گروه هفتم از عناصر سیستم تناوبی. خواص عناصر VII (17) از گروه زیر گروه اصلی عناصر زیر گروه اصلی

زیرگروه اصلی گروه I جدول تناوبی لیتیوم لی، سدیم سدیم، پتاسیم K، روبیدیم Rb، سزیم Cs و فرانسیوم Fr است.

اتم های این عناصر دارای یک الکترون s در سطح انرژی خارجی هستند: ns1. اتم‌ها با وارد شدن به فعل و انفعالات شیمیایی، به راحتی یک الکترون از سطح انرژی خارجی را اهدا می‌کنند و حالت اکسیداسیون ثابت +1 را در ترکیبات نشان می‌دهند.

عناصر این زیر گروه متعلق به فلزات است. نام رایج آنها فلزات قلیایی است.

در طبیعت، سدیم و پتاسیم رایج ترین هستند. کسر جرمی سدیم در پوسته زمین 2.64٪، پتاسیم - 2.60٪ است. فلزات قلیایی در طبیعت به صورت آزاد وجود ندارند. ترکیبات طبیعی اصلی سدیم، کانی های هالیت یا سنگ نمک، نمک طعام و میرابیلیت یا نمک گلابر (Na2SO4 10H2O) هستند. مهمترین ترکیبات پتاسیم عبارتند از: سیلوین (KCl)، کارنالیت (KCl MgCl2 6H2O)، سیلوینیت.

فرانسیم یک عنصر رادیواکتیو است. ردپایی از این عنصر در محصولات پوسیده اورانیوم طبیعی یافت شده است. به دلیل عمر کوتاه ایزوتوپ های Fr، به سختی می توان آن را در آن به دست آورد مقادیر زیادبنابراین، خواص فرانسه فلزی و ترکیبات آن هنوز به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است.

خواص: فلزات قلیایی موادی به رنگ سفید مایل به نقره ای با چگالی کم هستند. لیتیوم سبک ترین آنهاست. اینها فلزات نرم هستند، Na، K، Rb، Cs از نظر نرمی شبیه به موم هستند. فلزات قلیایی ذوب پذیر هستند. نقطه ذوب سزیم 28.5 درجه سانتیگراد است که بالاترین نقطه ذوب لیتیوم (180.5 درجه سانتیگراد) است. هدایت الکتریکی خوبی دارند.

فلزات قلیایی فعالیت شیمیایی بالایی دارند، فعالیت آنها در سری Li-Na-K-Rb-Cs-Fr افزایش می یابد. در واکنش ها، آنها عوامل کاهنده قوی هستند.

1. تعامل با مواد ساده.

فلزات قلیایی با اکسیژن تعامل دارند. همه آنها به راحتی توسط اکسیژن اتمسفر اکسید می شوند و روبیدیم و سزیم حتی خود به خود مشتعل می شوند.

4Li + O2® 2Li2O (اکسید لیتیوم)

2Na + O2® Na2O2 (پراکسید سدیم)

K + O2® KO2 (سوپراکسید پتاسیم)

فلزات قلیایی به طور خود به خود در فلوئور، کلر، بخار برم مشتعل می شوند و هالیدها را تشکیل می دهند:

2Na+Br2®2NaBr (هالید)

هنگامی که گرم می شوند، با بسیاری از غیر فلزات تعامل می کنند:

2Na + S ® Na2S (سولفیدها)

6Li + N2® 2Li3N (نیتریدها)

2Li + 2C ® 2Li2C2 (کاربیدها)

2. تعامل با آب. تمام فلزات قلیایی با آب واکنش داده و آن را به هیدروژن تبدیل می کنند. فعالیت برهمکنش فلزات با آب از لیتیوم به سزیم افزایش می یابد.

2Na + 2H2O ® 2NaOH + H2

2Li + 2H2O ® 2LiOH + H2

3. با اسیدها تعامل داشته باشید. فلزات قلیایی با اسیدهای کلریدریک و سولفوریک رقیق واکنش داده و هیدروژن آزاد می کنند:

2Na + 2HCl ® 2NaCl +H2

اسید سولفوریک غلیظ عمدتاً به سولفید هیدروژن احیا می شود:

8Na + 5H2SO4® 4Na2SO4+ H2S + 4H2O

در این حالت، واکنش موازی احیای اسید سولفوریک به اکسید گوگرد (IV) و گوگرد عنصری امکان پذیر است.

هنگامی که یک فلز قلیایی با اسید نیتریک رقیق واکنش می دهد، آمونیاک یا نیترات آمونیوم عمدتاً و با نیتروژن غلیظ یا اکسید نیتریک (I) به دست می آید:

8Na +10HNO3(dil.)® 8NaNO3+ NH4NO3+ 3 H2O

8K + 10HNO3 (conc.)® 8KNO3+ NO2+ 5H2O

با این حال، به عنوان یک قاعده، چندین محصول به طور همزمان تشکیل می شود.

4. برهمکنش با اکسیدها و نمک های فلزی. فلزات قلیایی به دلیل فعالیت شیمیایی بالای خود می توانند بسیاری از فلزات را از اکسیدها و نمک های خود بازیابی کنند:

BeO +2Na ®Be + Na2O

CaCl2 + 2Na® Ca + 2NaCl

اعلام وصول:

فلز سدیم به صورت صنعتی با الکترولیز مذاب کلرید سدیم با الکترودهای بی اثر تولید می شود. در مذاب، کلرید سدیم به یون ها تجزیه می شود:

NaCl↔ Na+ + Cl-

در طی الکترولیز، کاتیون Na+ در کاتد کاهش می یابد و آنیون کلر در آند اکسید می شود:

کاتد: 2 Na++2е ® 2Na

آند: 2 Cl--2e ® Cl2

2Na++ 2Cl-® 2Na + Cl2 یا 2NaCl®2Na + Cl

بنابراین، سدیم و کلر در طول الکترولیز تشکیل می شوند. گاهی اوقات سدیم از طریق الکترولیز مذاب هیدروکسید سدیم به دست می آید.

