Файл қосу
Азоттың оттекті қосылыстары
|КАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ |
|СЕМЕЙ қаласындағы ШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТ |
|3 деңгейлі СМЖ |ПОӘК | |
|құжаты | |ПОӘК 042-18-10.1.83/03- |
| | |2013 |
|ПОӘК |« 18.09. » 2013ж. | |
|«Бейорганикалық химия-2» |№ 1 басылым | |
|пәнінің оқу-әдістемелік | | |
|материалдары | | |
ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ
«Бейорганикалық химия-2»
5В072000 «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы»
мамандығы үшін
ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАР
Семей
2013
Мазмұны
1. Дәрістер
2. Зертханалық және практикалық сабақтар
3. Студенттің өздік жұмысы
МОДУЛЬ 1. ГАЛОГЕНДЕР. СУТЕГІ
ДӘРІСТЕР 1-3
1. Сутегі, cу, жалпы сипаттамасы, қасиеттері, қолданылуы.
2. Фтор, хлор, жалпы сипаттамалары, қасиеттері, қолданылуы.
3. Бром топшасы, жалпы сипаттамалары, қасиеттері, қолданылуы.
Сутек периодтық жүйенің бірінші элементі. Сутек атомы тек қана екі
бөлшектен – протоннан және электроннан тұрады.
Сутек атомының электрондық қауызының құрылысының ерекшелігіне сай оны
периодтық жүйеде I не IV топқа орналастырады.
Сутек пен металдар бейметалл элементтермен қуатты әрекеттесіп түзілетін
қосылыстарда +1 тотығу дәрежесін көрсетеді.
Сутек пен галогендердің атомдарында олардан кейін тұрған инертті
газдардың электрондық конфигурациясына дейін бір-бір электроннан
жетпейді. Осыған байланысты олар тотықтырғыштық қасиетке ие болады және
-1 тотығу дәрежесін көрсетеді.
Жалпы сутек сілтілік металдарға қарағанда галогендерге ұқсастау. Сутек
те, галогендер де бейметалл элементтерге жатады, иондану энергиялары
жарқын. Молекулалары екі атомнан тұрады, қосылыстарында байланыс көбінесе
коваленттік полюсті, жай заттар ретінде кез келген агрегаттық күйінде
олар электр тогын өткізбейді. Осыған қарамастан сутек пен галогендерді
толық ұқсастар деуге болмайды. Себебі, сутек пен галогендердің
молекулалық орбитальдарының ешқандай ұқсастығы жоқ.
Табиғатта таралуы және алынуы
Сутек – күллі әлемді алсақ ең кқп тараған элемент. Жерде сутек негізінде
қосылыс күйінде болады. Атмосфераны, гидросфераны, литосфераны қоса
алғанда сутектің мөлшері 1,0 масс.
үлес, %.
Табиғи сутек – үш изотоптың қоспасы: протий 1H, дейтерий 21H (немесе 21Д)
және тритий 31H (немесе 31T). Протий мен дейтерийдің ядролары тұрақты.
Тритий – β-радиоактивті изотоп, оның жартылай ыдырау периоды T1/2=12,26
жыл. Тритий космос сәулелерінің әсерінен атмосферада жүретін ядролық
процестердің нәтижесінде түзіледі. Оны жасанды жолмен мына реакция
бойынша алады: 63Li + 10n → 42He + 31H
Сутектің изотоптарының мөлшерлерінің сандық қатынастары – 1,0 : 1,46.10-5
: 4,0.10-15.
Сутекке, Н2 молекулаларында ядролық спиндердің әртүрлі бағытталуына
байланысты аллотропияның ерекше бір түрі тән. Газ күйінде ол орто-
сутектен (атомдарының ядроларының спиндері бір жаққа бағытталған) және
пара-сутектен (спиндері қарама-карсы бағытталған) тұрады. Ауаның
температурасында тепе-теңдік жағдайындағы қоспада ~75% орто- және ~25%
пара-сутек болады.
Сутек молекуласының түзілу энтальпиясының мәні жоғары болғандықтан (435
кДж/моль), ол тек қана 2000-25000С аралығында ыдырай бастайды.
Өндірісте сутекті негізінде табиғи және қосалқы газдардан, көмірді
газдандырған кезде шығатын өнімдерден және кокс газынан алады.
Сутекті алудың әдістерінің бірі – су буының метанмен (табиғи газдың
негізгі компоненті) және көміртек (II) оксидімен (реакция өнімі) өршіткі
қатысында өтетін әрекеттесуі (конверсия):
8000C
СН4 + Н2О ↔ CO + 3H2, ΔH0298 = 206,2 кДж;
(Ni)
5000C
СО + Н2О ↔ CO2 + H2, ΔH0298 = -41,2 кДж
(Fe2O3)
Түзілген көмірқышқыл газын қысыммен берілген сумен және сілтілердің
ерітінділерімен сіңіріп алады.
Сутекті көмірсутектерін толық тотықтырмау жолымен де алады:
2СН4 + О2 ↔ 2СО + 4Н2, ΔH0298 = -71,3 кДж
Метан конверсиясының эндотермиялығының әсерін азайту үшін соңғы процестің
экзотермиялығын пайдаланады. Ол үшін табиғи газды су буымен және оттекпен
араластырып, реакцияны мынадай схема бойынша өткізеді:
8500C
3СН4 + О2 + Н2О ↔ 3СО + 7Н2
Көмірсутектердің қорының азаюына орай сутекті су буынан қызған көмірдің
(кокстың) әсрінен алу әдісі үлкен маңызға ие болып отыр: C + H2O ↔ CO +
H2, ΔH0298 = 131,3 кДж
Бұдан шыққан генеоатор газының құрамында басқа да газдар (СО2, СН4 т.б.)
болады.
Сутекті алудың электрохимиялық тәсілі судың электролизі болып табылады.
Таза су іс жүзінде электр тогын өткізбейтіндіктен оған элетролиттер
қосады. Электролит ретінде КОН ~30%-ды ерітіндісін пайдаланады; темірден
жасалған катод пен никельден жасалған анод асбесттен жасалған
диафрагмамен бөлінеді. Электродтарда мынадай процестер өтеді:
катод: 4H2O + 4ē → 2H2↑ + 4OH-
анод: 4OH- - 4ē → O2
+ 2H2O
Алынатын сутек өте таза болғандықтан оны майларды және басқа заттарды
катализдік жолмен гидрогендеу үшін жұмсайды. Суды электролиз әдісімен
ыдыратуға көп энергия жұмсалады.
Сутекті лабораторияда алудың бірнеше жолдары бар. Олардың ішінде ең жиі
қолданылатыны мырыштың тұз немесе күкірт қышқылының сұйытылған
ерітіндісімен әрекеттесуі: Zn + 2HCl =
ZnCl2 + H2↑
Жай заттар. Физикалық және химиялық қасиеттері
Бос күйінде сутек түссіз, иіссіз және дәмсіз газ. Сутек газдардың ішінде
ең жеңілі. Ол тікелей тек қана фтормен және хлормен (жарықта)
әрекеттеседі: H2(г) + Сl2(г) = 2HCl Жоғарырақ
температурада сутек көптеген элементтермен әрекеттеседі: 2H2(г) + O2 (г)
= 2H2O
Сутектің электртерістігінің мәні 2,1; реакцияларда ол тотықтырғыш та,
тотықсыздандырғыш та бола алады.
