11_Лекция

Химические элементы, их класификация. Человек и биосфера. Водород
и его соединения. s-элементы ІА группы. Щелочные металлы
Общие свойства металлов
пластичность
Металлический блеск.
Тепло- и электропроводность
ковкость
Активность металлов
Атомные радиусы элементов
Li
10-4
Na
0,08
Содержание в организме человека, %
K
Rb
Cs
Be
Mg
Ca
0,23
10-5
10-4
10-7
0,027 1,4
Sr
10-3
Ba
10-5
Свойства атомарного водорода
H+←-е H +е→ H–
Радиус
21 pm 37 pm
Эл. конф.
1s0
1s1
H – e = H+ (протон)
H + e = H– (гидрид)
H + H2O = H3O+ (гидроксоний)
Н3О+
133 pm
1s2
Получение
1) Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
2) 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4]+ 3H2
3) 2H2O → 2H2 + O2
2NaCl + 2H2O → H2 + Cl2 + 2NaOH
4) C + H2O → CO + H2
5) CH4 + H2O → CO + 3H2
Способы собирания
Получение водорода в промышленности
• Очевидно, что при огромных объемах
промышленного производства сырьем для
получения водорода должны быть
легкодоступные и дешевые вещества. Такими веществами являются природный газ
(метан СН4) и вода. Запасы природного газа
велики, а воды — практически не
ограничены.
Получение водорода в промышленности
• 1. В основном получают из природного газа путем конверсии
(превращения) под действием водяных паров и катализатора:
СН4 + 2Н2О → 4Н2↑+СО2
• 2. Нагревание:
CH4 →2H2↑ +C
• 3. Разложение воды под действием электрического тока:
2Н2О→Н2↑ +О2↑
• В промышленности водород получают, пропуская водяные пары
над раскаленным углем:
С + Н20 = СО + Н2.
Применение водорода
Применение водорода
• 1 — производство минеральных
удобрений
• 2 — получение соляной кислоты;
• 3 — водород — автомобильное топливо
XXI века;
• 4 — топливо для ракетных двигателей;
• 5 — сварка и резка металлов;
• 6 — получение тугоплавких металлов;
• 7 — получение твердых жиров
(маргарина);
• 8 — синтез метилового спирта и других
органических продуктов.
Выводы:
• B промышленности для
получения водорода
используют доступное и дешевое сырье — природный
газ, каменный уголь и воду.
• Водород — это
перспективный источник
энергии XXI в.
Химические свойства
Восстановительные свойства:
1) с неметаллами: 2H20 + O2 → 2H2+1O (со взрывом при поджеге)
H20 + S (150-250°) → H2+1S
3H20+N2(p;t°)→ 2NH3+1 (в присутствии железного катализатора)
H20 + F2 → 2HF (со взрывом)
H2 + I2 (t°) → 2H+1I-1
2) с оксидами металлов: H20 + СuO (t°) → Cu + H2O
(способ получения малоактивных металлов Pb, Мо, W, Ni, Cu и др. С их
оксидов)
Окислительные свойства
3) со щелочными и щелочно-земенльными металлами:
H20 + 2Li0 → 2Li+1H-1
H20 + Ca0 → Ca+2H2-1
Гидриды
1. Солеобразующие гидриды
2Li + H2 = 2LiH (т.пл. 680 оС)
NaH + H2O = NaOH + H2
4LiH + AlCl3→ Li[AlCl4] + 3LiCl
4NaH + BCl3 → Na[BH4] + 3NaCl
MgH2
NaH
ZrHx
LaNi5H6
2. Металлические гидриды
3. Полимерные гидриды
Применение
ВОДА
речовини). Між молекулами води - водневі зв'язки:
sp3 гибридизация
D2O “тяжелая” вода
Вещество.
Молекулы.
Подавляющие большинство веществ состоит из
молекул, мельчайших частиц которые
сохраняют, все физические свойства вещества.
В природе существует около 100 видов атомов,
приведенных в таблице Менделеева, из этих
атомов образуется все многообразие
существующих в природе веществ.
МОЛЕКУЛЫ
Молекула вещества может состоять :
• из нескольких разных атомов,
• из нескольких одинаковых атомов.
• Некоторые вещества
состоят просто из атомов.
Водородные связи. Структура воды.