راه دیگر برای به دست آوردن سدیم کاهش سودا با زغال سنگ در دماهای بالا است:

Na2CO3+ 2C®2Na + 3CO

پتاسیم با سدیم از مذاب کلرید پتاسیم یا هیدروکسید پتاسیم جایگزین می شود:

KCl + Na ® K + NaCl

پتاسیم را می توان با الکترولیز مذاب ترکیبات آن (KCl؛ KOH) نیز به دست آورد.

فلز لیتیوم از طریق الکترولیز مذاب لیتیوم کلرید یا از احیای اکسید لیتیوم با آلومینیوم به دست می آید.

روبیدیم و سزیم از کاهش هالیدهای آنها با فلزات در خلاء به دست می آیند:

2RbCl + Ca = 2Rb + CaCl2 ; 2CsCl + Mg = 2Cs + CaCl2

اکسیدهای فلزات قلیایی (R2O):

اکسیدهای لیتیوم و سدیم مواد سفید رنگ، اکسید پتاسیم دارای رنگ زرد روشن، اکسید روبیدیم زرد و اکسید سزیم نارنجی است. همه اکسیدها ترکیبات واکنشی هستند، خواص اساسی مشخصی دارند و در سری از اکسید لیتیوم تا اکسید سزیم، خواص پایه افزایش می یابد.

اکسیداسیون فلز فقط اکسید لیتیوم تولید می کند:

4Li + O2® 2Li2O

اکسیدهای باقی مانده به طور غیر مستقیم به دست می آیند. بنابراین، اکسید سدیم با احیای یک ترکیب سدیم با فلز سدیم به دست می آید:

Na2O2+ 2Na® 2Na2O

2NaOH + 2Na ® 2Na2O + H2

اکسیدهای فلزات قلیایی به راحتی با آب برهمکنش می کنند و هیدروکسیدها را تشکیل می دهند، به عنوان مثال:

Li2O + H2O ® 2LiOH

آنها با اکسیدهای اسید و اسیدها واکنش می دهند و نمک ها را تشکیل می دهند:

Na2O + SO3 ® Na2SO4

K2O + 2HNO3 ® 2KNO3 + H2O

هیدروکسیدهای فلزات قلیایی (ROH):

آنها جامدات کریستالی سفید هستند. تمام هیدروکسیدهای فلزات قلیایی بازهای قوی و محلول در آب هستند. نام رایج آن قلیایی است.

هیدروکسیدها از برهمکنش فلزات قلیایی یا اکسیدهای آنها با آب تشکیل می شوند:

2Li + 2H2O ® 2LiOH + H2

Li2O + H2O ® 2LiOH

هیدروکسیدهای سدیم و پتاسیم که از اهمیت عملی بالایی برخوردار هستند، در صنعت با الکترولیز کلریدها تولید می شوند:

2NaCl + 2H2O ® 2NaOH + H2 + Cl2

کاتد: 2H++ 2ē ® H02

آند: 2Cl-– 2ē ® Cl02

هیدروکسیدهای فلزات قلیایی تمام خواص مشخصه بازها را نشان می دهند: آنها با اسیدها و اکسیدهای آمفوتریک، هیدروکسیدهای آمفوتریک، اسیدها، نمک ها تعامل دارند. برخی از فلزات در محلول های آبی قلیاها حل می شوند و هیدروکسیدهای آمفوتریک تشکیل می دهند، به عنوان مثال:

روی + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

زیر گروه هالوژن ها

سخنرانی شماره 3

طرح سخنرانی

1. ویژگی های عمومیزیر گروه ها

2. بودن در طبیعت. تاریخچه بدست آوردن فلوئور

3. روشهای بدست آوردن فلوئور

4. فیزیکی و خواص شیمیاییفلوئور

5. ترکیبات فلوئور - فلوراید

6. خواص فیزیکی و شیمیایی هیدروژن فلوراید

7. ترکیبات اکسیژن فلوئور

8. کاربرد فلوئور و ترکیبات آن

9. بودن در طبیعت. تاریخچه تولید کلر

10. خواص فیزیکی و شیمیایی فلوئور

11. ترکیبات کلر - کلریدها. ویژگی های مقایسه ایهالیدهای هیدروژن

12. ترکیبات اکسیژن کلر

13. استفاده از کلر و ترکیبات آن. نقش بیولوژیکی کلر

14. بودن در طبیعت. تاریخچه به دست آوردن برم، ید

15. خواص فیزیکی و شیمیایی برم و ید

16. ترکیبات برم و ید

17. کاربرد برم و ید

عناصر گروه VII (17) زیرگروه اصلی عبارتند از: فلوئور F، کلر Cl، برم Br، ید I، استاتین At.

در حالت پایه، اتم های هالوژن دارای یک پیکربندی الکترونیکی از سطح انرژی بیرونی هستند - …ns 2 np 5، که در آن n عدد کوانتومی اصلی (عدد دوره) است. حالت های اکسیداسیون زیر برای اتم های هالوژن معمول است: برای فلوئور - (–1، 0). برای کلر - (-1، 0، +1، +3، (+4)، +5، (+6)، +7). برای برم - (-1، 0، +1، +3، (+4)، +5، +7). برای استاتین - (-1، 0، +5).

روی میز. 1 ویژگی های اصلی گروه VII (17) زیر گروه اصلی را نشان می دهد.

در گروه VII، زیرگروه اصلی از بالا به پایین، بار موثر هسته افزایش می‌یابد، شعاع مداری نیز افزایش می‌یابد، انرژی یونیزاسیون کاهش می‌یابد و خواص کاهشی اتم‌ها افزایش می‌یابد. اتم‌های هالوژن با انرژی‌های یونیزاسیون بالایی مشخص می‌شوند، بنابراین خواص کاهشی آن‌ها ویژگی کمی دارد.

در گروه VII، زیرگروه اصلی از بالا به پایین، بار مؤثر هسته افزایش می‌یابد، شعاع مداری افزایش می‌یابد، انرژی میل الکترون کاهش می‌یابد و خواص اکسیدکننده اتم‌ها کاهش می‌یابد.