Сутектің бейметалдарға ұқсайтын тотықтырғыштық қасиетін өте активті
металдармен әрекеттескенде көруге болады: 2Na + H2 = 2NaH
Сутектің тотықсыздандырғыштық қабілетін кейбір жай заттарды олардың
оксидтерінен не галогенидтерінен бөліп алуға пайдаланады: CuO + H2 = Cu
+ H2O; VCl2 + H2 = V + 2HCl
Ол Cu, Pb, Ag сияқты металдарды тұздарының ерітіндісінен ығыстырып
шығарады.
Сутектің тотығу дәрежесі -1 қосылыстары
Сутек реакцияларға тотықтырғыш ретінде қатысқанда гидридтер түзеді.
Ковалентті гидридтер метан СН4, силан SiH4, AsH3, SbH3.
Ионды гидридтер LiH. Химиялық табиғаты жағынан иондық гидридтер –
негіздік қосылыстар. Гидридтердің гидролизі: SiH4 + 3HOH = H2SiO3 + 4H2;
KH + HOH = KOH + H2
Тұз тәрізді гидридтер ауадағы оттекпен тотығады: CaH2 + O2 = Ca(OH2)
Қышқылдық және негіздік гидридтер өзара әрекеттеседі: LiH + BH3 = Li[BH4]
Екідайлы гидридтің мысалы ретінде алюминий гидридін келтіруге болады:
AlH3 + 3BH3 = Al(BH4)3
KH + AlH3 = K[AlH4]
Сутектің тотығу дәрежесі +1 қосылыстары
Сутектің көптеген бейметалл элементтермен түзетін бинарлы қосылытарында
тотығу дәрежесі +1-ге тең. Олардың полюстігі төмен, оңай ұшқыш,
ковалентті заттар.
Сутектің бейметалл элементтермен түзетін қосылыстарының үлкен бір
ерекшелігі – оларда сутектік байланыстың болуы. VA-VIIA топтардың
элементтерінің сутектік қосылыстарының балқу және қайнау температураларын
салыстыратын болсақ НҒ-тің, Н2О-ның және NH3-тің балқу және қайнау
температуралары олардың ұқсастықтарына қарағанда оқшау (аномальды) түрде
жоғары екені байқалады.
Олардың молекулалары сутектік байланыс арқылы ассоциаттар түзеді. Егер
сұйық суда сутектік байланыс болмаса оның қайнау температурасы +1000С
емес, -800С болар еді.
Су.
Су Н2О – ең маңызды және табиғатта ең көп тараған химиялық қосылыс. Жер
бетінің 3/4-ін су (мұз) алады. Көп мөлшерде су атмосферада (су буы) және
жер қыртысында әр түрлі минералдардың құрамында кездеседі. Кез келген
тірі организмнің массасының 50%-дан 99%-ға дейін су болады. Тіпті адамның
қанының 4/5 астамы да су. Құрамында сутек пен оттектің ауыр изотоптары
болатын судың түрлерін ауыр су деп атайды. Бірақ негізінде ауыр су деп
дейтерий суын Д2О16 айтады. Судың молекуласы бұрышты.
Таза су мөлдір және түссіз сұйық зат. Оның не иісі не дәмі болмайды.
Бейорганикалық қышқылдардың, негіздердің және тұздардың көбі суда ериді.
Химиялық реакцияларда судың Н2-тің түзілуімен тотықсыздануы және О2-тің
түзілуімен тотығуы мүмкін.
Активті металдар (ІА және ІІА топтардың элементтері) және кейбір металдың
тотығу дәрежесі төмен катиондар (мысалы, Cr2+, Mo2+, W2+, Ti2+, V2+) суды
тотықсыздандырады:
3TiCl2 + 3Н2О = 2TiCl3 + H2TiO3 + 2H2
Ғ2, кейбір металдың тотығу дәрежесі жоғары катиондар (Со3+ және т.б.),
элементтердің жоғары тотығу дәрежесіндегі түзетін күрделі аниондар суды
тотықтырады:
4MnO + 2Н2О = 4MnO2 + 4OH- + 3 O2 ΔG = -220 кДж
Сутек пероксиді
Сутек пен оттек судан басқа тағы бір ковалентті қосылыс түзеді – бұл
сутек пероксиді Н2О2. Пероксид – ион О22- оттек молекуласының 2
электронды қабылдау нәтижесінде түзіледі.
Өнеркәсіпте сутек пероксидін күкірт қышқылының ерітінділерін электролизі
арқылы алады:
aнодта
H2O H2O
HO – SO3- → HOSO3 → H2S2O8 → H2SO5 → H2SO4 + Н2О2
бисульфат- пероксодикүкірт
пероксомонокүкірт
радикал қышқылы
қышқылы
Алынатын сутек пероксидінің концентрациясы 30-35%. Судың молекулалары
сияқты Н2О2-нің молекулалары да сутектік байланыс түзеді. Бірақ ол
тұрақсыздау болғандықтан, әсіресе қоспа ретінде болатын көптеген
заттардың, сәулеленудің немесе қыздырудың әсерінен ыдырап
диспропорцияланатын болғандықтан, оны еріткіш ретінде аса көп
пайдаланбайды:
2Н2О2 = 2Н2О + О2
Судағы ерітінділерінде сутек пероксиді әлсіз қышқылдық қасиет көрсетеді:
К= 1,4.10-12 (рК= 11,65).
Концентрлі Н2О2 гидроксидтермен әрекеттескен кезде металдардың
пероксидтері түзіледі (Li2O2, MgO2)
Сутек пероксидінің тұрақсыз болуының себебі – О – О – байланысының
әлсіздігі. Реакцияларда ол тотықтырғыш та, тотықсыздандырғыш та бола
алады, бірақ бірінші қасиеті басым: тотықтырғыш: H2O2 + 2ē + 2H+ = 2H2O,
E0 = +1,776B
тотықсыздандырғыш: O2 + 2H+ + 2ē = H2O2, E0 = + 0,682В
Сутек пероксиді йодид-ионды дербес йодқа, нитрит-ионды нитрат-ионға,
хромат-ионды пероксохроматқа дейін оңай тотықтырады: 2KJ + H2O + H2SO4 =
J2 + K2SO4 + 2H2O
Ал тотықсыздандырғыштық қасиетін ол тек қана өте күшті тотықтырғыштармен
әрекеттескенде көрсете алады: 5 H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5O2↑ + K2SO4 +
2MnSO4 + 8H2O
Кейбір реакцияларда пероксид-ион өзгеріссіз басқа қосылыстарға ауысады.
Олардың ішінде мына реакцияны лабораториялық жағдайда сутек пероксидін
алуға пайдаланады:
BaO2 + H2SO4 = BaSO4↓ + H2O2
Сутек пероксидінің туындылары – пероксоқосылыстар – пероксоқышқылдарға
және пероксонегіздерге (гидропероксидтер) бөлінеді. Оларда міндетті түрде
пероксидтік тізбек болады, мысалы К – О – О – Н.
Пероксоқосылыстардың бәріне тән екі қасиет болады: олар сутек
пероксидінің түзілуімен гидролизденеді және оттектің түзілуімен ыдырайды
әрі олардың біразының тотықтырғыштық қабілеті сутек пероксидінікінен
жоғары.
