слабой, чем хлороводородная. Это объясняется тем, что радиусы ионов фтора значительно меньше, чем ионов хлора. Поэтому ионы фтора гораздо сильнее притягивают к себе ионы водорода, чем ионы хлора. В связи с этим степень диссоциации фтороводородной кислоты значительно меньше, чем соляной кислоты, т.е. фтороводородная кислота слабее соляной кислоты.

Из приведенных примеров можно сделать следующие общие выводы:

1. В периодах слева направо у ионов элементов положительный заряд увеличивается. В связи с этим кислотные свойства летучих водородных соединений элементов в водных растворах усиливаются.

2. В группах сверху вниз отрицательно заряженные анионы все слабее притягивают положительно заряженные ионы водорода Н+. В связи с этим облегчается процесс отщепления ионов водорода Н+ и кислотные свойства водородных соединений увеличиваются.

3. Водородные соединения неметаллов, обладающие в водных растворах кислотными свойствами, реагируют со щелочами. Водородные же соединения неметаллов, обладающие в водных растворах основными свойствами, реагируют с кислотами.

4. Окислительная активность водородных соединений неметаллов в группах сверху вниз сильно увеличивается. Например, окислить фтор из водородного соединения HF химическим путем нельзя, окислить же хлор из водородного соединения HCl можно различными окислителями. Это объясняется тем, что в группах сверху вниз резко возрастают атомные радиусы, в связи с чем отдача электронов облегчается.

 

Контрольные вопросы:

1. Характерстика высших оксидов подгруппы Оксигена.

2. Свойства амониака.

3. Алотропные модификации Сульфура.

4. Характеристика Нитрогена.

5. Наличие азота в природе.

6. Характеристика подгруппы Карбона.

7. Нитратная и фосфатные кислоты.

8. Нитраты и фосфаты.

9. Минеральные удобрения.

10. Карбонатная кислота.. Силикатная кислота.

11. Распространие металлов в природе.

12. Общие способы получения металлов.

13. Производство чугуна и стали.

14. Понятие о сплавах.

15. Щелочные металлы.

16. Щелочноземельные металлы.

17. Алюминий.

18. Железо.

 

Литература

1. Буринська Н.М., Депутат В.М., Сударєва Г.Ф., Чайченко Н.Н. Хімія: Підручник для 10 класу загальноосвітніх навчальних закладів (профільний рівень). – К.: Педагогічна думка, 2010. – 352 с., іл., табл.

2. Величко Л.П. Хімія: підручник для 11 класу загальноосвітніх начальних закладаів: Академічний рівень. – К.: Освіта, 2011. – 223 с.

3. Габриелян О.С. Химия. 9, 10, 11 кл. – М., 2000, 2003.

4. Габриелян О. С., Остроумов И. Г. Химия для профессий и специальностей социально-экономического и гуманитарного профилей: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.

5. Габриелян О.С. Химия. Практикум: учеб. пособие. — М., 2014.

6. Габриелян О.С. и др. Химия. Тесты, задачи и упражнения: учеб. пособие. — М., 2014.

7. Габриелян О.С. Химия. Пособие для подготовки к ЕГЭ: учеб. пособие. — М., 2014.

8. Ерохин Ю. М. Химия: Задачи и упражнения: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.

9. Ерохин Ю. М. Сборник тестовых заданий по химии: учеб. пособие для студ. Учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.

10. Попель П.П., Крикля Л.С. Хімія: підручник для 10 класу загальноосвітніх навчальних закладів. – К.: ВЦ «Академія», 2010. – 208 с.: іл.

11. Попель П.П., Крикля Л.С. Хімія: підручник для 11 класу загальноосвітніх навчальних закладаів (академічний рівень). – К.: ВЦ «Академія, 2011. – 352 с.: іл.

12. Попель П.П., Крикля Л.С, Савченко І.О. Хімія: підручник для 11 класу загальноосвітніх навчальних закладів. – К.: ВЦ «Академія», 2007. – 272 с.

13. Савинкина Е.В., Логинова Г.П. Химия для школ и классов гуманитарного профиля. 10, 11 кл. – М., 2001-2002.

14. Химия: электронный учебно-методический комплекс. — М., 2014.

15. Ярошенко О.Г. Хімія: Підручник для 10 класу загальноосвітніх начальних закладів (рівень стандарту, академічний рівень). – К.: Грамота, 2010. – 224 с.: іл.

 

Тема 11: «Основные понятия органической химии и теория строения органических соединений».

 

План:

1. Предмет и задачи органической химии.

2. Строение, классификация и номенклатура органических соединений.

3. Механизмы реакций в органической химии.

4. Значение органической химии в зоотехнии.

 

Органическая химия изучает соединения углерода, называемые органическими веществами. В связи с этим органическую химию называют также химией соединений углерода.

Органическая химия может быть определена также как химия углеводородов и их производных. Хотя такое определение более четко отражает содержание предмета органической химии, однако и оно не дает возможности провести резкую границу между органическими и неорганическими веществами.

Неудачи многочисленных попыток найти эту границу привела многих химиков к мысли, что хотя неорганические и органические соединения следует рассматривать как строго самостоятельные группы, различие между ними довольно трудно определить. Эти неудачи объясняются стремлением дать формально-логическое определение органической химии, отыскать резкую грань между ней и неорганической химией. Такая задача ошибочна в самой ее постановке и принципиально неразрешима. Так как в природе все явления взаимосвязаны, то естественно, что грубое отсечение одной отрасли науки от другой невозможно. Между смежными науками существуют естественные диалектические переходы. В частности, на границе между органическими и неорганическими соединениями находятся такие вещества, как сода, сероуглерод, мочевина, оксид углерода (IV) и т. д., которые можно с равным правом рассматривать в качестве как органических, так и неорганических соединений.

Место органической химии в ряду других наук определяется не только ее соседством с неорганической химией. Изучая сложнейшие органические вещества, играющие важную роль в жизнедеятельности животных и растительных организмов, органическая химия тесно соприкасается и с биологией. В пограничной между этими двумя науками области возникла и успешно развивается новая молодая наука - биологическая химия. Наконец, вследствие все расширяющегося в настоящее время применения физических методов исследования органических веществ теснее становится связь органической химии с физикой.

Важнейшие причины выделения органической химии в отдельную науку заключаются в следующем:

1. Число известных органических соединений (около 5 миллионов) значительно превышает число соединений всех остальных элементов периодической системы Менделеева. В настоящее время известно около 650 тысяч неорганических соединений, примерно 200 тысяч новых органических соединений получают сейчас в один год. Это объясняется не только тем, что химики особенно интенсивно занимаются синтезом и исследованием органических соединений, но и особой способностью элемента углерода давать соединения, содержащие практически неограниченное число атомов углерода, связанных в цепи и циклы.

2. Органические вещества имеют исключительное значение вследствие их крайне многообразного практического применения, а особенно потому, что они играют важную роль в процессах жизнедеятельности организмов.

3. Имеются существенные отличия в свойствах и реакционной способности органических соединений от неорганических, вследствие чего возникла необходимость в развитии многих специфических методов исследования органических соединений.