اتم فلوئور فاقد اوربیتال d آزاد است، الکترون‌های ظرفیت اتم فلوئور (... 2s 2 2p 5) در برابر عمل هسته محافظت ضعیفی دارند، که شعاع کوچک اتم فلوئور و مقادیر بالا را توضیح می‌دهد. انرژی یونیزاسیون و الکترونگاتیوی انرژی میل ترکیبی الکترون اتم فلوئور کمتر از اتم کلر است. این به دلیل شعاع کوچک اتم فلوئور و دافعه قوی بین الکترونیکی زمانی است که یک الکترون به یک اتم متصل می شود.

در گروه VII، زیرگروه اصلی از بالا به پایین، انرژی یونیزاسیون کاهش می یابد، انرژی میل ترکیبی الکترون کاهش می یابد و الکترونگاتیوی کاهش می یابد.

در حالت گازی، مایع و جامد، مولکول های هالوژن دو اتمی G 2 هستند. این مواد دارای شبکه کریستالی مولکولی و در نتیجه نقطه جوش و ذوب پایین هستند.

در گروه VII، زیرگروه اصلی از بالا به پایین، نقطه ذوب و جوش افزایش می یابد. برای موادی با شبکه کریستالی مولکولی، نقطه ذوب و جوش به بزرگی انرژی برهمکنش بین مولکولی بستگی دارد. از آنجایی که مولکول های هالوژن غیرقطبی هستند، بنابراین، برای آنها، انرژی برهمکنش بین مولکولی تنها به بزرگی قطبش پذیری بستگی دارد. قطبش پذیری از F 2 به Cl 2 به دلیل افزایش طول پیوند شیمیایی و تعداد کل الکترون ها افزایش می یابد.

در فرم آزاد، همه هالوژن ها رنگی هستند: F 2 - گاز سبز کم رنگ، Cl 2 - گاز زرد-سبز. Br 2 - مایع قرمز قهوه ای؛ I 2 - جامد خاکستری بنفش؛ در - ماده خاکستری با درخشش فلزی.

1) اکسید کننده های معمولی
2) عناصر انتقال
3) * - عناصر

1) مواد گازی بی رنگ و بی بو
2) مایعات در دمای اتاق
3) فلزات

2) دو الکترون در هر سطح بیرونی
3) سطح بیرونی کاملاً پر شده است

1) توانایی از دست دادن دو الکترون خارجی، تشکیل یک کاتیون
با حالت اکسیداسیون +2
با حالت اکسیداسیون +1
3) توانایی به دست آوردن یک الکترون در هر سطح خارجی، تشکیل
آنیون با حالت اکسیداسیون -1

1) خیلی سخت
2) رایج ترین در پوسته زمین
3) رادیواکتیو

1) خود به خود در هوا مشتعل می شود
2) در آب ذخیره می شود
3) در نفت سفید ذخیره می شود
همه این فلزات ...
1) عایق های معمولی
2) عوامل کاهنده قوی
3) اکسید کننده ها

1) پراکسیدهای ترکیب Me2O2
2) اکسیدهای ترکیب Me2O

تی hv
1) K2O2 + 2K === 2K2O 3) 2KO2 + O3 === K2O + 3O2
تی
2) KO2 + 3K === 2K2O

تشکیل…
1) هیدروکسیدها
2) هیدراته می کند
3) هیدریدها

1) هیدریدها و اکسیژن
2) قلیایی و هیدروژن
3) پراکسیدها و هیدروژن

1) KSO4
2) KHSO4
3) K2SO4

1) که در سری تنش فلزات بعد از H قرار دارند
2) که در سری تنش فلزات تا N می باشد
3) همه پاسخ خواهند داد

1) Al و Na
2) K و Na
3) K و Mn

1) نقره و آهن
2) کلرید آهن و نقره
3) نیترات مس (I I) و نقره

الف) Na + H2 →
ب) NaO2 + H2O →

1. تمام عناصر زیرگروه اصلی گروه I سیستم تناوبی متعلق به ...
3) * - عناصر
2. همه عناصر * - به جز هیدروژن و هلیوم ...
3) فلزات
3. اتم های عناصر قلیایی دارای ...
1) یک الکترون در هر سطح بیرونی
4. اتم های عناصر قلیایی دارای ...

2) توانایی از دست دادن یک الکترون خارجی واحد، تشکیل یک کاتیون
با حالت اکسیداسیون +1

5. فرانسیوس، تکمیل کننده گروه I، ...

3) رادیواکتیو
6. تمام s - فلزات بسیار فعال هستند و بنابراین ...

3) در نفت سفید ذخیره می شود
7. از آنجایی که الکترون های بیرونی فلزات s به راحتی به عناصر دیگر منتقل می شوند، تمام این فلزات ...
2) عوامل کاهنده قوی

8. تمام فلزات قلیایی در اتمسفر اکسیژن می سوزند و ...

3) پراکسیدهای Me2O2 و اکسیدهای Me2O
9. اکسید پتاسیم را می توان در نتیجه واکنش ...

تی
2) KO2 + 3K === 2K2O

10. همه * - فلزات با هیدروژن با حرارت کمی ترکیب می شوند.
تشکیل…
3) هیدریدها
11. هنگامی که فلزات قلیایی با آب برهمکنش می کنند، تشکیل ...

2) قلیایی و هیدروژن

12. سولفات پتاسیم ماده ای با فرمول ...

3) K2SO4
13. فلزات گروه I از زیر گروه اصلی با اسیدها برهم کنش خواهند داشت، آن ...

3) همه پاسخ خواهند داد
14. یک جفت فلز با مشابه ترین خواص:
2) K و Na

15. یک واکنش جایگزینی ممکن است بین ...
4) نیترات نقره و آهن
وظیفه I: تبدیل ها را انجام دهید، معادلات واکنش مربوطه را یادداشت کنید.
Na → Na2O2 → NaO2 → Na2CO3 → NaCl

Na2O2 + Na = Na2O

Na2O + CO2 = Na2CO3

Na2CO3 +2HCl = 2NaCl +H2O +CO2

تکلیف I I I: معادلات واکنش را کامل کنید
الف) 2Na + H2 → 2NaH
ب) Na2O + H2O → 2NaOH

1. تمام عناصر زیرگروه اصلی گروه I سیستم تناوبی متعلق به
3) * - عناصر
2. همه عناصر * - به جز هیدروژن و هلیوم ...
3) فلزات
3. اتم های عناصر قلیایی دارای ...
1) یک الکترون در هر سطح بیرونی
4. اتم های عناصر قلیایی دارای ...
2) توانایی از دست دادن یک الکترون خارجی واحد، تشکیل یک کاتیون
با حالت اکسیداسیون +1
5. فرانسیوس، تکمیل کننده گروه I، ...