Бақылау сұрақтары
1.Сутектің лабораторияларда және төндірісте алу жолдарына мысалдар
келтіріп, химиялық реакция теңдеулерін жазып, жүру жағдайларын
сипаттаңдар.
2.Гидридтердің ковалентті, тұз тәрізді, металтектес 3 типіне мысалдар
келтіріп, химиялық қасиеттеріне сәйкес әрееттесулердің теңдеулерін жазып,
мәнін түсіндіріңдер.
3.Судың түрөзгерістерінің физикалық сипаттамаларына сүйеніп, оқшау
қасиеттерінің сырын түсіндіріңдер.
4.Сутек пероксидінің қышқылды ортада калий иодидімен, сілтілік ортада
калий хромидімен әрекеттесу теңдеулерін жазып, ионды – электрондық баланс
тәсілімен теңестіріңдер.
5.Химялық реакция теңдеулерін аяқтаңдар:
a) KNO3 + H2SO4 + H2O2 →
б) Hg(NO3)2 + NaOH + H2O2 →
в) K2Cr2O7 + H2SO4 + H2O2 →
г) MnO + H2O2 →
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды білу керек:
1. Сутегінің периодтық жүйедегі орны;
2. Сутегінің +1, -1 тотығу дәрежелеріне сәйкес қосылыстарының
айырмашылықтары;
3. Сутегі қосылыстарының химиялық қасиеттері.
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін
оқу керек:
1. Нұрахметов Н.Н., Ташенов Ә.К. Бейметалдар химиясы. – Алматы: ЖШС РПБК
«Дәуір», 2011. – 106-126 беттер.
2.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия
курсы бойынша есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 72 бет.
3.Угай Я.А. Неорганическая химия. – М.: Высш.шк.,1988. – 96-111
беттер.
2. Фтор, хлор, жалпы сипаттамалары, қасиеттері, қолданылуы.
3. Бром топшасы, жалпы сипаттамалары, қасиеттері, қолданылуы.
Галоген – «тұз тудырушы». Фтор мен хлор газдар, типтік элементтер.
Бром топшасы элементтері өзара толық электрондық аналогтар. Тотығу
дәрежелерге : -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7 сәйкес қосылыстары (фтордан
басқасының) болады. Фтор қосылыстарында тек -1 тотығу дәрежесін
көрсетеді. Электрон қосылғыштық F…At ( фтордан астатқа дейін) азаяды,
радиус артады, иондану энергиясы азаяды, бейметалдық қасиеті кемиді,
тотықтырғыш қасиеттері азаяды. Фтор – бейметалдық қасиеттері ең мол
элемент және оның иондану энергиясы өте үлкен шама.
Жер қыртысында кездесу: көбінесе галогенид ретінде кездеседі
(%массалық үлесі): F - 6,5.10-2; Cl - 4,5.10-2;
Br - 3.10-4; J - 1.10-5. Флюорит – CaF2 , криолит – AlF3 (3NaF ,
фторапатит 3Ca3(PO4)2 (CaF2 ; NaCl – галит, теңіз, мухит суларында, KCl
(MgCl2 (6H2O - карналлит, KCl( NaCl - сильвинит. Теңіз суында KBr, NaBr,
MgBr2, KJ, J2 болады.
Алу, қасиеттері, қолданылуы
Өндірісте: F, Cl – электролиз арқылы алады: KF(2HF балқыма → F2 ,
катодты болаттан, анодты графиттен не никельден жасайды. Сонымен бірге
HF +KF эвтектикалық қоспасының электролизі арқылы да алады.
NaCl (конц.ерітіндісі) электролиз → Cl2 ;
Теңіз суынан NaJ (NaBr) + Cl2 → J2(Br2) + NaCl
Зертханада: 2NaBr + 2H2SO4 + MnO2 = Na2SO4 +MnSO4 + 2H2O + Br2 ;
16 HCl+2KMnO4 → 2MnCl2 +
5Cl2 + 2KCl + 8H2O
At: 1940 ж 209 83 Bi + 42He →21185At + 210n
«Астат» - «тұрақсыз» деген сөз.
Физикалық және химиялық қасиеттері. F2, Cl2 - газдар , Br2-
сұйық, J2-қатты зат. Байланыс энергиялары ЕF-F = 151 кДж/моль. Е Cl-Cl
= 238 кДж/моль; Бірақ басқа элементтермен қосылыстарында фтор берігірек
(H, Cl, Si және басқа ), себебі фтор өлшемі кіші және ЭТ
(электртерістігі) үлкен. F2 қыздырғанда инертті газдармен де
әрекеттеседі: Хе +3F2→XeF6 ; Г2 металдармен
әрекеттеседі: F2 + Au, Pt →AuF3, PtF4 ; Мына металдармен
Fe, Cu, Ni, Al, Zn + F2 →жай температурада
әрекеттеспейді, себебі беттерінде фторид қабаты пайда болады.
Бейметалдармен әрекеттеседі: F2 + O2, N2, C → F2O ( NF3 , CF4); F2 +H2
→ 2HF қопарылыспен әрекеттеседі. Фтор атмосферасында мынандай тұрақты
қосылыстар да SiO2, H2O жанады: SiO2 + 2 F2 ( SiF4 + O2
2H2 O + 2 F2 ( 4 HF + O2 .
Хлор да мына бейметалдармен
әрекеттеседі:
Cl2 + O2, N2, C → CI2 O ( CI3N, CCI4) ;
Cl2+H2 →hυ түзбекті реакция. Г – Н арасындағы байланыс энергиясы үлкен
болғандықтан, фтор, хлор көптеген сутекті қосылыстардан сутегін алады:
3F2 + 2NH3 → 3НF + NF3; B2H6, SiH4 т.б.
C10H16 - скипидар хлормен әрекеттескенде жанады :
C10H16 + 8Cl2→16HCl + 10C ;
F2 → J2 тотықтырғыштық қасиеттері кемиді, ал F- → J-
тотықсыздандырғыштық қасиеттері артады.
2KBr + Cl2 → 2KCl + Br2 активтігі жоғары галоген НГ, МеГ
қосылыстарынан активтігі төмен галогенді ығыстырады, ал керісінше
активтігі төменірек галоген активтігі жоғарырақ галогенді оттекті
қосылысынан ығыстырады: Br2+2KClO3→2KBrO3+Cl2 ;
J2+2HClO4=4HJO4+Cl2 .
F2 сумен әрекеттескенде, оны ыдыратады. 2F2+2H2O=4HF+O2 ↑, сонымен бірге
O3, OF2, H2O2 түзіледі .
Cl2, Br2, J2 суда аз ериді , аздап реакцияға түседі .
Cl2, (Br2, J2) +H2O ↔ НГО+HГ (1). HClO- хлорлылау қышқылы, күшті
тотықтырғыш, (1) - реакцияны Н.А. Яковкин 1899 ж ашқан. HClO→HCl+O,
хлордың ағартушылық қасиетін түсіндіреді. J2 судан гөрі KJ ерітіндісінде
жақсы ериді J2+KJ→K[J3] комплексі түзіледі.
Br2, J2 органикалық еріткіштерде ( CS2, этанол, хлороформ, бензол т.б.)
ериді. F2 олармен әрекеттеседі. ( Жараны емдеуге йодтың сулы – спиртті
5% және спиртті 10% ерітіндісі қолданылады ).
