Особенности свойств , нахождение в природе и использование железа ,кобальта.

Железо - Элемент XVIII группы четвертого периода периодической системы Менделеева, металл Степень окисления +2,+3, иногда +6.Один из наиболее распространенных элементов в природе. Особенно важен для живых организмов: является основным катализатором дыхательных процессов. Железо входит в состав гемоглобина крови (477 мг/л), участвует в процессе переноса кислорода от легких к тканям. Железо встречается в природе в основном в виде руд.

Основные руды железа: — магнетит (магнитный железняк) FезО4 (содержит до 72% железа), основные месторождения находятся на Урале.

— гематит (красный железняк) Fe2О3 (содержит до 65% железа), основное месторождение — Криворожское.

— лимонит (бурый железняк) Fe2О3 • nH2O (содержит до 60% Ре), крупные месторождения в Крыму и на Урале.

— пирит (железный колчедан) FeS2 (содержит около 46% железа), — сидерит (шпатовый железняк) FeСО3 (содержит до 35% Железа).

Физические свойства: Чистое железо — серебристо-белый металл, быстро тускнеющий (ржавеющий) на влажном воздухе или в воде, содержащей кислород. Железо пластично, легко подвергается ковке и прокатке, температура плавления 1539°С. Обладает сильными магнитными свойствами (ферромагнетик), хорошей тепло- и электропроводностью.

Химические свойства: Железо — активный металл.

1. На воздухе образуется защитная оксидная пленка, препятствующая ржавению металла. 3Fe + 2O2 = Fe2O3 • FeO (Феррит железа) 2. Во влажном воздухе железо окисляется и покрывается ржавчиной, которая частично состоит из гидратированного оксида железа (III). 4Fe + 3О2 + 6Н2О = 4Fe(ОН)3 3. Взаимодействует с хлором, углеродом и другими неметаллами при нагревании: 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 4.Железо вытесняет из растворов солей металлы, находящиеся в электрохимическом ряду напряжений правее железа: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 5. Растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах c выделением водорода:Fe + 2Cl = FeCl2 + H2

Основная масса железа используется не в чистом виде, а виде сплавов с углеродом (чугуна и стали) и другими элементами. Основная масса железа вырабатывается в доменных печах. Процесс, протекающий в доменной печи при получении сплавов железа, основан на восстановлении оксидов железа при нагревании.

Кобальт (лат. Cobaltum), Со, химический элемент первой триады VIII группы периодической системы Менделеева; атомный номер 27, атомная масса 58,9332; тяжёлый металл серебристого цвета с розоватым отливом. В природе элемент представлен одним устойчивым изотопом 59Со; из полученных искусственно радиоактивных изотопов важнейший 60Со.

Распространение в природе. Содержание К. в литосфере 1,8·10-3% по массе. В земной коре он мигрирует в магмах, горячих и холодных водах. При магматической дифференциации К. накапливается главным образом в верхней мантии: его среднее содержание в ультраосновных породах 2·10-2%. С магматическими процессами связано образование так называемых ликвационных месторождений кобальтовых руд. Концентрируясь из горячих подземных вод, К. образует гидротермальные месторождения; в них Со связан с Ni, As, S, Cu. Известно около 30 минералов.

Физические и химические свойства. При обычной температуре и до 417°C кристаллическая решётка К. гексагональная плотноупакованная (с периодами а = 2,5017, с = 4,614), выше этой температуры решётка К. кубическая гранецентрированная (а = 3,5370). Атомный радиус 1,25, ионные радиусы Co2+0,78?и Co3+0,64. Плотность 8,9 г/см3 (при 20°C): tnл 1493? Со, tкип 3100°C. Теплоёмкость 0,44 кдж/(кг·К), или 0,1056 кал/(г·°C); теплопроводность 69,08 вт/(м·К), или 165 кал/(см·сек·?С)при 0-100 °C. Удельное электросопротивление 5,68·10-8 ом·м, или 5,68·10-6 ом·см (при 0°C). К. ферромагнитен, причём сохраняет ферромагнетизм от низких температур до точки Кюри, Q= 1121 °C (см. Ферромагнетизм). Механические свойства К. зависят от способа механической и термической обработки. Предел прочности при растяжении 500 Мн/м2 (или 50 кгс/мм2)для кованого и отожжённого К.; 242- 260 Мн/м2 для литого; 700 Мн/м2 для проволоки. Твёрдость по Бринеллю 2,8 Гн/м2 (или 280 кгс/мм2) для наклёпанного металла, 3,0 Гн/м2 для осажденного электролизом; 1,2-1,3 Гн/м2 для отожжённого.