3) رادیواکتیو
6. تمام s - فلزات بسیار فعال هستند و بنابراین ...

در اینجا پاسخ صحیحی وجود ندارد: لیتیوم در هوا مشتعل نمی شود و نمی توان آن را در نفت سفید ذخیره کرد، اما به احتمال زیاد آن را ترک می کند، برای فلزات دیگر این درست است.
3) در نفت سفید ذخیره می شود
7. از آنجایی که الکترون های بیرونی فلزات * - به راحتی به عناصر دیگر منتقل می شوند،
همه این فلزات ...
2) عوامل کاهنده قوی
8. تمام فلزات قلیایی در اتمسفر اکسیژن می سوزند و ...
3) پراکسیدهای Me2O2 و اکسیدهای Me2O، اگرچه برای همه نیز اینطور نیست
9. اکسید پتاسیم را می توان در نتیجه واکنش به دست آورد

2) KO2 + 3K === 2K2O
10. همه * - فلزات با هیدروژن در حال حاضر با حرارت کمی ترکیب شده و تشکیل ...
3) هیدریدها
11. هنگامی که فلزات قلیایی با آب برهمکنش می کنند، تشکیل ...
2) قلیایی و هیدروژن
12. سولفات پتاسیم ماده ای با فرمول ...
3) K2SO4
13. فلزات گروه I از زیر گروه اصلی با اسیدها برهم کنش خواهند داشت، آن ...
3) همه پاسخ خواهند داد
14. یک جفت فلز با مشابه ترین خواص:
2) K و Na
15. یک واکنش جایگزینی ممکن است بین ...
4) نیترات نقره و آهن
وظیفه I: تبدیل ها را انجام دهید، معادلات واکنش مربوطه را یادداشت کنید.
Na → Na2O2 → NaO2 → Na2CO3 → NaCl
2Nа+О2=Nа2О2

Na2O2 + 2Na \u003d 2Na2O

Na2O+CO2=Na2CO3

Na2CO3 + 2HCl \u003d 2NaCl + CO2 + H2O
تکلیف I I I: معادلات واکنش را کامل کنید
الف) 2Na + H2 → 2NaH
ب) 2NaO2 + Н2О →NaOH + NaHO2 + O2

بریلیم Be، منیزیم منیزیم، کلسیم کلسیم، استرانسیم Sr، باریم Ba و رادیوم Ra زیرگروه اصلی گروه دوم جدول تناوبی عناصر را تشکیل می دهند.

جدول 18 - ویژگی های عناصر 2Ap / گروه

اتم های این عناصر دارای دو الکترون s در سطح الکترونیکی بیرونی هستند: ns 2 . در شیمی در واکنش‌ها، اتم‌های عناصر زیرگروه به راحتی هر دو الکترون سطح انرژی بیرونی را ترک می‌کنند و ترکیباتی تشکیل می‌دهند که در آن حالت اکسیداسیون عنصر 2+ است.

تمام عناصر این زیر گروه متعلق به فلزات است. کلسیم، استرانسیم، باریم و رادیوم را فلزات قلیایی خاکی می نامند.

این فلزات در طبیعت در حالت آزاد یافت نمی شوند. رایج ترین عناصر شامل کلسیم و منیزیم است. مواد معدنی اصلی حاوی کلسیم عبارتند از کلسیت CaCO 3 (انواع آن سنگ آهک، گچ، مرمر)، انیدریت CaSO 4، گچ CaSO 4 ∙ 2H 2 O، فلوریت CaF 2 و فلوراپاتیت Ca 5 (PO 4) 3 F. منیزیم بخشی است. از مواد معدنی منیزیت MgCO 3، دولومیت MgCO 3 ∙ CaCo 3، کارنالیت KCl ∙ MgCl 2 ∙ 6H 2 O. ترکیبات منیزیم به مقدار زیاد در آب دریا یافت می شود.

خواص. بریلیم، منیزیم، کلسیم، باریم و رادیوم فلزات نقره ای سفید هستند. استرانسیوم دارای رنگ طلایی است. این فلزات سبک هستند، کلسیم، منیزیم و بریلیم چگالی پایینی دارند.

رادیوم یک عنصر شیمیایی رادیواکتیو است.

بریلیم، منیزیم و به ویژه عناصر قلیایی خاکی فلزات واکنش پذیر هستند. آنها عوامل کاهش دهنده قوی هستند. از فلزات این زیرگروه، بریلیم تا حدودی کمتر فعال است که به دلیل تشکیل یک لایه اکسید محافظ روی سطح این فلز است.

1. تعامل با مواد ساده. همه به راحتی با اکسیژن و گوگرد تعامل می کنند و اکسیدها و سولفات ها را تشکیل می دهند:

2Be + O 2 = 2BeO

بریلیم و منیزیم هنگام گرم شدن با اکسیژن و گوگرد واکنش می دهند، بقیه فلزات - در شرایط عادی.

تمام فلزات این گروه به راحتی با هالوژن ها واکنش می دهند:

Mg + Cl 2 \u003d MgCl 2

هنگامی که گرم می شود، همه چیز با هیدروژن، نیتروژن، کربن، سیلیکون و سایر غیر فلزات واکنش نشان می دهد:

Ca + H 2 = CaH 2 (هیدرید کلسیم)

3Mg + N 2 = Mg 3 N 2 (نیترید منیزیم)

Ca + 2C = CaC 2 (کاربید کلسیم)

کاریبیت کلسیم یک ماده کریستالی بی رنگ است. کاربیت فنی حاوی ناخالصی های مختلف می تواند به رنگ خاکستری، قهوه ای و حتی سیاه باشد. کاربید کلسیم با آب تجزیه می شود و گاز استیلن C 2 H 2 - یک محصول شیمیایی مهم است. صنعت:

CaC 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + C 2 H 2

فلزات مذاب می توانند با فلزات دیگر ترکیب شوند و ترکیبات بین فلزی مانند CaSn 3 و Ca 2 Sn را تشکیل دهند.

