ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.04.2021
Просмотров: 1833
Скачиваний: 4
16
сивных
средах
,
типичные
степени
окисления
,
характер
образующихся
ок
-
сидов
и
гидроксидов
и
в
целом
наметить
общие
черты
химии
соответст
-
вующих
элементов
.
2.4.
Нахождение
в
природе
и
общие
принципы
получения
простых
веществ
Распространённость
в
природе
и
основные
формы
природных
соеди
-
нений
уже
дают
важную
предварительную
информацию
о
химии
соответ
-
ствующего
элемента
.
Так
,
например
,
активные
щелочные
металлы
могут
существовать
в
природе
в
виде
солей
сильных
кислот
.
Щелочно
-
земельные
металлы
уже
не
образуют
хлоридов
в
природе
,
а
в
основном
представлены
труднорастворимыми
сульфатами
и
карбонатами
.
Ещё
менее
активные
ме
-
таллы
–
алюминий
,
железо
–
уже
представлены
в
основном
оксидно
-
гидроксидными
соединениями
.
Далее
–
сульфоарсенидные
минералы
(
сви
-
нец
,
висмут
,
сурьма
),
полиметаллические
руды
.
И
наконец
,
самородные
–
золото
,
платина
и
ртуть
.
Таким
образом
,
металлы
в
природе
в
основном
находятся
в
окисленном
состоянии
,
и
для
выделения
их
из
руд
металлы
надо
восстанавливать
.
Обратные
подобные
закономерности
свойственны
неметаллам
.
Наиболее
активные
неметаллы
–
фтор
,
хлор
–
встречаются
в
природе
исключительно
в
восстановленном
состоянии
.
Сера
может
быть
как
в
восстановленном
(
сульфиды
),
так
и
в
окисленном
(
сульфаты
)
состоя
-
нии
.
Ещё
менее
активные
неметаллы
,
такие
как
фосфор
и
кремний
,
нахо
-
дятся
в
природе
исключительно
в
окисленном
состоянии
.
Распространенность
в
природе
также
существенно
различается
.
Лёг
-
кие
элементы
с
массовыми
числами
до
59
составляют
более
99
атомных
долей
,
процентов
атмосферы
,
гидросферы
и
литосферы
,
причём
около
80 %
приходится
лишь
на
три
элемента
:
кислород
,
кремний
и
алюминий
.
Необходимо
различать
два
момента
:
общее
содержание
элемента
на
Земле
и
способность
концентрироваться
,
образуя
месторождения
.
Типич
-
ный
пример
–
медь
.
Её
общее
содержание
порядка
приблизительно
10
–3
%
сравнительно
невелико
,
но
медь
известна
с
глубокой
древности
благодаря
способности
концентрироваться
с
образованием
месторождений
.
Существуют
редкие
и
рассеянные
элементы
.
Редкими
называют
эле
-
менты
,
содержание
которых
на
Земле
невелико
– 10
–4
–10
–5
%
и
меньше
,
а
рассеянными
–
элементы
,
не
образующие
собственных
месторождений
.
Общие
принципы
получения
простых
веществ
приведены
в
табл
. 1.
Применительно
к
металлам
общий
принцип
таков
:
чем
более
актив
-
ный
металл
,
тем
более
энергичный
восстановитель
требуется
для
его
вы
-
деления
.
Малоактивные
металлы
можно
восстанавливать
водородом
(
на
-
пример
,
медь
из
оксида
меди
CuO).
17
Таблица
1
Основные
способы
получения
простых
веществ
Метод
Исходная
форма
Получаемые
вещества
Физические
методы
Разделение
смесей
Фракционная
перегонка
Самородные
простые
ве
-
щества
Воздух
(
жидкий
)
S, Au, Pt, Hg, Ag,
платиновые
металлы
O
2
, N
2
,
благородные
газы
Химические
методы
А
.
Восстановление
Водородное
Карботермия
Алюмотермия
Цинктермия
Магнийтермия
Кальцийтермия
Щелочными
металлами
Катод
электролизёра
Б
.
Окисление
Вытеснение
хлором
Анод
электролизёра
В
.
