Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 166
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
кислорода:
2Na + O2 = Na2O2; 2Mg + O2 = 2MgO; 3Fe + 2O2 = Fe3O4
Применение кислорода:
1. Интенсификация металлургических и других химических процессов:
а) продувание доменных печей при выплавке чугуна и конверторов при выплавке стали;
б) окисление сульфидов цветных металлов (CuS, ZnS) при получении из руд;
в) окисление серы и пирита в производстве серной кислоты.
г) окисление аммиака в производстве азотной кислоты.
2. Кислородно-ацетиленовое и кислородно-водородное пламя.
3. Медицина.
СЕРА. На последнем электронном уровне 3s23p4. Имеет 4 стабильных изотопа. В природе сера встречается 1) в самородном виде: Сицилия, Западная Украина; 2) в виде минералов: FeS2 - железный колчедан (пирит), ZnS - цинковая обманка, PbS свинцовый блеск, CuS2 - медный блеск, HgS - киноварь; 3) в виде сульфатов минералы - CaSO4·2H2O - гипс, Na2SO4·10H2O - мирабилит, MgSO4·7H2O - английская соль и в растворенном виде в воде солей и океанов (Na2SO4, CaSO4, MgSO4, H2S); 4) в составе живых организмов – белки.
Физические свойства серы:
Хрупкое кристаллическое вещество желтого цвета, нерастворимо в воде, но растворяется в органических растворителях.
Есть 3 аллотропных модификации серы - ромбическая сера - кристаллы имеют вид октаэдров, плавятся при 112,8 градусов. При медленном охлаждении получается моноклинная сера. Обе модификации имеют кольцевую 8-атомные молекулы (S8), различающиеся только пространственным расположением атомов серы. При выливании расплавленной серы в холодную воду, получается пластическая сера, молекулы которой представлены незамкнутой цепью. Она тянется как резина и со временем превращается в ромбическую серу.
Химические свойства серы:
Сера достаточно активный неметалл, проявляет в реакциях с активными неметаллами и окислителями свойства восстановителя, а в реакциях с водородом и металлами - свойства окислителя. Типичные степени окисления -2, +4, +6 (реже +1 и +2).
Реакции с неметаллами. Азот и иод с серой не взаимодействуют. Другие неметаллы соединяются с серой чаще всего при нагревании.
Реакции с металлами. Со многими металлами сера взаимодействует при нагревании, активные металлы соединяются с серой непосредственно:
2Na + S = Na2S; 2Al + 3S = Al2S3
Взаимодействие с окислителями (восстановительные свойства серы). При сплавлении с окислителями или растворении в растворах окислителей окисляется до соединений серы +6 или +4:
K2Cr2O7 + S = K2SO4 + Cr2O3; 2KMnO4 + S = K2SO4 + 2MnO2
2KClO3 + 3S = 3SO2 + 2KCl; KClO3 + S + H2O = K2SO4 + HCl
Применение серы:
1. Получение серной кислоты, сероуглерода.
2. Вулканизация каучука.
3. Изготовление спичек, черного пороха.
4. Борьба с возбудителями грибковых заболеваний растений, окуривание помещений сжиганием серы - образующийся диоксид серы убивает насекомых.
5. Медицина - мази.
ГАЛОГЕНЫ. Атомы галогенов имеют на последнем электронном уровне по 7 электронов - s2p5. Для завершения оболочки им не хватает одного электрона. Особенностью атома фтора является отсутствие d-подуровня. Типичная степень окисления -1. Положительных степеней окисления фтор не имеет. Валентные возможности хлора, брома, йода выше, чем у фтора, поскольку у них имеется незаполненный d-подуровень и при возбуждении электроны последовательно переходят на d-подуровень. Поэтому хлор, бром, иод могут образовывать одну, три, пять и семь связей. Типичными степенями окисления хлора, брома, йода, является -1, +1, +3, +5, +7.
1. Наиболее высока электроотрицательность у фтора 4,0, затем она падает в ряду Cl, Br, I (2.83, 2.7, 2.2).
2. Все галогены активные окислители. Их окислительная активность уменьшается в ряду F > Cl > Br > I. Вследствие различий в электроотрицательности фтор вытесняет хлор, бром, иод из солей, хлор вытесняет бром и йод, а бром вытесняет йод.
3. В пределах группы меняются и физико-химические свойства галогенов. Фтор и хлор газы, бром - жидкость, иод - твердое вещество.