К. применяется главным образом в виде сплавов; таковы кобальтовые сплавы, а также сплавы на основе др. металлов, где К. служит легирующим элементом. Сплавы К. используют в качестве жаропрочных и жаростойких материалов, при изготовлении постоянных магнитов, режущего инструмента и др. Порошкообразный К., а также Co3O4 служат катализаторами. Фторид CoF3 применяется как сильный фторирующий агент, тенарова синь и особенно силикат К. и калия (см. Смальта) - как краски в керамической и стекольной промышленности. Соли К. применяют в сельском хозяйстве как микроудобрения, а также для подкормки животных.

49.

Никель (лат.Niссolum, обозначается символом Ni) — химический элемент с атомным номером 28 и атомной массой 58,69. Является элементом побочной подгруппы восьмой группы периодической системы Д. И. Менделеева. Вместе с железом и кобальтом никель образует в четвертом периоде в этой группе триаду близких по свойствам переходных металлов. Вследствие схожести этих элементов и резкого отличия их от элементов двух других триад данной группы их обычно выделяют в семейство железа. Металлический никель — это пластичный ковкий переходный металл серебристо-белого цвета с желтоватым оттенком, отличается высокой твердостью, способностью к полировке, кроме того, никель притягивается магнитом. При обычных температурах на воздухе металл покрывается тонкой защитной пленкой оксида NiO. Характеризуется высокой коррозионной стойкостью вследствие своей малой химической активности.

Нахождение в природе

Самая распространенная в научных кругах и наиболее достоверная гипотеза строения Земли утверждает, что структура ядра нашей планеты подобна составу железных метеоритов, то есть — это железоникелевый сплав — более 90 % железа, 8,5 % никеля и всего 0,6 % кобальта. Таким образом, земное ядро заключает в себе практически весь двадцать восьмой элемент на планете — около 17•1019 тонн (общее количество Ni оценивается в 17,4•1019 тонн). Исходя из этой гипотезы, можно утверждать, что Земля примерно на 3 % состоит из никеля, а среди составляющих планету элементов никель занимает пятое место — после железа, кислорода, кремния и магния. Однако в тонкую поверхностную кору Земли проникли лишь немногие из его атомов — в среднем один из ста тысяч (содержание никеля в земной коре по сведениям разных источников составляет от 1•10–3 до 8•10–3 % по массе). Часть «прорвавшихся» атомов образовала вместе с медью и серой скопления сернистых минералов — сульфидные медно-никелевые руды. Другие атомы никеля до самой поверхности Земли двигались в окружении железа, магния и хрома, что объясняется сходством их валентности (II) и ионных радиусов; в минералы двухвалентных железа и магния никель входит в виде изоморфной примеси. При дальнейшем движении спутники никеля окислились, и часть их ушла прочь в виде гидроокисей. Обогащенные никелем невзрачные землистые остатки ныне называются окисленными никелевыми рудами.

Содержание никеля в ультраосновных породах примерно в сотни раз выше, чем в кислых (1,2 кг/т и 8 г/т соответственно). В ультраосновных породах преобладающее количество никеля связано с оливинами, содержащими 0,13 — 0,41 % Ni. Онизоморфнозамещаетжелезо и магний.

Медь - это химический элемент с порядковым номером 29, расположенный в I группе (побочной подгруппе) и 4-м периоде периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Латинское название меди cuprum и соответствующий ему символ Сu происходят от названия острова Кипр. Именно с этого острова в Средиземном море вывозили медь древние римляне и греки.

Что представляет собой металлическая медь? Это тяжелый розово-красный металл, мягкий и ковкий, плавится при температуре 1084,5°С, очень хорошо проводит электрический ток и теплоту: электрическая проводимость меди в 1,7 раза выше, чем алюминия, в 6 раз выше, чем железа, и лишь немного уступает электрической проводимости серебра.