Разложение
и
диспропорционирование
Оксиды
,
галогениды
,
соли
Оксиды
,
соли
Оксиды
Галогениды
,
соли
Оксиды
,
галогениды
Оксиды
,
галогениды
Оксиды
Галогениды
,
соли
,
вода
Бромиды
,
иодиды
Расплавы
фторидов
,
рас
-
творы
,
расплавы
хлоридов
,
вода
Галогениды
,
субгалоге
-
ниды
(
кроме
фторидов
)
Карбонилы
Ga, In, Si, Ge, Mo,W, Re,
В
Fe, Co, Ni, Cr, Mn, Si, Pb, Sn,
Zn, Cd, Cu, P, As Sb, Bi, Mo,W
Fe, Co, Ni, Cr, Mn,
щелочно
-
земельные
металлы
Si, Ag, Au
Be, Ti, Zr, Hf, Si, B
U, V, Nb, Ta, Sc, Y, La,
ланта
-
ниды
Nb, Ta, Ti, Zr, Hf
Щелочные
,
щелочно
-
земель
-
ные
металлы
, Al, Ga, In, Tl, Be,
Mg, Zn,
лантаниды
, Pb, Nb, Ta,
Mn, Cu, H
2
Br
2
, I
2
Cl
2
, F
2
, O
2
Si, Ge, Ti, Zr, Hf, Mo, V, Nb, Ta,
Al, B
Fe, Co, Ni, Mn
Металлы
,
находящиеся
в
ряду
напряжений
до
водорода
,
уже
данным
способом
не
получают
.
В
качестве
восстановителя
можно
использовать
уголь
при
высоких
температурах
(
карботермия
).
Более
энергичными
вос
-
становителями
являются
активные
металлы
при
высоких
температурах
–
цинктермия
,
алюмотермия
,
кальцийтермия
.
А
самые
активные
металлы
–
щелочные
–
можно
восстановить
лишь
электрохимически
.
Самый
сильный
восстановитель
–
катод
электролизёра
.
Если
элемент
встречается
в
природе
в
самородном
или
свободном
состоянии
,
то
его
выделение
осуществляется
физическими
методами
(
сжижение
и
разгонка
воздуха
при
получении
N
2
и
О
2
,
выплавка
серы
из
месторождений
).
ГЛАВА
3.
БИНАРНЫЕ
СОЕДИНЕНИЯ
Бинарные
соединения
–
следующий
качественный
скачок
на
пути
усложнения
химической
организации
вещества
.
Здесь
появляются
два
принципиально
новых
понятия
:
–
состав
и
связанные
с
ним
проблемы
постоянства
состава
;
–
разность
электроотрицательностей
взаимодействующих
атомов
и
,
следовательно
,
все
эффекты
,
связанные
с
поляризацией
связи
.
С
этой
точки
зрения
можно
сказать
,
что
изучение
более
сложных
объектов
,
чем
бинарные
соединения
,
ничего
качественно
нового
в
химию
элементов
уже
не
внесёт
,
и
поэтому
бинарные
соединения
–
очень
важный
класс
объектов
.
Многие
из
них
относятся
к
характеристическим
соедине
-
ниям
,
свойства
которых
наиболее
ярко
прорисовывают
химическую
при
-
роду
элемента
.
При
образовании
бинарных
соединений
реализуются
3
варианта
взаимодействий
:
Номенклатура
При
записи
формул
бинарных
соединений
принято
сначала
писать
менее
,
а
затем
более
электроотрицательный
элемент
.
Называются
они
в
русской
номенклатуре
в
обратном
порядке
–
сначала
более
электроотрица
-
тельный
,
затем
менее
.
Для
более
электроотрицательного
элемента
исполь
-
зуется
корень
его
латинского
названия
с
окончанием
«-
ид
» (
например
, CuO
(
окс
ид
меди
(II)), PbS (
сульф
ид
свинца
)).
Бинарные
соединения
иногда
называют
идо
-
соединениями
.
Следует
отметить
,
что
эта
номенклатура
справедлива
лишь
для
соединений
с
ион
-
но
-
ковалентным
типом
взаимодействия
.
Для
интерметаллических
соеди
-
нений
,
где
элемента
-
анионообразователя
нет
,
такая
номенклатура
не
ис
-
пользуется
.
ИЮПАК
рекомендует
здесь
нейтральную
номенклатуру
,
на
-
пример
, Cu
3
Au (
тримедьзолото
).
3.1.
Важнейшие
структурные
типы
,
характерные
для
бинарных
соединений
В
зависимости
от
природы
химической
связи
в
бинарных
соединениях
закономерно
изменяется
тип
кристаллической
решётки
.