2. با آب تعامل داشته باشید. بریلیم با آب تعامل ندارد، زیرا. واکنش توسط یک فیلم اکسید محافظ روی سطح فلز جلوگیری می شود. منیزیم هنگام گرم شدن با آب واکنش می دهد:

Mg + 2H 2 O \u003d Mg (OH) 2 + H 2

فلزات باقی مانده به طور فعال با آب در شرایط عادی برهم کنش می کنند:

Ca + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2

3. تعامل با اسیدها. همه با اسیدهای کلریدریک و سولفوریک رقیق با آزاد شدن هیدروژن برهم کنش می کنند:

Be + 2HCl \u003d BeCl 2 + H 2

اسید نیتریک رقیق توسط فلزات عمدتاً به آمونیاک یا نیترات آمونیوم کاهش می یابد:

2Ca + 10HNO 3 (تفاوت) = 4Ca(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

در اسیدهای نیتریک و سولفوریک غلیظ (بدون حرارت)، بریلیم غیرفعال می شود، بقیه فلزات با این اسیدها واکنش می دهند.

4. تعامل با مواد قلیایی. بریلیم با محلول‌های آبی قلیایی‌ها تعامل می‌کند و نمک پیچیده‌ای را تشکیل می‌دهد و هیدروژن آزاد می‌کند:

Be + 2NaOH + 2H 2 O \u003d Na 2 + H 2

منیزیم و فلزات قلیایی خاکی با قلیاها واکنش نمی دهند.

5. برهمکنش با اکسیدها و نمک های فلزی. منیزیم و فلزات قلیایی خاکی می توانند بسیاری از فلزات را از اکسیدها و نمک های خود کاهش دهند:

TiCl 4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl 2

V 2 O 5 + 5Ca = 2V + 5CaO

بریلیم، منیزیم و فلزات قلیایی خاکی از الکترولیز مذاب کلریدهای آنها یا احیای حرارتی ترکیبات آنها به دست می آیند:

BeF 2 + Mg = Be + MgF 2

MgO + C = Mg + CO

3CaO + 2Al \u003d 2Ca + Al 2 O 3

3BaO + 2Al = 3Ba + Al 2 O 3

رادیوم به شکل آلیاژ با جیوه با الکترولیز به دست می آید. محلول آبی RaCl 2 با کاتد جیوه.

اعلام وصول:

1) اکسیداسیون فلزات (به جز Ba که پراکسید تشکیل می دهد)

2) تجزیه حرارتی نیترات ها یا کربنات ها

CaCO 3 - t ° \u003d CaO + CO 2

2Mg (NO 3) 2 - t ° \u003d 2MgO + 4NO 2 + O 2

تعیین سختی آب از اهمیت عملی بالایی برخوردار است و به طور گسترده در مهندسی، صنعت و کشاورزی استفاده می شود.

آب هنگام تعامل با نمک های کلسیم و منیزیم موجود در پوسته زمین، استحکام پیدا می کند. انحلال کربنات های کلسیم و منیزیم زمانی اتفاق می افتد که دی اکسید کربن خاک با این نمک ها برهمکنش می کند.

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2

MgCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Mg (HCO 3) 2

بی کربنات های حاصل در آب های زیرزمینی حل می شوند. گچ CaSO 4

کمی به طور مستقیم در آب محلول است.

تمیز دادن سفتی موقت، دائمی و کلی.

سختی موقت یا کربناتهبه دلیل وجود بی کربنات های کلسیم و منیزیم محلول در آب. این سفتی به راحتی با جوشاندن: t 0 از بین می رود

Ca (HCO 3) 2 \u003d CaCO 3 + H 2 O + CO 2

Mg (HCO 3) 2 \u003d MgCO 3 + CO 2 + H 2 O

سختی آب دائمیبه دلیل وجود نمک های کلسیم و منیزیم در آن که هنگام جوشاندن رسوب نمی کنند (سولفات ها و کلریدها). مجموع سفتی موقت و دائم است سختی کل آب. با تعداد کل میلی مول معادل یون های Ca 2 + و Mg 2 + در 1 لیتر آب (mmol / L) یا هزارم معادل جرم مولی Ca 2 + و Mg 2 + در 1 لیتر آب تعیین می شود. میلی گرم در لیتر).

نکته: در محاسبات مربوط به سختی آب باید در نظر گرفت که E (Ca 2+) \u003d 1 / 2Ca 2+ و E (Mg 2+) \u003d 1/2 Mg 2+ و Me (Ca 2 +) \u003d 1 / 2M یون Ca2+ = 20 گرم در مول و Me(Mg 2+) = ½ M Mg 2+ یون = 12 گرم در مول. سپس: 0.02 گرم جرم 0.001 mol یا 1 میلی مول Ca 2+ معادل است.

با توجه به مقدار سختی کل، آب به صورت زیر طبقه بندی می شود:

1. نرم (< 4 ммоль/л),

1. متوسط ​​سخت (4-8 میلی مول در لیتر)،

2. سخت (8-12 میلی مول در لیتر)،

3. بسیار سخت (>12 میلی مول در لیتر).

آب سخت برای فرآیندهای فناوری در تعدادی از بخش ها و صنایع مناسب نیست. هنگامی که دیگ بخار روی آب سخت کار می کند، سطح گرم شده آن با رسوب پوشیده می شود، زیرا. مقیاس گرما را به خوبی هدایت نمی کند، اول از همه، عملکرد خود دیگ غیراقتصادی می شود. یک لایه رسوب به ضخامت 1 میلی متر مصرف سوخت را تقریباً 5 درصد افزایش می دهد. علاوه بر این، دیواره های دیگ که از آب عایق شده اند، می توانند تا دمای بسیار بالا گرم شوند. در این حالت دیوارها اکسید می شوند و استحکام قبلی خود را از دست می دهند که می تواند منجر به انفجار دیگ شود. استفاده از آب سخت مصرف مواد شوینده را افزایش می دهد، شستشوی لباس ها، شستن مو و سایر عملیات مرتبط با مصرف صابون را با مشکل مواجه می کند. این امر به دلیل حل نشدن نمک های فلزات دو ظرفیتی و اسیدهای آلی است که جزء صابون هستند که از یک طرف اشیاء در حال شستشو آلوده می شوند و از طرف دیگر صابون به طور غیرمولد هدر می رود.