Қосылыстары, алу, қасиеттері, қолданылуы
Сутек пен хлор қараңғыда өте баяу әрекеттеседі , ал олардың
қоспасына күн сәулесі түссе, процесс қопарылыспен тармақталған тізбекті
реакциялар механизмі бойынша жүреді: H2 + Г2
→ 2НГ.
Өнеркәсіпте фторсутекті кальций фторидіне күкірт қышқылымен әсер ету
арқылы алады: CaF2 + H2SO4 конц. → CaSO4 + H2F2 (2 НF).
Хлорсутекті өнеркәсіпте де, зертханада да мына әдіспен алады:
2NaCl +H2SO4 конц.→ Na2SO4 + 2 НСІ ;
НF → HJ тотықсыздандырғыштық қасиеті артады, қышқылдық қасиеті де артады.
HJ +O2 →2H2O+2J2 тотықсыздандырады.
HBr+O2 → 2H2O+2Br2 өте ақырын жүреді. HCl+O2 →
жүрмейді.
Ас қорытуға асқазандағы HCl - асқазан сөлі, рН~1-3. ~0,3 % НСІ болады.
(HF)n Бөлме температурасында (HF)2 ; Температура төмен болған сайын
“n” мәні көбірек. HBr, HJ бұл реакциялар арқылы алынбайды, себебі олар
күшті тотықсыздандырғыштар, соңдықтан Br2, J2-
ге айналды. Оларды(HBr,HJ) РГ3 гидролизі арқылы алады:
РГ 3 + 3H2O=H3PO3+3HГ ; HJ-ты мына реакция арқылы да алады: J2 +
H2S=2HJ+S↓ Судағы ерітінділері HГ қышқылдар. HF, F2 сияқты шынымен
(кварцпен) әрекеттеседі 4HF +
SiO2 → 2H2O + SiF4↑; SiF4 + 2HF =H2[SiF6] – кремний фторсутек қышқылы.
HF – қышқылының шынымен әрекеттесу қасиетін шыны бетіне сурет салуға
қолданады. HF – балқытқыш қышқылы ~38%- ті болады.
HF ↔ H+ + F- ; КD = 7.10-4 , әлсіз қышқыл, молекулалары арасында
сутектік байланыс бар. Тұздары фторидтер - улы. HCl - тұз қышқылы ~37%,
ρ=1,19 г/мл ; HCl, HBr, HJ –күшті қышқылдар, тұздары да суда жақсы ериді,
тек BiJ3, AgГ,PbГ2 суда ерімейді.
Сулы ортада иондық хлоридтер – негіздік (активті металдардың
хлоридтері), коваленттілік хлоридтер – қышқылдық (бейметалдар хлоридтері)
қасиетке ие болады.
Оттекті қосылыстары
Галогендер тікелей оттекпен әрекеттеспейді, тек F2 + O2 → F2O -
газ,
улы , тек осы қосылыста оттегінің тотығу дәрежесі +2 болады. Фтор
сілтімен әрекеттескенде де фтордың оксиді түзіледі.
2F2 + 2NaOH → 2NaF+ OF2+ H2O, бұл реакция нәтижесінде тағы мына заттар
түзіледі: О2 , О3 , Н2О2 .
F2O – ға сәйкес қышқылы жоқ. F2O- күшті тотықтырғыш :
2H2 + OF2 = 2HF + H2O; SiO2 + OF2 →SiF4 +O20
Хлор (І) оксидінің түзілу процесінің Гиббс энергиясы оң мәнге тең
болғандықтан элементтердің тікелей әрекеттесуінен түзілмейді, тек жанама
жолмен алады: 2Cl20 +2 HgO =
HgCl2 . HgO + Cl2O↑; Cl2O – газ, улы, суда жақсы ериді.
Cl2O + H2O = 2HClO - хлорлылау қышқылы, әлсіз қышқыл.
ClO2 - қоңыр,
өткір иісті, улы газ, тез жарылады, сол кезде Cl2 және O2 түзіледі.
Өнеркәсіпте: 2NaClO3 (хлорат)+ SO2 + H2SO4 = 2ClO2+2NaHSO4
Хлор (ІV) оксиді қалыпты жағдайда хлор және оттегі түзіп, айрылады.
Суда баяу, сілтілер ерітінділерінде оңай диспропорцияланады:
2ClO2 + H2O ↔ HClO2 + HClO3 HClO2 – хлорлы қышқылы
2ClO2
+2NaOH=NaClO2(хлорит)+NaClO3 (хлорат) + H2O;
HClO3 – хлорлау қышқылы, диспропорциялану реакциясы.
Хлорлы қышқыл дербес күйінде белгісіз, тұрақсыз, ыдырайды. HClO2 , тұзы
хлорит: 4HClO2 = HCl + HClO3 + 2ClO2 +H2O;
Хлорлау қышқылының ангидридін (ClO3 ) былай алады: 2ClO2 + O20 =
2ClO3
ClO3 - қоныр, сұйық зат.2ClO3 + H2O→HClO3 + HClO4
Бұл қышқылдардың тұздарын хлораттар КClO3 және перхлораттарды КClO4,
оксидті калий гидроксидінде ерітіп, алады.
HClO4 – хлор қышқылы, күшті қышқыл, оксиді Сl2O7 – май тәріздес сұйық
зат. 2 HClO4 + P2O5→2HPO3+Cl2O7 ;
Cl2O7 +H2O→2 HClO4 . Бром мен иод тұрақсыз оксидтер түзеді: Br2O, BrO2,
BrO3, Br2O7 , JO2, J2O5, бірақ аз зерттелген, себебі олар тұрақсыз. Бұл
оксидтерге сәйкес қышқылдары мен тұздары бар. НОСl – хлорлылау, НОBr –
бромлылау, НОJ –иодтылау қышқылдары. HOCl→HOBr→HOJ қышқыл күші,
тұрақтылығы азаяды. Тұздары гипохлорит, гипобромит, гипойодит деп
аталады. Қышқылдары да, тұздары да тотықтырғыштар. Мына қатар бойынша
HOCl→ HOJ, KOCl→KOJ тотықтырғыштық қасиеттері төмендейді.
Cl2 +2NaOH →NaOCl + NaCl + H2O – жавель суы деп аталады.
Cl2 + Сa(OH)2→Ca OCl+ Cl- + H2O ағартқыш , хлор ізбесі - CaOCl2 .
Дезинфекцияға, матаны ағарту үшін қолданады. Хлор ізбесінің сапасы
«актив хлордың» пайыздық мөлшерімен анықталады ( «актив хлор» деген
ізбестің хлор эквивалентіне шағылған тотықтырғыштық қабілеті). HCl+3O2,
хлорлы қышқыл, тұзы хлорит. 2ClO2+ 2NaOH = NaClO3 + NaClO2 +H2O;
4HClO2 = HCl + HClO3 + 2ClO2 +H2O; HClO3
хлорлау, HBrO3 бромдау, HJO3 – иодтау қышқылдары. Тұздары хлораттар,
броматтар, иодаттар. HClO3 - HBrO3 - HJO3 тұрақтылығы артады, күші
қышқыл ретінде кемиді. Г2O5 - оксидтері белгісіз;
Br2+5Cl2+6H2O ↔ 2HBrO3 + 10HCl ;
3J2+10HNO3конц. ↔ 6HJO3+10NO+2H2O.