Распространение в природе:
В свободном виде галогены встречаются только в вулканических
газах. Минералы фтора: CaF2 - флюорит, 3Ca3(PO4)2· CaF2 - апатит. Минералы хлора: NaCl - каменная соль (существует в виде минерала, много хлорида натрия растворено в воде). KCl·NaCl - сильвинит; KCl·MgCl2·6H2O - карналлит; KCl·MgSO4·3H2O - каинит.
Минералы брома и йода: NaBr, NaI, KBr, KI - спутники солей хлора.
Физические и химические свойства галогенов:
Молекулы галогенов двухатомны: F2, Cl2, Br2, I2. Молекулы галогенов достаточно прочны и распадаются на атомы при нагревании или освещении, облучении гамма-лучами. Многие реакции хлора и брома начинаются при освещении и протекают по цепному механизму и со взрывом. Фтор и хлор - газы желто-зеленого цвета, бром - тяжелая жидкость бурого цвета. Иод - кристаллическое вещество с металлическим блеском.
Преобладающим свойством галогенов являются окислительные свойства. Фтор наиболее сильный окислитель из всех известных веществ, затем хлор, бром, иод. Начиная с хлора, галогены способны сами окисляться и в кислородных соединениях проявляют положительные степени окисления.
Химические свойства галогенов представлены в таблице 4. [1,7,12]
Таблица 4. Химические свойства галогенов.
Биологическая роль некоторых p-элементов:
БОР. Бор относится к примесным микроэлементам, его массовая доля 8 организме человека составляет 10-5 %. Бор концентрируется главным' образом в легких (0,34 мг), щитовидной железе (0,30 мг), селезенке (0,26 мг), печени, мозге (0,22 мг), почках, сердечной мышце (0,21 мг). Биологическое действие бора еще недостаточно изучено. Известно, что бор входит в состав зубов и костей, очевидно, в идее труднорастворимых солей борной кислоты с катионами металлов. Избыток бора вреден для организма. Имеются данные, что большой избыток бора угнетает амилазы, протеиназы, умешает активность адреналина.
АЛЮМИНИЙ. По содержанию в организме человека (10-5 %) относится к примесным элементам. Алюминий концентрируется главным образом в сыворотке крови, лёгких, печени, костях, почках, ногтях, волосах, входит в структуру нервных оболочек мозга человека. Избыток алюминия в организме тормозит синтез гемоглобина, так как благодаря довольно высокой комплексообразующей способности алюминий блокирует активные центры ферментов, участвующих в кроветворении.
УГЛЕРОД. По содержанию в организме человека (21,15 %) относится к макроэлементам. Он входит в состав всех тканей и клеток в форме белков, жиров, углеводов, витаминов, гормонов. Пыль, состоящая из частиц угля (С), диоксида кремния, алюминия при систематическом воздействии на лёгкие вызывает заболевание – пневмокониозы. При действии угольной пыли – это антракоз – профессиональное заболевание шахтёров.
АЗОТ. По содержанию в организме человека (3,1 %) относится к макроэлементам. Азот – составная часть аминокислот, белков, витаминов, гормонов. Почти все животные должны получать хотя бы часть необходимого им азота в виде аминокислот, т.к. их организмы не способны синтезировать все аминокислоты из более простых предшественников. Присутствие избытка азота в крови может быть причиной развития кессонной болезни. При быстром подъёме водолазов происходит резкое падение давления – соответственно падает растворимость азота в крови (закон Генри) и пузырьки элементного азота, выходящие из крови, закупоривают мелкие сосуды, что может привести к параличу и смерти.
ФОСФОР. По содержанию в организме человека (0,95 %) относится к макроэлементам. Фосфор является основой скелета животных и человека, зубов.
КИСЛОРОД. По содержанию в организме человека (62 %) относится к макроэлементам. Он незаменим и принадлежит к числу важнейших элементов, составляющих основу живых систем, т.е. является органогеном. Аллотропную модификацию – озон О3 как очень сильный окислитель используют для дезинфекции помещений, обеззараживания воздуха и очистки питьевой воды. Небольшая примесь озона в воздухе создаёт ощущение приятной свежести и благотворно действует на состояние человека, особенно легочных больных. При использовании О2 и О3 следует учитывать их токсичность, обусловленную интенсификацией процессов окисления в организме.