چند راه برای کاهش سختی آب وجود دارد:

1) جوش (فقط برای سختی موقت)؛

2) روش شیمیایی (با استفاده از Ca (OH) 2، Na 2 CO 3، (NaPO 3) 6 یا Na 6 P 6 O 18، Na 3 PO 4، و غیره)

3) روش تبادل یونی با استفاده از آدوموسیلیکات ها:

Na 2 H 4 Al 2 Si 2 O 10 + Ca(HCO 3) 2 = CaH 4 Al 2 Si 2 O 10 + 2 NaHCO 3

Na 2 H 4 Al 2 Si 2 O 10 + CaSO 4 = CaH 4 Al 2 Si 2 O 10 + Na 2 SO 4

و با استفاده از رزین های تبادل یونی که مواد آلی با مولکولی بالا حاوی گروه های عاملی اسیدی یا بازی هستند.

از مبدل های کاتیونی نیز برای نرم کردن آب استفاده می شود. به عنوان مثال، هنگام عبور آب سخت از یک مبدل کاتیونی نوع RNa، فرآیندهای تبادل یونی زیر رخ می دهد:

2RNa + Ca 2 + \u003d R 2 Ca + 2Na +

2RNa + Mg 2 + \u003d R 2 Mg + 2 Na +

بهترین راه برای نرم کردن آب، تقطیر آن است.

سختی آب با استفاده از روش های تیتریمتری آنالیز کمی که بخشی از شیمی تجزیه است تعیین می شود.

وظایف برای کنترل جذب موضوع

1. 2.12 گرم کربنات سدیم برای رسوب بی کربنات های کلسیم و منیزیم از 2 لیتر آب استفاده شد. سختی آب را تعیین کنید.

2. سختی کربنات آب 40 میلی گرم در لیتر معادل است. هنگام جوشاندن 120 لیتر از این آب، 216.8 گرم از رسوب مخلوط کربنات کلسیم و هیدروکسو کربنات منیزیم آزاد شد. جرم هر یک از اجزای مخلوط را تعیین کنید.

3. آب سخت حاوی 50 میلی گرم در لیتر بی کربنات کلسیم و 15 میلی گرم در لیتر سولفات کلسیم است. چه مقدار (بر حسب جرم) کربنات سدیم برای نرم شدن 1 متر مکعب چنین آبی لازم است؟

4. چه جرمی از فسفات سدیم باید به 500 میلی لیتر آب اضافه شود. برای از بین بردن سختی کربنات آن معادل 5 میلی مول؟

5. سختی آبی را که در 100 لیتر آن حاوی 14.632 گرم بی کربنات منیزیم است محاسبه کنید؟

6. هنگام تعیین سختی آب به روش کمپلکس سنجی، 5 میلی لیتر 0.1 نیوتن برای تیتراسیون 100 میلی لیتر آب لازم است. محلول Trilon B. سختی آب را محاسبه کنید.

7. 12.95 گرم هیدروکسید کلسیم به 100 لیتر آب سخت اضافه شد. سختی کربنات آب چقدر کاهش یافت؟

8. مقدار اضافی سودا به آب سخت حاوی 1 گرم سولفات کلسیم در لیتر اضافه شد. سختی آب منبع بر حسب میلی گرم بر لیتر معادل چقدر است. پس از حذف کامل سختی از 1 متر مکعب چنین آبی چند گرم رسوب می ریزد؟

9. آب فاضلاب یک کارخانه شیمیایی حاوی 5 گرم نیترات کلسیم و 2 گرم نمک معمولی در هر لیتر است. سختی این آب چند میلی مول بر لیتر است. چه ماده ای و به چه مقدار باید به 10 لیتر چنین آبی اضافه کرد تا سختی کاملاً از بین برود؟

10. آب معدنی «نرزان» حاوی 0.3394 گرم کلسیم و 0.0884 گرم منیزیم به صورت یون در هر لیتر است. سختی کل نرزان چند میلی مول بر لیتر است؟ به یک متر مکعب نارزان چه ماده ای و به چه مقدار باید اضافه کرد تا سختی آن کاملا برطرف شود؟

11. اگر برای از بین بردن آن لازم بود 15.9 گرم نوشابه بی آب به 100 لیتر آب اضافه شود، سختی آب چقدر است (به میلی مول در لیتر)؟

12. سختی آب را با دانستن اینکه 600 لیتر از آن حاوی 65.7 گرم بی کربنات منیزیم و 61.2 سولفات پتاسیم است محاسبه کنید.

13. حلالیت گچ در آب 8 10 -3 mol/l است. سختی چنین محلولی (اشباع شده) بر حسب میلی گرم در لیتر چقدر است؟ به یک متر مکعب چنین آبی چه ماده ای و به چه مقدار باید اضافه کرد تا سختی آن کاملا از بین برود؟

14. هنگام جوشاندن 250 میلی لیتر آب حاوی بی کربنات کلسیم، رسوب 3.5 میلی گرم وزن داشت. سختی آب چقدر است؟

15. اگر 8 میلی لیتر 0.05 نیوتن برای تیتراسیون 200 میلی لیتر آب استفاده شده باشد، سختی کربنات را تعیین کنید. محلول HCl

C Si Ge Sn Pb

ویژگی های عمومی

پیکربندی الکترونیکی ns 2 np 2

حالت های اکسیداسیون معمولی: -4; 0; +2; +4.