Электронная формула атома меди имеет следующий вид: 1s 22s 22p 63s 23p63d104s 1.

Нахождение в природе.

Соединения меди (I) часто встречаются в природных веществах, В минерале куприте содержится оксид Cu20, в медном блеске (халькозине)-сульфид Cu2S.

Среди других природных соединений меди отметим халькопирит (медный колчедан) CuFeS2, ковелин CuS, малахит СuСО3 Сu(ОН)2.

Исходным сырьем для промышленного получения меди главным образом сульфидные руды.

При этом считается рентабельным перерабатывать породы, содержащие более 1% металла. Процессполучениямедиизсульфидныхрудотносят к пирометаллургическим

50.

Благородными металлами издавна называют, золото, серебро и платину. К ним относят еще пять более редких металлов – рутений, родий палладий, осмий, иридий (все это платиноиды – восьмая группа Периодической системы Менделеева).Отличаясь химической стойкостью, все эти металлы встречаются в природе почти исключительно в чистом - самородном виде, и, в отличии от остальных металлов, почти не вступают в химические реакции и не образуют соединений с другими элементами, мало поддаются коррозии. Для них характерна высокая пластичность (можно прокатывать листы толщиной до 0,0001мм), благодаря которой золото точно передает и сохраняет приданную ему форму. Платиноиды кроме того отличаются тугоплавкостью и высокой твердостью. Серебро обладает сверхвысокой электропроводностью и теплопроводностью, а платиноиды, наоборот, имеют сверхнизкую электропроводность и теплопроводность. Указанные свойства определяют области применения этих металлов

Валютныеметаллы

Сохраняет функции валютных металлов, главным образом, золото (см. Деньги). Серебро ранее активно использовалось в качестве денег, но затем, после чрезмерного насыщения рынка, оно фактически утратило эту функцию.

Применение в химическом машиностроении и лабораторной технике

Стойкие металлы идут на изготовление деталей, работающих в агрессивных средах — технологические аппараты, реакторы, электрические нагреватели, высокотемпературные печи, аппаратуру для производства оптического стекла и стекловолокна, термопары, эталоны сопротивления и др.

Используются в чистом виде, как биметалл и в сплавах (см. Платиновые сплавы). Химические реакторы и их части делают целиком из благородных металлов или только покрывают фольгой из благородных металлов. Покрытые платиной аппараты применяют при изготовлении чистых химических препаратов и в пищевой промышленности.

В электронике

В электронной технике из золота, легированного германием, индием, галлием, кремнием, оловом, селеном, делают контакты в полупроводниковых диодах и транзисторах. Золотом и серебром напыляют поверхность волноводов (скин-эффект).

 

51. Строение и классификация органических соединений. Классификация органических соединений по строению «углеродного скелета»: ациклические (алканы, алкены, алкины, алкадиены), карбоциклические (циклоалканы и арены) и гетероциклические. Классификация органических соединений по функциональным группам: спирты, фенолы, простые эфиры, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, сложные эфиры. Номенклатура тривиальная, рациональная и ИЮПАК. Рациональная номенклатура как предшественник номенклатуры ИЮПАК. Принципы образования названий органических соединений по ИЮПАК: замещения, родоначальной структуры, старшинства характеристических групп (алфавитный порядок).Структурная изомерия и ее виды: изомерия «углеродного скелета», изомерия положения (кратной связи и функциональной группы), межклассовая изомерия. Пространственная изомерия и ее виды: геометрическая и оптическая. Биологическое значение оптической изомерии. Отражение особенностей строения молекул геометрических и оптических изомеров в их названиях. Демонстрации. Образцы представителей различных классов органических соединений и шаростержневые или объемные модели их молекул. Таблицы «Название алканов и алкильных заместителей» и «Основные классы органических соединений». Шаростержневые модели органических соединений различных классов. Модели молекул изомеров разных видов изомерии.