Кислотно-основные свойства
1) Слабый электролит: H2O → H+ + OH2) Вода – амфотерное соединение. Li2O + H2O → 2LiOH
MgO + H2O → → Mg(OH)2
SO3 + H2O → H2SO4
3) Гидролиз солей:
Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3 ↓+ 3H2S
Al2(CO3)3 + 6H2O → 2Al(OH)3 ↓ + 3H2O + 3CO2
4) Разложение гидридов
CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2
Ca3P2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2PH3
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2
Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3
5) Образование кристаллогидратов:
CuSO4 (білий) + 5H2O → CuSO4·5H2O (синий)
6) С активными металлами:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
3Fe + 4H2O (t°) → Fe3O4 + 4H2
7) С галогенами (продукты разные):
4F2 + 3H2O → OF2+ 6HF + O2
Cl2 + H2O → HClO + HCl
Пероксид водорода
Получение
Гидролиз его производных:
1. BaO2 + 2H2O → H2O2 + Ba(OH)2
2. H2S2O8 + 2H2O → H2O2 + 2H2SO4
Химические свойства
1. Разложение: 2H2O2 → 2H2O + O2
2. Окислительные и восстановительные свойства H2O2.
4Н2О2 +PbS →PbSO4+4H2O
5H2O2+2KMnO4+3H2O →5O2↑+2MnSO4+K2SO4+8H2O
ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ
Общая характеристика
Ат. Ном.
Название
Ел.конф.
Ат. рад,
нм
r
г/см3
t°пл.
°С
t°кип.
°С
Ст. ок
3
Li
[He] 2s1
0,531
180,5
1347
0,97
+1
11
Na
[Ne]3s1
0,97
97,9
882,9
1,01
+1
19
K
[Ar] 4s1
0,859
63,65
774
0,91
+1
27
Rb
[Kr] 5s1
1.53
38,4
688
0,89
+1
55
Cs
[Xe] 6s1
1,88
28.4
678
0,86
+1
87
Fr
[Rn] 7s1
–
–
–
–
+1
Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
Группы элементов
Пери –
оды
I
1
Н
2
Li
3
Na
3
6.939
Литий
Калий
29
Сu
Бериллий
Ag
Cs
55 Ва
132,905
Аu
196,967
Золото
Fr
112,40
[223]
Алюминий
Скандий
80
200,59
114,82
Rа
Индий
*
138,81
Hg ТI
[226]
49
Кремний
204,37
Радий
R2О
RO
Азот
40
91,22
Zr
Цирконий
Sn
Фосфор
VII
Олово
81
Таллий
Гафний
Pb
Мышьяк
41
92,906
Nb
Ниобий
Свинец
Rf
73
Та
180,948
Тантал
[262]
Сера
VIII
Не
2
51,996
Хром
Db
Фтор
34 Br
Селен
42
95,94
Мо
183.85
[263]
[99]
Технеций
52 I
55,847
W
Со
58,9332
Кобальт
75
186,2
Re
Рений
[262]
44
101,07
Ru
Рутений
45
Rh
102,905
Родий
76
190,2
Оs
77
192,2
Ir
Иридий
R2O5
RO3
R2O7
RH4
RH3
RH2
RH
36
83,80
46
106,4
Pd
Палладий
54
131,30
78
195,09
Рt
Платина
Rn
85
RO2
Никель
Ксенон
210
Борий
Ni
Xe
Осмий
Bh
58,71
39,948
Криптон
Радон
Астат
107
28
Кr
53
84 At
Сиборгий
27
126,9044
[210]
Sg
Fe
Железо
Йод
Полоний
106
Тс
43
26
35
Бром
18
Аргон
79,904
78,96
Теллур
74
Хлор
10
Ar
17
4.0026
20,183
Неон
35,453
Марганец
78,96
Nе
9
18,9984
Cr 25
Мn
44,956
24
83 Ро
Висмут
105
32,064
Вольфрам
208,980
F
17 Cl
51 Тe
121,75
Актиний Резерфордий Дубний
R2O3
Кислород
Молибден
Сурьма
82 Вi
207,19
8
15,9994
33 Se
74,9216
50 Sb
118,69
О
15 S
30,9738
32 As
72,59
Германий
** Ас 104
88 89
138,81
[261]
Франций
7
14,0067
Ванадий
La 72
Hf
178.49
Лантан
Ртуть
87
Y
Иттрий
Сd In
Барий
N
14 P
28,086
31 Ge
88,905
56 57
Углерод
Титан
26,9815
38 39
137.34
6
12,01115
Sc 22
Ti 23
V
47,90
50,942
44,956
Галлий
87,62
С
13 Si
26,9815
Zn Ga
Стронций
48
Бор
Кадмий
Цезий
79
65,37
5
10,811
20 21
40,08
Кальций
30
В
12 Al
24,312
Магний
37 Sr
85,47
Рубидий
47
4
9,0122
Цинк
Серебро
ЛВС
Ве
19 Сa
39,102
107,868
Высшие
оксиды
VI
Гелий
11 Мg
22,9898
Натрий
Rb
7
V
Водород
Медь
6
IV
1
63,546
5
III
1,00797
К
4
II
108
[265]
Hs
Хассий
109
[266]
Мt
Мейтнерий
RO4
86
[222]
Строение и свойства атомов
• Щелочные металлы – это элементы главной подгруппы
I группы Периодической системы химических
элементов Д.И. Менделеева: литий, натрий, калий,
рубидий, цезий, франций.