حداکثر ظرفیت این عناصر، هم از نظر پس زدگی و هم از نظر بهره الکترونی، چهار است. به دلیل افزایش حجم اتم ها در هنگام گذار از کربن به سرب، فرآیند پذیرش الکترون ها ضعیف می شود و سهولت از دست دادن آنها افزایش می یابد، بنابراین خواص فلزی اتم ها از بالا به پایین افزایش می یابد.

کربن

یافتن در طبیعت، کاربرد، خواص فیزیکی.اشکال کربن در طبیعت متنوع است. علاوه بر بافت موجودات زنده و محصولات تخریب آنها (زغال سنگ، نفت و غیره) بخشی از بسیاری از مواد معدنی است،اکثراً فرمول کلی MCO 3 را دارد که M یک فلز دو ظرفیتی است. رایج ترین این کانی ها کلسیت (CaCO 3) است که گاهی اوقات تجمعات عظیمی را در مناطق خاصی از سطح زمین تشکیل می دهد. کربن در جو به شکل دی اکسید کربن یافت می شود.که به صورت محلول در تمام آبهای طبیعی نیز یافت می شود.

کربن به شکل زغال چوب از زمان های بسیار قدیم برای بشر شناخته شده است. این نام مدرن خود را در سال 1787 دریافت کرد. کربن طبیعی از دو ایزوتوپ - 12 C (98.892٪) و 13 C (1.108٪) تشکیل شده است. جرم ایزوتوپ کربن 12 به عنوان واحد جرم اتمی و مولکولی در نظر گرفته می شود. در اجسام مختلف طبیعی، نسبت هر دو ایزوتوپ ممکن است کمی متفاوت باشد.

کربن آزاد در طبیعت به شکل دو ماده ساده وجود دارد - الماس و گرافیت (پایدارترین شکل کربن در شرایط عادی). اینها شامل کربن به اصطلاح "بی شکل" است که ساده ترین نماینده آن زغال چوب است. الماس دارای چگالی 3.5 گرم بر سانتی متر مکعب است و سخت ترین مواد معدنی است. خالص ترین الماس ها بی رنگ و شفاف هستند. گرافیت یک توده خاکستری، فلزی و درخشنده است. با چگالی 2.2 گرم بر سانتی متر 3. بسیار نرم است - به راحتی با ناخن خراشیده می شود و هنگام مالش رگه های خاکستری روی کاغذ باقی می ماند. کربن "آمورف" از نظر خواص کاملاً شبیه گرافیت است.

تشکیل الماس طبیعیاز طریق تبلور کربن در لایه های عمیق زمین (200-300 کیلومتر از سطح) در دمای حدود 3000 درجه سانتی گراد و فشار حدود 200 هزار اتمسفر رخ داده است. رسوبات اولیه آنها با یک رخنمون بسیار نادر از یک سنگ خاص - کیمبرلیت همراه است و رسوبات سست گهگاه در لایه های آبرفتی یافت می شود. پیشرفت های صنعتی به طور متوسط ​​تنها 0.5 گرم الماس در هر تن سنگ دارند. ذخایر غنی در یاکوتیا (1955) کشف شد. ساختار الماس را می توان به صورت چهار وجهی با یک اتم کربن در مرکز، که در بی نهایت در سه بعد تکرار می شود، نشان داد (شکل 1). الماس دارای یک شبکه کریستالی اتمی است.

برنج. 1. طرح آرایش اتم های C در الماس. برنج. 2. الماس تراش معمولی.

با وجود سختی، الماس شکننده است و در اثر ضربه به راحتی می شکند. گرما را به خوبی هدایت می کند، اما عملا جریان الکتریکی را هدایت نمی کند. همه الماس ها بی رنگ نیستند، برخی از آنها رنگی دارند که از اندکی تا شدید متفاوت است. در رابطه با اشعه ایکس، الماس شفاف است (برخلاف تقلبی)، و برای پرتوهای فرابنفش، برخی از کریستال ها شفاف هستند، برخی دیگر شفاف نیستند.

الماس بسیار بی اثر است: نه اسید و نه قلیایی روی آن اثر نمی گذارد. در هوا، الماس در دمای حدود 900 درجه سانتیگراد و در اکسیژن - حدود 700 درجه سانتیگراد می سوزد. پس از احتراق، مقداری خاکستر باقی می ماند (0.02 درصد وزنی یا بیشتر)، که نشان دهنده وجود ناخالصی در الماس های طبیعی (عمدتاً آلومینیوم، سیلیکون، کلسیم و منیزیم) است. هنگامی که در دمای بالای 1200 درجه سانتیگراد در غیاب هوا گرم می شود، گرافیتی شدن الماس آغاز می شود.

زیباترین الماس ها با نام الماس جلا داده می شوند و به عنوان جواهرات استفاده می شوند (شکل 2). برای قیمت گذاری آنها، واحد جرم اعمال شده برای سنگ های قیمتی قیراط (0.2 گرم) است. بزرگترین الماس استخراج شده ("Cullinan") 3026 قیراط وزن داشت. بیش از 600

سختی استثنایی الماس ارزش آن را برای فناوری تعیین می کند. در این صنعت از تمام آن سنگ هایی (اکثریت قریب به اتفاق) که دارای نوعی نقص (رنگ زشت، ترک و ...) هستند استفاده می شود که آنها را به عنوان زینت نامناسب می کند.

این فرض وجود دارد که ماده اولیه برای سنتز طبیعی الماس کربن است که از کاهش (در دماهای بالا و تحت فشار بالا) سنگ‌های کربناته با آهن آهن بر اساس یک طرح خلاصه تقریبی حاصل می‌شود:

CaCO 3 + 5 FeO → Ca(FeO 2) 2 + Fe 3 O 4 + C.

Fe +2 Fe +3 (Fe +3 O 4)

فشار بسیار بالای لازم برای تبلور کربن به شکل الماس به دلیل افزایش های محلی تصادفی آن ایجاد شد.