Қайталауға және өздік бақылауға арналған сұрақтар :
1. Электролиз арқылы галогендерді алу процесі, механизмі, галогендердің
химиялық қасиеттері;
2. Оксидтері, гидроксидтері, қасиеттері, алынуы;
3. Сутектік
қосылыстары, қасиеттері;
4. Галогенсутектер қасиеттерінің сипаттамалары өзгеруінің заңдылықтары;
5. Галогендердің оттекті қосылыстары қасиеттерінің өзгеруі заңдылықтары.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды білу
керек:
1.Галогендердің периодтық жүйедегі орны;
2.-1-ден +7 тотығу дәрежелеріне сәйкес қосылыстарының
айырмашылықтары мен ұқсастықтары;
3.Галоген қосылыстарының химиялық қасиеттері.
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін
оқу керек:
1. Нұрахметов Н.Н., Ташенов Ә.К. Бейметалдар химиясы. – Алматы:
ЖШС РПБК «Дәуір», 2011. –127-177 беттер.
2.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия
курсы бойынша есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 84-86
беттер.
3.Угай Я.А. Неорганическая химия. – М.: Высш.шк.,1988. –349-371
беттер.
МОДУЛЬ 2. ХАЛЬКОГЕНДЕР
ДӘРІСТЕР 4-7
1. Оттегі, жалпы сипаттамасы, қасиеттері, қолданылуы.
2. Күкірт, жалпы сипаттамалары, қасиеттері, қолданылуы.
3. Селен топшасы, жалпы сипаттамалары, қасиеттері, қолданылуы.
Халькогендер – « кен түзушілер ». Периодтық жүйенің VІА тобында
оттегі, күкірт, селен, теллур, полоний орналасқан. Атомдарының сыртқы
валенттілік қабатының электрондық конфигурациясы ns2np2. Оттегі типті
бейметалл, күкірт диэлектрик, селен мен теллур металдық жылтыры бар,
электр тоғын жақсы өткізеді, олар жартылай өткізгіштер, полоний типті
металл. Оттегінің максималь валенттілігі төрттен, максималь тотығу
дәрежесі екіден аспайды, қалған халькогендерден айырмашылығы. Оттегі -
жердегі ең көп тараған элемент - 50% массалық үлесін құрайды.
Электртерістігі (ЭТ ~ 3,5) болғандықтан, барлық дерлік элементтермен
әрекеттеседі, тек фтор атомыныкінен төмен, сондықтан фтормен қосылысында
тотығу дәрежесі +2, қалған қосылыстарында негізінен - (-2), тек сутегі
пероксидінде –(-1). VI A топша элементтерінің V A топша элементтеріне
қарағанда сутекті қосылыстары берігірек, себебі олардың ЭТ- гі (электр
терістігі) жоғары, керісінше VI A топша элементтерінің оттекті
қосылыстарының беріктігі азырақ.
Табиғатта кездесу. Табиғатта оттегісі бар 1400 минерал кездеседі
(кварц, слюда, дала шпаты, саз, ізбес, т.б.). Оттегінің өте көп мөлшері
химиялық байланысқан, еріген күйінде суда болады. Атмосферада 1015 т,
адам организмінде 65%. Оттегіні алу әдістері:
1. Сұйық ауаны фракционды айдап;
2.Судың электролизі арқылы: 2H2O →электролиз 2H2 + O2 .
Зертханада:
1. Оксидтерді термиялық айыру арқылы : 2CrO3 →t02Cr+3O2 ;
2.Пероксидтерді айыру арқылы: BaO2(пероксид) →t0 Ba+O2 ;
3.Оксоқышқылдар тұздарын айыру арқылы:
2KNO3 →t0 2KNO2+O2 ;
2KClO3→t0 2KCl+3O2 ;
2KMnO4 →t0 K2MnO4+O2+MnO2 ; Физикалық қасиеттері: O2 суда аз
ериді 100:3. Жер бетінен 100 км жоғары атом күйінде болады, УФ-сәулесі
әсерінен айрылады О2 →фотолиз О+O. О3 –
озон оттегінің аллотропиялық түр өзгерісі, молекуласы диамагнитті. O2
–түссіз, О3 – көк түсті газ, полярлығы және полярлануы O2 –ге қарағанда
жоғары.
Химиялық қасиеттері: Оттектің химиялық активтігі тек
галогендерден ғана төмен. He+O2→ жүрмейді; Ne+O2→ жүрмейді; Ar+O2→
жүрмейді, басқа барлық элементермен қосылыс түзеді. 3O2 →эл.разряд 2О3.
Атмосферада 3O2 найзағай әсерінен 2О3 .
Озонның химиялық активтігі оттекке қарағанда жоғары.
О3 +2H++2e-→ O2 +H2O E0=+2,07в
O2 +4H++4e- →2 H2O E0=+1,23в, соңдықтан О3 өте күшті
тотықтырғыш. Химиялық активтігі бойынша O2 тек F2 кейін тұр. Инертті
газдар, Pt, Au +O2 → жүрмейді. Қалған бейметалдар оттегімен
әрекеттеседі. ЭТ оттегі және бейметалдар айырмашылығы аз болғандықтан,
оксидтері ковалентті байланыс түзеді. Соңдықтан бейметалл оксидтері -
газдар, ұшқыш сұйықтар, тез еритін қатты заттар. Бейметаллдар оксидтері
суда еріп, қышқыл түзеді. СО, NO, N2O,SiO тұз түзбейтін оксидтер, суда
ерімейді, себебі ол молекулалар өте берік. Бейметаллдар оксидтері
қышқылдық қасиет көрсетеді: P4O10(к) + 6H2O(су) = 4H3PO4 ;
SO3(г) + H2O(с) = H2SO4 ; Cl2O7(г) + H2O(с) = 2HClO4 .
Элементтердің тотығу дәрежесі өскен сайын, олардың қышқылдық қасиеті
артады: FeO3 , CrO3 , Mn2O7 тағы сол сияқты.
Металдардың оксидтері : негіздік, қышқылдық, амфотерлік болып
бөлінеді. Сілтілік және сілтілік - жер металдар оксидтері суда ериді,
бұл оксидтерде иондық байланыс болады. Металдардың тотығу дәрежесі өскен
сайын оксидтерде коваленті байланыс болады. Егер элемент бірнеше оксид
түзетін болса, оның тотығу дәрежесі артқан сайын оксидтердің қышқылдық
қасиеті артады. Пероксидтер, супероксидтер, озонидтер: Пероксидтер
сілтілік, сілтілік-жер металдар оттегіде жанғанда түзіледі: 2K+O2 → K2O2
, құрамында О22- - анионы бар, тұрақсыз, суда гидролизге ұшырайды,
сутек пероксидін түзеді. Сондықтан олар сутек пероксидтерінің тұздары деп
саналады.
Супероксидтер сілтілік металдар жоғары қысымда, оттек
атмосферасында жанған кезде түзіледі: К + О2 → KO2 , олар тұз тәріздес
иондық құрылысты кристалдық заттар. Күшті тотықтырғыштар, сумен қуатты
әрекеттесіп, оттек бөліп, ыдырайды.
2КО2 + 2 H2O = H2O2 + 2КОН + О2 .
Озонның электронтартқыштығы жоғары, сондықтан ол сілтілік
металдармен немесе олардың гидроксидтерімен оңай әрекеттесіп озонидтер
түзеді:
K + O3 → KO3 oзонидтер қызыл түсті, гидролизге түседі. K+O2→KO2
супероксидтер. K2+O2→K2O2 пероксид.
