Урок №1. Классификация простых веществ. Водород Простые вещества классифицируют по числу элементов, входящих в состав вещества. Подробнее в С. Т. Жуков Химия8-9 класс Их обычно делят на металлы и неметаллы (рис. 13.1-а). Металлы – простые вещества, в которых атомы связаны между собой металлической связью. Из этого определения видно, что главным признаком, позволяющим нам разделить простые вещества на металлы и неметаллы, является тип химической связи. В большинстве неметаллов связь ковалентная. Но есть еще и благородные газы (простые вещества элементов VIIIA группы), атомы которых в твердом и жидком состоянии связаны только межмолекулярными связями. Отсюда и определение. Неметаллы – простые вещества, в которых атомы связаны между собой ковалентными (или межмолекулярными) связями. По химическим свойствам среди металлов выделяют группу так называемых амфотерных металлов. Это название отражает способность этих металлов реагировать как с кислотами, так и со щелочами (как амфотерные оксиды или гидроксиды) (рис. 13.1-б). Металлы По химической инертности среди металлов выделяют благородные металлы золото, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платину, серебро В металлургии черные металлы – железо и его сплавы цветные металлы Кроме этого, из-за химической инертности среди металлов выделяют благородные металлы. К ним относят золото, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платину. По традиции к благородным металлам относят и несколько более реакционноспособное серебро, но не относят такие инертные металлы, как тантал, ниобий и некоторые другие. Есть и другие классификации металлов, например, в металлургии все металлы делят на черные и цветные, относя к черным металлам железо и его сплавы. Согласно промышленной классификации все металлы делятся на две группы: черные и цветные (в зарубежной практике металлы обычно делят на железные и нежелезные). К черным металлам относятся железо и его сплавы, марганец, и хром, производство которых тесно связано с металлургией чугуна и стали. Все остальные металлы относятся к цветным. Название «цветные металлы» довольно условно, так как фактически только золото и медь имеют ярко выраженную окраску. Все остальные металлы, включая черные, имеют серый цвет с различными оттенками - от светло-серого до темно-серого. Цветные металлы условно делятся на пять групп: 1. Основные тяжелые металлы: медь, никель, свинец, цинк и олово. Своё название они получили из-за больших масштабов производства и потребления, большого («тяжелого») удельного веса в народном хозяйстве. 2. Малые тяжелые металлы: висмут, мышьяк, сурьма, кадмий, ртуть и кобальт. Они являются природными спутниками основных тяжелых металлов. Обычно их получают попутно, но производят в значительно меньших количествах. 3. Легкие металлы: алюминий, магний, титан, натрий, калий, барий, кальций, стронций. Металлы этой группы имеют самую низкую среди всех металлов плотность (удельную массу). 4. Благородные металлы: золото, серебро, платина и платиноиды (палладий, родий, рутений, осмий, иридий). Эта группа металлов обладает высокой стойкостью к воздействию окружающей среды и агрессивных сред. 5. Редкие металлы. В свою очередь подразделяются на подгруппы: тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий, ванадий; легкие редкие металлы: литий, бериллий, рубидий, цезий; рассеянные металлы: галлий, индий, таллий, германий, гафний, рений, селен, теллур; редкоземельные металлы: скандий, иттрий, лантан и лантаноиды; радиоактивные металлы: радий, уран, торий, актиний и трансурановые элементы. Металлы и неметаллы характеризуют: энергией ионизации и энергией сродства к электрону. Энергия ионизации (I, эВ) – (мера проявления металлических свойств) — это энергия, необходимая для отрыва электрона от атома. А0 - nе- → An+ - I (эВ) Чем больше электронов на внешнем электронном слое, тем больше энергия ионизации. С увеличением радиуса атома энергия ионизации уменьшается. Этим объясняется уменьшение металлических свойств в периодах слева направо и увеличение металлических свойств в группах сверху вниз. Цезий (Cs) — самый активный металл. Энергия сродства к электрону (Ɛ, эВ) – (мера проявления неметаллических свойств) – энергия, которая выделяется или поглощается в результате присоединения электрона к атому. С увеличением числа электронов на внешнем электронном слое энергия сродства к электрону увеличивается, а с