• На внешнем энергетическом уровне атомы этих
элементов содержат по одному электрону,
находящемся на сравнительно большом удалении от
ядра. Они легко отдают этот электрон, поэтому
являются сильными восстановителями. Во всех
соединениях щелочные металлы проявляют степень
окисления +1.
Калий
0
39
e = 19 P = 19 N = 20
+19
2 8 8 1
3d0
3p6
3s2
2p6
2s2
1s2
Краткая электронная запись -
____
4s1
Щелочные металлы – простые
вещества
Натрий
Литий
Щелочные металлы
Калий
Рубидий
Цезий
Физические свойства
• Серебристо – белые мягкие вещества
(режутся ножом), с характерным блеском
на свежесрезанной поверхности. Все они
лёгкие и легкоплавкие, причём, как
правило, плотность их возрастает от
лития к цезию.
Химические свойства
• А) с простыми веществами
2Li + Н2 = 2LiН – гидрид лития;
2К + Сl2 = 2КСl – хлорид калия;
2Nа + S = Nа2S – сульфид натрия;
4 Li + О2 = 2Li2О – оксид лития.
б) со сложными веществами
2Nа + 2НОН = 2NаОН + Н2
Реакция натрия с водой
Получение
• Литий был открыт шведским химиком И.
Арфведсоном в 1817г и по предложению
Й. Берцелиуса назван литием (камень),
т.к. был обнаружен в камне.
Получение
• Натрий и калий
впервые получены
английским физиком
и химиком Г.Дэви в
1807г при
электролизе едких
щелочей.
Получение
• Й. Берцелиус
предложил назвать
элемент №11
натрием (сода), а
элемент №19 по
предложению
Гильберта получил
название калий
(щёлочь).
Плавлення лужних металів
На відміну від інших твердих металів характер
плавлення натрію змінюється при накладанні
додаткового тиску
Мінерали
• Галит (сіль) – NaCl
• Сильвинит – NaCl*KCl
• Мирабилит (глауберовая соль) –
Na2SO4*10 H2O
• Натрон Na2CO3*10 H2O
• NaNO3 – чилійська селітра
Лепидолит KLi1,5Al1,5[AISi3О10](F,
ОН); H2О 1,2 - 5,9 масс.% (слюды)
• Сподумен LiAlSi2O6
Минералы
доломит
кальцит
гипс
изумруд
апатит
флюорит
тальк
ECl
інтерметаліди
Li2O,Na2O2,
K,Rb,Cs
EO2
Li3N
EOH
Me
HCl
O2
N2
H 2O
E2SO4
H2SO4
(холод)
E
E2O
EOH
спирти
алкоголя ти
NH 3,t
HNO3 MeCl,t
ENH2(аміди)
Me2O,t
ENO3
Me+ECl
Me+E2O
H2S
NO2
CO2
HCl,Cl2
HCl
NaNO2
H2SO4
електроліз розчину
NaCl
F2
HCl
NaF
Ca(OH)2
HF
NaOH
Na3[AlF6]
300-4000
F2,HF
Na2O
H2O
H2,t0
Cl2,HCl
електроліз розплаву
Na2S
H2SO 4
CO2
H2O
NaH
Na2SO4
Na2CO3
Na,t0
HF
S,t0
H2SO4
O2
Na2O2
Na,t0
Al,t0
Na2O2
Na
O2,t0
S,t0
Галогениди
литий
натрий
калий
рубидий