Күкірт. Алу, қасиеттері, қолданылуы. Қосылыстары, алу, қасиеттері
Күкіртте 3d- орбиталі болғандықтан, IV, VI валенттіліктерін
де көрсетеді. Күкірт атомдары арасындағы байланыс өте берік, жер бетінде
0,05 % : бос күйінде, сульфидтер FeS2-пирит , PbS-
галенит, сульфаттар CaSO4- ангидрит, BaSO4- барит кездеседі. Минералды
су көздерінде - H2S газ күйінде болады.
Алу. Бос күкіртті кендерден алады. Күкірт сутекті,
сульфидтерді тотықтырып, сульфаттардан карботермиялық әдіспен алады: SО2
+ 2СO → S + 2СO2
Физикалық қасиеттері: бөлме температурасында ромбалық (α-
күкірт), сары түсті, суда ерімейді. S-ромбалық → 940С температурада
моноклинді, ß- күкірт (S8), тәж сияқты. sp3 –
гибридтелу. Сонымен күкірттің аллотропиялық түр өзгерістері бір-біріне
температураға байланысты ауыса алады.
S8 ↔4500C↔S6 ↔6500C↔S4 ↔9000C↔S2↔15000C↔S
S2 парамагнитті О2 сияқты, қалғандары диамагнитті. Күкірт химиялық
активті. Кәдімгі жағдайда фтормен тез, сынап пен күміспен баяу, ал
қыздырғанда көптеген элементтермен әрекеттеседі:
S + Me → t0 сульфидтер Ме2 Sn - металл валенттілігіне байланысты.
Оттегімен, галогендермен әрекеттесіп, диоксид және дигалогенид
түзеді:
S + О2 → SО2 ; S + Г2 → SГ2 .
Сілтінің ыстық ерітінділерінде күкірт диспропорцияланады.
3S + 6NaOH = 2Na2S + Na2SO3 +3H2O диспропорциялану реакциясы.
Қосылыстары, алу, қасиеттері, қолданылуы
Күкірттің бірнеше оксидтері бар, тұрақтылары - SО2 , SО3 .
Табиғатта кездесетін күкіртті жағу арқылы S + О2→ SО2 немесе
сульфидтік минералдарды өртеу арқылы ZnS + O2 = ZnO + SO2 алады, бұл
өндірістегі алу жолдары. (4+) тотығу дәрежесіне сәйкес оксиді өткір
иісті, улы газ. Ол суда жақсы ериді. SО2 + H2O ↔ H2 SO3 ↔ H+ + HSO3- ↔
2H+ + SO32- Бұл тепе-теңдік қыздырғанда не қышқылмен әсер етсе, солға
қарай, салқындатса не сілтімен әсер етсе, оңға ығысады. Күкіртті қышқыл
тұрақсыз, бос күйінде болмайды, орташа күшті, екі негізді қышқыл.
Зертханада концентрлі күкірт қышқылы мен мысты әрекеттестіріп
алады:
Cu + 2H2SO4 → Cu SO4 + SО2 + 2H2O; немесе сульфидтерге қышқылмен
әсер етіп: Na2SO3 + 2НСІ →2NaСІ + SO2 + H2O.
Күкірт (ІV) оксиді химиялық активті, себебі молекуласы полюсті,
сонымен бірге электрондық жұптың доноры, сондықтан ол комплекс түзу,
гидраттану реакцияларына бейім. Бұл оксидте күкірттің тотығу дәрежесі
аралық болғандықтан, ол тотығу және тотықсыздану реакцияларына түсе
алады:
SО2 +2H2S→3S+ 2H2O - күкірт (ІV)оксиді тотықтырғыш;
2Na2SO3 + О2 → 2Na2SO4 - күкірт (ІV)оксиді тотықсыздандырғыш.
Күкірт (ІV)оксиді сілтілерде еріп, сульфит және гидросульфит түзеді:
SО2 + NaOH → NaHSO3 - гидросульфит
SО2 +
2NaOH→ Na2SO3(сульфит) +H2O
Гидросульфидтер суда жақсы ериді,
гидролизге ұшырайды. Қатты күйдегі гидросульфиттерді қыздырғанда
дисульфидтер түзіледі:
2NaHSO3-гидросульфиттер → t0 Na2S2O5+H2O пиросульфитке айналады,
бірақ H 2S2O5 – пирокүкіртті қышқылы жоқ, себебі
тұрақсыз.
Күкірт (ІV) – тің оксогалогенидтері бар, ондағы SO2+ радикалы
тионил деп қосылыстарын тионилгалогенидтер дейді:
SО2 +PCl5→POCl3(оксихлорид) + SOCl2 (тионилхлорид).
Олар тотықсыздандырғыштар болады және суда еріп гидролизге
ұшырайды: SОCl2+2H2O→2HCl+H2SO3- суда жақсы ериді; Тионилхлорид –
түссіз, өткір иісті сұйықтық.
Күкірт (ІV) – тің туындысы тиокүкіртті қышқыл және оның тұздары
тиосульфиттер бос күйінде белгісіз, ал тиосульфаттар бар:
Na2SO3 +S→ Na2S2O3 – тиосульфат,
Na2S2O3+HCl →2NaCl + H2S2O3 - тиокүкірт қышқылы да күкірт қышқылы
сияқты күшті қышқыл, бірақ тұрақсыз: H2S2O3 → S+ SО2 + H2O.
Тиосульфаттар тотықсыздандырғыш, себебі құрамында тотығу
дәрежесі -2 болатын күкірт атомы бар, әлсіз тотықтырғыштармен де
реакцияға түседі:
2Na2S2O3 + J2 → 2NaJ + Na2S4O6 Тиосульфат-ионы лиганда ретінде
комплексті қосылыстар құрамына кіреді: 2Na2S2O3 + AgBr → NaBr + Na3
[Ag(S2O3)2].
Күкірт (ІV)оксиді тотықсыздандырғыш қасиетін көрсететін
реакцияға сульфурилгалогенидтердің түзілуін де жатқызуға болады:
SO2 + Cl2 →hυ SO2Cl2 - хлорлы сульфурил, өткір иісті түссіз
сұйықтық. Ыстық суда ыдырайды SО2Cl2+2H2O→2HCl+H2SO4
Күкірт (VІ) оксиді 2SО2 + О2 ↔ 2SO3 катализаторлар
қатысында (NO және ванадий(V) оксиді, оған активатор ретінде натрий
оксиді мен кремний оксиді қосылады) түзіледі. Қолданылған
катализаторларға байланысты: нитроза және контакт әдістері болып
бөлінеді. Процесс 5000С маңында жүреді.
Сумен реакциясы өте шабытты жүреді: SO3 + H2O → H2SO4 ;
H2SO4 - май тәріздес, түссіз, иіссіз моногидрат; H2SO4 -
күшті тотықтырғыш, күшті қышқыл, суда шексіз ериді, судағы ерітіндісі
толық диссоциацияға түседі. Сілтілік және сілтілік- жер металдар
сульфаттары термиялық тұрақты, ал активтігі төмен металдар сульфаттары
айрылады: ZnSO4 →ZnO +SO3 ; Ag2SO4 →2Ag+SO2+O2 ;
Гидросульфаттарды балқытса: 2NaHSO4→ t0 Na2S2O7 + H2O дисульфат
(пиросульфат) түзіледі. Пирокүкірт қышқылын H2S2O7 → H2SO4 + SO3, оны
оксидті күкірт қышқылында еріткен деп қарау керек. Егер H2SO4-те SO3
ерітсе , олеум (май тәріздес деген сөз) түзіледі. Олеум күшті
тотықтырғыш, су тартқыш.