52. УГЛЕВОДЫ. — класс органических соединений, имеющих характер Сахаров или близких к сахарам по строению и химическим свойствам. Наряду с белками и жирами углеводы играют важнейшую роль в обмене веществ и энергии в организме человека и животных. У. входят в состав растительных, животных и бактериальных организмов и составляют абсолютное большинство органических природных соединений. Все органические питательные вещества в конечном счете возникают из У., образуемых растениями в процессе (фотосинтеза из углекислого газа и воды. Примерный подсчет показывает, что ежегодно в процессе фотосинтеза на Земле образуется ок. 4-Ю11 тонн У. Являясь основным компонентом пищи человека и большинства животных, У. поставляют большую часть энергии, необходимой для их жизнедеятельности. В организме взрослого человека более половины энергии образуется за счет У.У. играют важную роль как основной строительный материал растений, скелета насекомых, ракообразных и других организмов. Они входят в состав клеточных стенок, основного вещества соединительной ткани и т. п. Кроме того, У. в составе сложных биополимеров, таких, напр., как гликопротеиды (белки, несущие на себе углеводный чдовесок»), могут являться носителями биологич. информации, определяя иммунологии, специфичность этих соединений. Так, принадлежность крови к той или иной группе диктуется исключительно структурой и последовательностью У., входящих в состав так наз. групповых веществ крови. Установлена решающая роль У., входящих в состав веществ на поверхности клеток, в различных взаимодействиях клеток друг с другом. Такие явления, как «узнавание» друг друга клетками одного типа, дифференциация и рост клеток, секреция биополимеров (белков, нуклеиновых к-т и т. д.) из клеток, обусловлены специфич. ролью У. поверхности клеток. Есть данные, что У. поверхности клеток играют важную роль в возникновении злокачественных опухолей и в процессах взаимодействия вирусов с клеткой. В организме человека и животных нек-рые сложные У., такие, напр., как гиалуро-новая к-та, выполняют специфич. функцию «смазочных» веществ и служат жидкой средой, в к-рой происходит движение клеток и к-рой смазываются трущиеся поверхности, напр, суставные поверхности. Нек-рые У. обладают специфич. биологич. активностью, напр, аскорбиновая к-та (витамин С), витамин Bis, гепарин, предотвращающий свертывание крови.

Состав органического топлива, его характеристики. Органическое топливо по происхождению подразделяют на природное (естественное) и искусственное, а по агрегатному состоянию при обычных условиях - на твердое, жидкое и газообразное. К примеру: жидким природным топливом является нефть, а искусственным - продукты ее переработки: мазут, дизельное топливо, бензин и т.д.Кроме того, топливо по назначению и способу использования подразделяется на энергетическое в технологическое. К энергетическим относятся те виды топлива, которые являются главным образом источником тепловой энергии. К технологическим относятся те виды топлива, которые являются не только источником тепловой энергии, но и используются как компонент технологического процесса. Состав топлива: Свойства топлива как горючего материала определяются его составом. Любое топливо состоит яз горючей и негорючей частей. Горючую часть образуют углерод (С), водород (Н) и сера горючая (летучая) SA. К негорючей части относятся кислород (0), азот (N); минеральные вещества (А) и влага (W). Перечисленные элементы С, Н, SA, 0, N образуют сложные химические соединения. Чтобы установись состав топлива, проводят технический и химический (элементарный) анализ топлива. Условное топливо, теплотворная способность топлива, (высшая и низшая). Теплотворную способность — количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого и жидкого или 1 нм3 газообразного топлива. Всякое топливо содержит некоторое количество влаги, кроме того, водород, имеющийся в топливе, при сгорании образует воду. На испарение воды затрачивается часть тепла, что приводит к уменьшению теплотворной способности. Различают два вида теплотворной способности: высшую, с учетом тепла, расходуемого на испарение влаги, и низшую, за вычетом тепла, расходуемого на испарение влаги. При сжигании топлива в печах влага переходит в пар и вместе с дымом уходит в атмосферу. Поэтому при всех расчетах учитывают низшую теплотворную способность. Единица учёта органического топлива, применяемая для сопоставления эффективности различных видов топлива и суммарного учёта их. В качестве единицы условного топлива принимается 1 кг топлива с теплотой сгорания (См. Теплота сгорания) 7000 ккал / кг (29,3 Мдж / кг).