بارها تلاش ها برای بدست آوردن مصنوعی الماس انجام شد، اما برای اولین بار تنها در سال 1953 موفق شدند. تبدیل گرافیت به الماس فقط می توان در فشارهای بسیار بالا، در دماهای بالا و در حضور کاتالیزورها انجام داد که برخی از عناصر سه گانه مناسب ترین آنها بودند. کریستال های الماس جوانه ای در سطح مشترک بین گرافیت و فلز کاتالیزور مذاب ظاهر می شوند. آنها با لایه ای از فلز کربنی مایع پوشیده می شوند، که کربن از طریق آن پس از رشد از گرافیت به الماس پخش می شود. فناوری مدرن این امکان را فراهم می کند که در چند دقیقه 20 گرم الماس را در یک محفظه بدست آورید.

روش دیگر سنتز نیز جالب است - با عمل بر روی گرافیت (در مخلوط با یک کاتالیزور) موج ضربه ای ناشی از انفجار. ماهیت آنی این عمل با وقوع فشار و دمای بسیار بالا در زمان انفجار جبران می شود. بنابراین در یکی از آزمایشات با موج ضربه ای تحت فشار 300 هزار اتمسفر. تقریباً تمام گرافیت گرفته شده به بلورهای الماس بسیار کوچک (تا اندازه 40 میکرون) تبدیل شد.

الماس های مصنوعی بلورهای کوچکی هستند که شکل غالب آنها معمولاً از مکعب (در دمای سنتز نسبتاً پایین) به هشت وجهی (در دماهای بالا) تغییر می کند. رنگ آنها نیز متفاوت است: از سیاه در دمای پایین تا سبز، زرد و سفید در دمای بالا. به عنوان مثال، در یکی از آزمایشات تحت فشار 200 هزار اتمسفر. گرم کردن آنی (در عرض هزارم ثانیه) گرافیت با تخلیه الکتریکی تا دمای 5000 درجه سانتیگراد، الماس های بی رنگ به دست آمد. آب تمیز. رنگ الماس های مصنوعی اساساً به ماهیت ناخالصی های موجود در کریستال ها (و بنابراین به ترکیب مخلوط اولیه گرافیت) بستگی دارد. به عنوان مثال، یک ماده افزودنی نیکل رنگ های مایل به سبز می دهد و در عین حال نیکل و بور - آبی است.

یکی از مصرف کنندگان عمده گرافیت، صنعت سرامیک است.تولید از مخلوط گرافیت با بوته های رسی برای ذوب مجدد فلزات (بوته های گرافیت). ساخته شده از گرافیت فشرده سکان گاز موشک. در متالورژی برای پاشیدن قالب ها در حین ریخته گری استفاده می شود. به دلیل هدایت الکتریکی خوب گرافیت، از آن برای ساختن استفاده می شود الکترود برای فرآیندهای الکتریکی و الکترومتالورژی. مقدار قابل توجهی گرافیت برای ساخت استفاده می شود رنگ های معدنی و مداد (مخلوط با خاک رس).یکی از کاربردهای جالب گرافیت استفاده از پودر آن (به تنهایی یا همراه با روغن ماشین) است. به عنوان روان کننده برای قسمت های مالشی مکانیسم ها.

دو آلوتروپ دیگر کربن کمتر شناخته شده هستند - کاربین و فولرن .

ممکن است شکل خطی کربن عنصری متفاوت از گرافیت و الماس باشد کارابین .

علاوه بر این، فولرن های C 70، C 74، C 84، و غیره، که شکل یک کروی دارند، به دست آمد (شکل 2).

برنج. 2. مولکول های C 60 و C 70.

خواص شیمیایی.کربن آزاد معمولی است عامل کاهنده.هنگامی که با اکسیژن در هوای اضافی اکسید می شود، به مونوکسید کربن (IV) تبدیل می شود:

با کمبود - در مونوکسید کربن (II):

هر دو واکنش بسیار گرمازا هستند.

هنگامی که کربن در اتمسفر مونوکسید کربن (IV) گرم می شود، تشکیل می شود مونوکسید کربن:

کربن بسیاری از فلزات را از اکسیدهای آنها کاهش می دهد:

به این ترتیب واکنش با اکسیدهای کادمیوم، مس و سرب انجام می شود. وقتی کربن با اکسیدهای فلزات قلیایی خاکی، آلومینیوم و برخی فلزات دیگر برهمکنش می‌کند، کاربیدها:

این با این واقعیت توضیح داده می شود که فلزات فعال عوامل کاهنده قوی تری نسبت به کربن هستند، بنابراین، هنگام گرم شدن، فلزات حاصل اکسید می شوندکربن اضافی، دادن کاربیدها:

ترکیبات با هیدروژن درکربن و عناصر گروه IV هیدریدهایی با فرمول کلی E n H 2 n + 2 تشکیل می دهند. برای کربن، n می تواند مقادیر زیادی به خود بگیرد. سیلیکون - n = 1÷6؛ ژرمانیم - n = 1÷3؛ قلع و سرب - n = 1.

CH 4 - کاربید هیدروژن (متان).این گاز بی رنگ و بی بو است، از نظر شیمیایی بی اثر است، با اسیدها و قلیاها تعامل ندارد، به راحتی مشتعل می شود و هنگامی که با هوا مخلوط می شود، یک "مخلوط انفجاری" انفجاری قابل انفجار است.

مشتقات متان - متانیدها: بریلیم و کاربید آلومینیوم Be 2 C و Al 4 C 3.مواد نسوز تجزیه شده توسط آب:

Al 4 C 3 + H 2 O → Al (OH) 3 + CH 4

کربن تعداد زیادی پرکاربید را تشکیل می دهد:

اتان C2H6; اتن C2H4; C 2 H 2 اتین.

پرکاربیدهای فلزات عناصر s و d، گروه های I و II (A) و آلومینیوم را استیلنید می گویند.

AgNO 3 + C 2 H 2 → Ag 2 C 2 + HNO 3

استیلید نقره

Al + C 2 H 2 → Al 2 (C 2) 3 + H 2

آلومینیوم استیلید

کلسیم استیلید (پرکاربید) از حرارت دادن اکسید کلسیم با زغال سنگ بدست می آید:

CaO + C t → CaC 2 + CO

(پرکاربید)، که به سادگی کاربید کلسیم نامیده می شود، با آب تجزیه می شود:

CaC 2 + H 2 O → Ca (OH) 2 + C 2 H 2 - برای تولید استیلن استفاده می شود