Күкірт қышқылының химиялық қасиеттері оның ерітіндідегі
концентрациясына байланысты. Тотығу-тотықсыздану реакцияларында металдар
активтігіне және қышқылдың концентрациясына байланысты ол күкірт (ІV)
оксидіне , дербес күкіртке, тіпті күкіртті сутекке дейін тотықсызданады.
Al, Fe, Cr металдары суық концентрлі H2SO4 пассивтеледі, оксид қабаты
пайда болады, сондықтан концентрлі қышқылды болаттан жасалған
цистерналарда тасымалдайды.
Жеңіл металдар (ρ<5 г/см3) + H2SO4 конц. → металл сульфаты+
H2S+ H2O; (Pt- тобы металдарынан
басқа) Ме + H2SO4 ыстық конц. → SO2 (S, H2S) металл активтігіне
байланысты + металл сульфаты + H2O ; H2SO4 конц. +Me → H2 шықпайды,
не SO2 , не S, не H2S түзіледі. H2SO4 конц. HJ, HBr тотықтырады, HCl
–ды тотықтырмайды. H2SO4 +8 HJ → H2S+
4J2 +4H2O; H2SO4 +4 HBr→ SO2+2Br2+2H2O
H+2SO4 сұйытылған +Me→ H2 бөлінеді + металл
сульфаты, реакция тек кернеу қатарында сутегінің алдында тұрған
металдармен жүреді.
Сұйытылған күкірт қышқылы + Pb → жүрмейді, себебі Pb беті
PbSO4 тұнбасымен жабылады. H2SO4 тұздары → сульфаттар,
гидросульфаттар түзіледі. Көп сульфаттарда кристалданған суы болады:
Na2SO4 (10 Н2О глаубер тұзы. CaSO4(2H2O - гипс ; CaSO4(H2O – алебастр;
CuSO4(5H2O; FeSO4(7H2O – мыс, темір купоростары; қос тұздары ашудас
(квасцы) деп аталады. KAl(SO4)2(12H2O; KCr(SO4)2(12H2O.
Гидросульфаттарды активті металдар түзеді, суда жақсы ериді,
қыздырғанда дисульфаттарға айналады. Дисульфаттар гидролизге түскенде
кері реакция жүреді: Na2S2O7 + H2O ↔ 2NaHSO4
Алу: Күкіртті сутекті балқытылған күкіртті сутекпен
әрекеттестіріп не сульфидтерге сұйытылған тұз қышқылымен әсер етіп алады:
H2 + S = H2S; ZnS + 2HCI = ZnCI2 + H2S
S 2- - қосылыстары: H2 S газ, судағы ерітіндісі, әлсіз қышқыл.
H2 S ↔ H++HS- ↔
2H++S2- Бұл өте улы газ , гемоглобин құрамындағы Fe 2+
әрекеттеседі. H2S → сульфид → гидросульфидтер , гидросульфидтер суда
жақсы ериді. Тұздары түсті HgS-қызыл, CdS- тоқ сары; ZnS – сары.
1.суда еритін сульфидтер: сілтілік, сілтілік-жер металдар
сульфидтері, гидролизге ұшырайды.
2.cуда ерімейді, бірақ қышқылдарда (HCl, H2SO4) ериді, егер ЕК <10-26
.
3.азот қышқылындада ериді
CuS+4HNO3 конц. →Cu(NO3)2 +S+NO2+2H2O.
Күкіртті сутек күшті тотықсыздандырғыш, ауада жанады:
2H2S + 3О2 → 2SO2 + 2H2O , ауа жеткіліксіз болса, күкірт
түзіледі, бұл реакцияны күкірт алу үшін пайдаланады: 2H2S + О2 → 2S
+ 2H2O.
Сульфидтерді элементтерді тікелей әрекеттестіріп алады: Zn + S
= ZnS;
Суда ерімейтін сульфидтерді сульфаттар ерітіндісіне
көмірсутекпен не еритін сульфидтермен әсер етіп алады: CuSO4 + H2S = CuS
+ H2SO4 ;
Активті металдар сульфидтерін сульфаттарды көмірмен жоғары
температурада тотықсыздандырып: ВаSO4 + 4С = ВаS + 4СО алады.
Сульфидтер де оксидтер сияқты период бойынша негіздік,
қышқылдық, амфотерлі болады. Сульфидтер жартылай өткізгіштік қасиеттер
көрсетеді.
Негіздік және қышқылдық сульфидтер әрекеттесіп, тиотұздар
түзеді.
Na2S + CS2 = Na2CS3. Тиоқышқылдары тұрақсыз.
Күкірт және оның қосылыстарының қолданылуы: Өндірілетін
күкірттің жартысынан көбі күкірт қышқылын алуға қолданылады. Ауыл
шаруашылығында өсімдіктер ауыруымен күресуге қолданылады. Каучуктер
вулканизациясында, сіреңке өндірісінде, күкіртті көміртек синтезінде,
тері ауруларын емдеуге қолданылады. H2SO4 – минералды тыңайтқыштар
алуда, басқа қышқылдар алуда, металдар мен бейметалдар алуда, сульфаттар
алуда, мұнай өнімдерін тазалауда, қорғасын аккумуляторларын алуда, шыны
өндірісінде қолданылады. Металдардың сульфидтерінің түстеріндегі және
ерігіштіктеріндегі айырмашылықтарын аналитикалық химияда металл
катиондарын анықтауға және бір-бірінен ажыратуға қолданады.
Қайталауға және өздік бақылауға арналған сұрақтар :
1.Элементтердің жалпы сипаттамасы;
2. Оттегінің металдармен, бейметалдармен қосылыстары, қасиеттері;
3. Күкіртті сутек, алу,
қасиеттері;
4. Күкірттің
оттекті қосылыстары, қышқылдары, қасиеттері;
5. Сульфиттер, сульфаттар,
сульфидтер, алу, қасиеттері.
Селен топшасы элементтері
Оттегі және күкірт элементтерінен селен топшасына өткенде
атомдық радиустарының өсуі, иондану энергиялары мен электртерістіктерінің
кемуі, олардың О2 → Те қарай металдық қасиеттерінің артуына әкеледі,
сондықтан тотықтырғыштық қасиеттері кемиді де, тотықсыздандырғыштық
қасиеттері артады. Оң тотығу дәрежелерінде топ бойынша жоғарыдан төмен
қарай тотықтырғыштық қасиеттері артады. Мысалы, күкірт +4 тотығу дәрежесі
көбірек тотықсыздандырғыштық қасиет көрсетсе, ал селен мен теллурдың +4
тотығу дәрежелеріндегі қосылыстары - тотықтырғыштар.