Для
интерметалличе
-
18
ских
соединений
характерны
плотноупакованные
структуры
,
плотнейшие
шаровые
упаковки
с
высоким
координационным
числом
(8, 12).
Рис
. 13.
Структура
Рис
. 14.
Структура
вюрцита
сфалерита
Для
преимущественно
ионных
кристаллов
также
характерны
плотно
-
упакованные
структуры
,
но
координационное
число
здесь
несколько
мень
-
ше
(
обычно
6
или
8),
что
связано
с
тем
,
что
в
ионных
кристаллах
упаковы
-
ваются
шары
разных
размеров
и
их
плотно
упаковать
нельзя
.
Для
ковалент
-
ных
кристаллов
характерны
«
рыхлые
»
структуры
с
невысокими
координа
-
ционными
числами
(
как
правило
,
не
выше
4),
что
обусловлено
направлен
-
ностью
и
насыщаемостью
ковалент
-
ной
связи
.
Ниже
приведено
несколько
важных
структурных
типов
,
характерных
для
бинар
-
ных
соединений
.
Состав
AB
Для
эквиатомных
бинарных
соединений
состава
АВ
в
основном
встречаются
3
структурных
типа
:
сфалерита
,
вюрцита
и
типа
NaCl.
Структурный
тип
сфалерита
(
рис
. 13)
принадлежит
к
кубической
сингонии
и
напоминает
решётку
алмаза
,
хотя
и
обладает
более
низкой
симметрией
вследствие
наличия
двух
сортов
атомов
.
Координационное
число
равняется
4,
что
соответствует
sp
3
-
гибридизации
,
тетраэдрическим
ковалентным
связям
.
Структурный
тип
вюрцита
(
рис
. 14)
принадлежит
к
гексагональной
сингонии
,
координационное
число
также
равняется
4.
Если
сравнивать
между
собой
структуры
сфалерита
и
вюрцита
,
то
можно
заметить
,
что
у
вюрцита
вершины
двух
смежных
тетраэдров
расположены
друг
над
дру
-
19
гом
,
а
в
структуре
сфалерита
тетраэдры
развёрнуты
на
60
о
.
Это
хорошо
видно
,
если
структуру
сфалерита
сориентировать
в
направлении
<111>.
В
известном
смысле
структура
сфалерита
напоминает
заторможенную
кон
-
формацию
этана
,
а
структура
вюрцита
–
заслонённую
.
В
бинарных
соеди
-
нениях
АВ
в
заслонённой
конформации
оказываются
разные
атомы
,
раз
-
ноимённо
заряженные
,
и
дополнительные
электростатические
взаимодей
-
ствия
стабилизируют
вюрцитную
структуру
.
Она
оказывается
наиболее
ус
-
тойчивой
,
когда
связь
в
соединении
более
полярна
.
Эта
закономерность
наглядно
иллюстрируется
в
так
называемых
изоэлектронных
рядах
,
построенных
на
основе
элементов
IVA-
группы
.
Изоэлектронным
рядом
называется
последовательность
соединений
с
оди
-
наковым
средним
числом
электронов
на
атом
в
формуле
.
Первый
изоэлек
-
тронный
ряд
выглядит
следующим
образом
:
C – BN – BeO – LiF.
Все
члены
этого
ряда
имеют
в
среднем
4
электрона
на
атом
в
форму
-
ле
,
но
при
таком
замещении
последовательно
возрастает
разность
электро
-
отрицательностей
,
связи
становятся
более
полярными
и
закономерно
из
-
меняется
тип
структуры
.
Для
углерода
существуют
тетраэдрическая
струк
-
тура
алмаза
и
слоистая
структура
графита
.
У
нитрида
бора
BN
слоистая
графитоподобная
структура
и
тетраэдрическая
«
алмазоподобная
» (
сфале
-
ритная
)
структура
.
Кроме
того
у
BN
появляется
уже
и
вюрцитная
структу
-
ра
.
Для
BeO
существует
только
вюрцитная
структура
, LiF –
преимущест
-
венно
ионная
связь
и
реализуется
структура
типа
NaCl.
Следующий
ряд
выглядит
так
:
Si – AlP – MgS – NaCl.
Для
элементов
больших
периодов
в
изоэлектронных
рядах
возможно
раздвоение
по
главным
и
побочным
группам
.
20