увеличением радиуса атома — уменьшается. Этим объясняются увеличение неметаллических свойств в периодах слева направо и уменьшение неметаллических свойств в главных подгруппах сверху вниз. Водород Повторите: - в С. Т. Жуков Химия 8-9 класс - в материалах 8 класса - Урок №27. Водород, его общая характеристика и нахождение в природе. Получение водорода и его физические свойства. Меры безопасности при работе с водородом Урок №28. Химические свойства водорода. Применение Элемент водород начинает Периодическую систему – он имеет порядковый номер 1. Это самый легкий из химических элементов. Обладая уникальными свойствами, частично напоминающими свойства галогенов, частично – щелочных металлов, он оказывается расположенным и в первой, и в VII группах Периодической системы. Строение водорода Атом водорода имеет очень простое строение – в нем содержится всего один протон и один электрон. Отдавая электрон, атом приобретает степень окисления +1, а принимая его – степень окисления –1. Относительная атомная масса атома водорода равна 1. Однако в природе существуют и более тяжелые атомы водорода – дейтерий (содержит один нейтрон, поэтому его масса равна 2) и тритий (содержит два нейтрона, атомная масса равна 3). Водород – самый распространенный элемент во Вселенной. На Земле он уступает по распространенности кислороду, кремнию и некоторым другим элементам. Главное соединение водорода – вода. Также он содержится в природном газе, нефти, в некоторых минералах, в белках, жирах и углеводах. Физические свойства При обычных условиях водород – газ, состоящий из двухатомных молекул. Он не имеет ни цвета, ни запаха, мало растворим в воде (1,82 мл в 100 г воды при 20°C). При сильном сжатии и охлаждении переходит в жидкое состояние. Жидкий водород кипит при –253°C, при этой температуре азот и кислород находятся в кристаллическом состоянии. Твердый водород образуется при охлаждении до –259°C. Газообразный водород обладает рядом уникальных свойств. Благодаря маленькому радиусу атомы и молекулы водорода могут проникать через резину, стекло и даже через металлы. Некоторые металлы, например, платина и палладий, способны растворять значительные количества газообразного водорода. Водород в 14,5 раз легче воздуха, 100 л водорода при 0°C весят всего 9 г. Это самый легкий из газов и самое легкое вещество. Химические свойства При комнатной температуре реагирует лишь с фтором, а на свету – с хлором, при нагревании – с кислородом, серой, азотом, углеродом: H2 + Г2 = 2HГ (Г = F, Cl) 2H2 + O2 = 2H2O, H2 + S = H2S, 3H2 + N2 = 2NH3 С кислородом и воздухом водород образует взрывчатые смеси. Особенно опасна смесь одного объема кислорода и двух объемов водорода. Ее называют гремучим газом. При взаимодействии с щелочными и щелочноземельными металлами образует гидриды. Восстанавливает некоторые металлы из оксидов: CuO + H2 = Cu + H2O HgO + H2 = Hg + H2O Водород восстанавливает соли. Сульфаты щелочноземельных металлов до сульфидов: BaSO4 + 4H2 =t= BaS + 4H2O Соли ртути и серебра до металлов: 2AgCl + H2 =t= 2Ag + 2HCl Зачастую в качестве восстановителя вместо водорода используют алюмогидрид лития (аланат лития) — неорганическое соединение, комплексный смешанный гидрид лития и алюминия с формулой Li[AlH4], белые кристаллы – сильный восстановитель, используемый в органическом синтезе. При взаимодействии с щелочными и щелочноземельными металлами образует гидриды, проявляя свойства окислителя: Ba + H2 =t= BaH2 При взаимодействии гидрида натрия с водой образуется водород: NaH + H2O = NaOH + H2 Получение водорода В лаборатории получают действием цинка на разбавленные кислоты – серную или соляную: Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 Реакцию обычно проводят в аппарате Киппа. Также образуется при действии растворов щелочей на цинк, кремний и алюминий, при реакции щелочных и щелочноземельных металлов и их гидридов с водой. В промышленности водород получают электролизом воды, термическим разложением (пиролизом) углеводородов, в смеси с угарным газом взаимодействием угля и природного газа с перегретым водяным паром (водяной газ, синтез-газ). Применяется водород в синтезе аммиака, хлороводорода и соляной кислоты, метилового спирта, получении некоторых металлов из оксидов, при гидрировании растительных жиров. В смеси с угарным газом (синтез-газ) используется для получения разнообразным органических веществ. Является перспективным топливом.