СЕРА. По содержанию в организме человека (0,16 %) относится к макроэлементам. Как и кислород, она жизненно необходима. Много серы содержится в каротине волос, костях, нервной ткани.
ФТОР. По содержанию в организме человека (10-5 %) относится к примесным элементам. Интерес к биологическому действию фтора связан, прежде всего, с проблемой зубных болезней, т.к. фтор предохраняет зубы от кариеса. Обогащение питьевой воды фтором, т.е. фторирования воды с целью доведения содержания в ней фтора до нормы (1,2 мг/л), приводит к значительному снижению заболеваемости населения кариесом зубов. Фторирование питьевой воды осуществляется добавлением к ней определённого количества фторида натрия. Вреден не только недостаток, но и избыток фтора. При содержании фтора в питьевой воде выше предельно допустимой нормы (ПДК) (1,2 мг/л) зубная эмаль становится хрупкой, легко разрушается и появляются другие симптомы хронического отравления фтором – повышение хрупкости костей, костные деформации и общее истощение организма. Возникающее в этом случае заболевание называется флуорозом (фторозом).
ХЛОР. По содержанию в организме человека (0,15 %) относится к макроэлементам. Элементный хлор – высокотоксичный газ, применявшийся в первую мировую войну в качестве отравляющего вещества. ПДК газообразного хлора в воздухе 0,001 мг/л. [1,8]
2.3. d-элементы
ОБЩИЕ СВОЙСТВА. В периодической системе d-элементы или переходные металлы расположены в побочных подгруппах (Б группах) всех восьми групп. На внешнем энергетическом уровне у атомов этих элементов находится один или два s-электрона (поэтому эти элементы проявляют свойства металлов), и идет заполнение d-подуровня предыдущего энергетического уровня. Поскольку на d-подуровне имеется только пять орбиталей, то в каждом периоде имеется десять d-элементов. Общую электронную формулу валентного слоя d-элементов можно выразить формулой: ns
2(n-1)d1-10.
Наиболее устойчивыми состояниями для переходных металлов являются состояния: а) когда d-орбитали предпоследнего электронного уровня полностью заняты электронами (цинк, кадмий, ртуть); б) когда d-орбитали предпоследнего электронного уровня заполнены наполовину (т. е. содержат по одному электрону на каждой d-орбитали), как у марганца, технеция и рения.
При переходе одного s-электрона на d-орбиталь предыдущего энергетического уровня у металлов: Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Ag, Pt, Au достигается более устойчивое электронное состояние. Поскольку энергии этих двух подуровней различаются незначительно, то переход s-электрона внешнего энергетического уровня на d-орбиталь предыдущего энергетического уровня происходит без больших затрат энергии.
В химических реакциях электроны d-орбиталей участвуют после того, как оказываются использованными s-электроны внешнего энергетического уровня. В образовании связей могут участвовать все или только часть d-электронов предпоследнего энергетического уровня, поэтому образуются соединения с различной валентностью и степенью окисления (кроме d-элементов III и II групп).
У d-элементов одного периода изменяется число d-электронов, следовательно, изменяются физические и химические свойства элементов, рас-положенных в одном периоде. У d-элементов, расположенных в одной группе периодической системы, число d-электронов остается постоянным. С увеличением числа электронных слоев увеличивается радиус, поэтому происходит изменение свойств. Особенностью d-элементов одной группы является медленное возрастание атомного радиуса с возрастанием порядкового номера элемента и с увеличением общего числа электронов. Свойства d-элементов пятого и шестого периода близки по своим свойствам, так как (за счет f-сжатия у элементов шестого периода) радиусы этих элементов по величине примерно одинаковы.
Особенностями электронного строения d-элементов обусловлены и их свойства: а) большое разнообразие проявляемых валентностей и степеней окисления; б) способность образовывать различные комплексные соединения.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Физические свойства переходных металлов зависят от электронного строения, от числа неспаренных d-электронов, которые могут участвовать в образовании связей. Металлы, у которых по 3–4 неспаренных d-электрона (элементы V–VI групп), имеют максимальную температуру плавления и кипения. Переходные металлы, имеющие на внешнем s-подуровне один электрон, как правило, имеют более высокую электрическую проводимость (Cr, Мo и особенно Cu, Ag, Au). Элементы III-Б группы, имеющие всего один d-электрон, по своим свойствам близки к соседним щелочноземельным металлам, а металлы II-Б группы с полностью заполненным d-подуровнем близки по свойствам к соседним р-элементам.