Бизнес

Тема 1. Химия элементов. Свойсвта s-элементов и d-элемнтов I, II групп.

Тема 1. Химия элементов. Свойсвта s-элементов и d-элемнтов I, II групп.


Библиографический
список: [1,
c.
223–230, с. 284 — 299; 2,
c.
3,
c.284–295,
с. 352-356, конспект лекций]

    1. Теоретические
      сведения

Водород, вода. Пероксид водорода

Водород.
Относится к элементам – органогенам,
входит в состав живых систем. В организме
человека содержится 9,7 (масс.) % водорода.
Содержится в земной коре (1 %), атмосфере.
Электронная конфигурация: 1Н
1
s1

В
Периодической Системе Д.И.Менделеева
водород располагается в первой (со
щелочными металлами) и седьмой (с
галогенами) группах, главных подгруппах,
так как, имея один электрон, может и
отдавать его, проявляя восстановительную
способность (NH3,
H2O),
и принимать один электрон до устойчивой
конфигурации 1s2
, проявляя
свойства окислителя (NaH,
CaH2
– гидриды). Электронное семейство:
sэлемент.
Характерные степени окисления +1, 0, -1.

Уникальность
атома водорода заключается в том, что
его единственный валентный электрон
находится непосредственно в поле ядра
атома и не экранируется другими
электронами, что обеспечивает ему
специфические свойства.

Получение
водорода:

1.
В лаборатории
водород может быть получен взаимодействием
активных металлов с водой или металлов,
стоящих в ряду электрохимических
потенциалов до водорода, с кислотами:

2Na(т.) + 2h2o(ж.) → 2NaOh(в.) + h2(г.) Zn(т.) + 2hCl(в.) → ZnCl2(в.) + h2(г.)

2Al(т.) + 6h2o(ж.) + 6NaOh(в.) → 2Na3 [Al(oh)6] (в.) + h2(г.)

2.
В промышленности
водород получают

– из
природного газа по реакции:

H2O(г.)
+ CH4(г.)

CO(г.)
+
3H
2(г.)
(синтез
– газ)


катализатором
Ni
и температурой
1200 К)

– электролизом
воды: 2H2O(ж.)
→ 2
H2(г.)
+
O2(г.)

– конверсионным
методом: H2O(г.)
+
C(т.)

CO(г.)
+
H
2(г.);

CO(г.)
+ H2О(г.)

CO2(г.)
+ H2(г).;
(700 К,
катализатор – оксид железа)

– железопаровым
методом: Fe(т.)
+
H2O(г.)
FeO
.)

+
H2(г.)

Cвойства
водорода.
Молекула
водорода двухатомна – Н2.
Энергия
связи (Есв.)
Н-Н составляет 436 кДж/моль), поэтому
атомарный водород реакционноспособнее,
чем молекулярный. Водород – газ без
цвета, запаха и вкуса. Плотность – 273
К
= 0,08988
г/дм3;
Ткип.
= -252,72 0С.

Вследствие
неполярности молекулы и большой прочности
при нормальных условиях молекулярный
водород непосредственно активно
взаимодействует только с фтором, а при
действии света – с хлором и бромом.
Большинство реакций с участием водорода
протекает при высоких температурах,
давлении и/или в присутствии катализатора.

В
химических реакциях водород проявляет
себя восстановителем,
взаимодействуя с неметаллами и оксидами
металлов и окислителем
при взаимодействии с активными металлами.

Особо
энергичным восстановителем является
атомарный водород
.

Характерный
хлопок при внесении пробирки, заполненной
водородом в пламя горелки – классическая
качественная
реакция

на этот газ. При использовании больших
объёмов водорода лёгкий хлопок
превращается в мощный взрыв – реакция
протекает по радикальному цепному
механизму с разветвлением:

O2(г.) + 2h2(г) →2h2o(г.)

При
потере электрона образуется протон –
Н+,
существующий лишь в вакууме. В водных
растворах образуется ион гидроксония
Н+···
Н2О
или Н3О+
(более
корректно – протон окружён четырьмя
молекулами воды – Н9О4+).

Проявляя
восстановительные свойства с активными
металлами, водород образует гидриды:
со щелочными металлами – солеобразные
(LiH),
с менее активными металлами – полимерные
(AlH3)n,
с d
и f–элементами
металлоподобные
гидриды –
соединения нестехиометрического состава
с металлическим типом связи.

Солеобразные
(с преимущественно ионным типом связи)
гидриды похожи на соединения металлов
с галогенами. Это твёрдые кристаллические
вещества с высокими температурами
плавления, не проводящие электрический
ток. Наличие гидрид – иона Н– подтверждается
выделением водорода на аноде при
электролизе расплавов гидридов. В водных
растворах гидридов протекает полный
гидролиз
с
выделением водорода (высокая
восстановительная активность которого
в момент выделения используется в
металлургии для снятия окалины с листов
проката):

LiH(т)
+ H2O(ж.)

LiOH(в)
+ H
2(г).

Металлоподобные
гидриды – твёрдые хрупкие вещества с
металлическим блеском и значительной
электрической проводимостью.

C
неметаллами водород образует бинарные
соединения

ковалентного типа с разной степенью
полярности связи. Многие из них
газообразны. Бинарные соединения
водорода с галогенами в водных растворах
проявляют свойства сильных
кислот

HCl,
HBr,
HI.
Бинарные соединения с халькогенами в
водных растворах проявляют свойства
слабых
кислот

H2S,
H2Se,
H2Te.

Известны
комплексные гидриды: Li[BH4],
Al[BH4]3.

Бинарным
соединениям водорода с сильно
электроотрицательными элементами
присущ межмолекулярный
тип взаимодействия – водородная
связь,

которая образуется между атомами
водорода одной молекулы и электроотрицательными
атомами другой и изменяет свойства и
реакционную способность многих
соединений. Так, фтороводород не
проявляет

в водных растворах свойств сильной
кислоты, формируя равновесную систему:


Leave a Reply

Your email address will not be published.Required fields are marked *