Алу: жер қыртысында Sе - 6.10-5% , Те - 1.10-6 %. Бұл элементтер
көбінесе мыс, мырыш, қорғасын сульфидтерінде ілесіп жүреді. Сондықтан
оларды түсті металлургия қалдықтарынан және күкірт қышқылы өндірісінде
алады. Олар да сульфидтерді жаққанда күкірт сияқты SеО2, ТеО2
оксидтеріне айналады, содан кейін күкіртті газбен тотықсыздандырады:
SеО2 +2SО2 + 2Н2О = Sе + 2Н2SО4
Аса таза Sе және Те вакуумдық дистилляция арқылы алынады.
Физикалық қасиеттері: Sе мен Те әртүрлі түр өзгерістерде
бола алады.
Sе және Те – жартылай өткізгіштер. Sе, Те оттегімен, галогендермен
+6 және +4 тотығу дәрежелерін көрсететін қосылыстар түзеді.
Sе (Те) + О2 →SеО2 (ТеО2), SеО3 (ТеО3),
Sе (Те) + Г2 →SеГ4 (ТеГ4), SеГ6 (ТеГ6)
Күкірттен теллурға қарай металдық қасиет артатындықтан галогенидтері
әртүрлі және тұрақты. Суда ериді, гидролизге ұшырайды.
Сұйытылған тотықтырғыш-қышқылдармен селен әрекеттеспейді, ал теллур сумен
де тотығады, қыздырғанда: Те + 2Н2О = ТеО2 + 2Н2
Қыздырғанда (балқытқанда) Sе, Те металдармен әрекеттесіп, селенидтер мен
теллуридтер түзеді: 2 Сu + Sе → Cu2Se; 2 Ag + Te → Ag2Te
Күкірт сияқты сілтілер ерітіндісімен Sе әрекеттессе , ал Te қайнатса
ғана, диспропорциялану реакцияларына түседі:
қыздыру
3Sе + 6КОН ───→ 2К2Sе + К2SеО3 + 3Н2О
←───
суыту
Қосылыстары, алу, олардың қасиеттері
Sе, Те ауада жанғанда диоксидтері түзіледі:
Те (Sе) + О2 → ТеО2 (SеО2). Бұл диоксидтер-қатты, полимер заттар.
SO2 – SeO2 – TeO2 қатары бойынша қышқылдық қасиеттері азаяды.
ТеО2 суда нашар ериді, ол амфотерлік қасиет көрсетеді. SеО2 суда
жақсы ериді, екі оксид те сілтілерде жақсы
ериді.
(TeO2) SеО2 + 2NaOH = (Na2TeO3) Na2SeO3 + H2O,
TeO2 + 4НСІ → ТеСІ4 + 2H2O
Осы оксидтерге сәйкес селенді және теллурлы қышқылдар тұздары
-селениттер мен теллуриттер түзіледі. Бұл қышқылдардың күші H2SO3 -
H2SeO3 - H2TeO3 қатар бойынша төмендейді. Бұл қышқылдарды тұздарына
күшті қышқылдармен әсер етіп, бөліп алуға болады. Н2SeO3 – ақ, оны
диоксидін суда ерітіп те алуға болады, ылғал жұтқыш, қатты зат, 700С-ден
жоғары болса, айрылады; Н2ТеО3 полимеризацияланады, оны ТеО2 . хН2О деп
те жазуға болады, амфотерлік қасиет көрсетеді. Екі қышқыл да әлсіз
қышқылдар, күшті тотықтырғыштар оларды селен қышқылы мен теллур қышқылына
айналдырады.
5Н2SeO3 + 2 КМnO4 +3Н2SО4 = 5Н2SeO4 + 2МnSО4 + К2SО4 + 3Н2О
Теллурдың ортотеллур Н6ТеО6 және Н2ТеО4 метателлур қышқылдары бар.
Н2SeO4 және Н2ТеО4 селен, теллур қышқылдары. Бұл қышқылдар-түссіз, қатты
заттар. Н2SeO4 –күшті қышқыл, Н6ТеО4 әлсіз қышқыл. Н2ТeO4 және Н2SeO4
күшті тотықтырғыштар:
SeO42- + 4H+ + 2e = Н2SeO4 + Н2О, Е = 1,15в
Н6ТеО6 + 2Н+ +2e → ТеО2 + 4H2O Е = 1,02в
SО42- + 4Н+ +2e → Н2SО3 + H2O Е = 0,17в
Бұл мәндерден Н2SО4 әлсізірек тотықтырғыш екендігін көруге болады,
сондықтан олар НСI-ды СI2-ге дейін тотықтыра алады (Н2SО4 –тотықтыра
алмайды):
Н2SeO4 +2 НСI = СI2 + Н2SеО3 + Н2О
Селен қышқылында ыстық күкірт қышқылы да еріте алмайтын алтын
ериді:
2Аu+6H2SeO4 =Au2(SeO4)3+3SeO2 +6H2O
бірақ платинаны еріте алмайды, тек селен және тұз қышқылдарының
концентрлі ерітінділері қоспасы болса, платина мен алтынды ерітеді
(хлор атомы бөлінетіндіктен):
2Н2SeO4+4НСI+ Рt = PtCI4 +2SeO2+4H2O
Селенаттар сульфаттарға көбірек ұқсас: бірдей металдардың селенттары
мен сульфаттары ерігіштіктері бойынша жақын, ашудас сияқты қос тұз түзуге
қабілеттіліктері де ұқсас, кристаллохимиялық структуралары жақын. Олардың
арасында изоморфизм мысалдары көп, ал теллураттар бөліктеу, ВаТеО4 суда
жақсы ериді. Сонымен бірге, селенаттар тұрақсыздау, оттегіні оңай бөледі,
ал тотықсыздандырғыштармен қыздырған кезде селенді бөледі.
Ортотеллур қышқылын қыздырғанда триоксид түзіледі.
3000
Н6ТеО6 = 3H2O + TeO3 не H2TeO4 ═ H2O + TeO3
Селен триоксиды былай алынады: К2SeO4 + SO3 = К2SO4+ SeO3,
SeO3 кристалды зат, суда жақсы ериді, TeO3 суда ерімейді. SeO3, TeO3
күшті тотықтырғыштар, суық тұз қышқылын SeO3 тотықтыра алады, ал TeO3-тек
қыздырғанда: ЭО3 + 2НСI
→ СI2 +Н2ЭО3 РоО3-алынған жоқ.
Селен қышқылы күші бойынша Н2SO4 жақын КD=1.10-2, ал теллур қышқылы әлсіз
КD=2.10-8.
Сонымен, селен қышқылын SeO3 + Н2О = Н2SeO4 алса, теллур қышқылын тек
қыздырып, мына реакция бойынша алады:
t 0
Те + Н2О2 → Н2TeO4 + 2H2O
(30%)
Күкірт сутектің гомологтары Н2Se, Н2Те - ұшқыш заттар.
Оларды былай алады: АI2Te3 + 6H2O = 3H2Te + 2AI(OH)3
теллуридтерді, селенидтерді суда не сұйық қышқылдарда ерітіп: FeSe +
2HCI = FeCI2 + H2Se
Олар улы, түссіз, жағымсыз иісті газдар, суда ерітіп, әлсіз
қышқылдарын алады. Н2S → Н2Sе → Н2Те қышқылдық
қасиеттері артады, себебі халькоген мен сутегі арасындағы байланыстың
беріктігі азаяды. Н2Те тек орта тұз түзеді.
Н2S → Н2Sе → Н2Те тотықсыздандырғыш қасиеттері жоғарылайды. Н2Sе және
Н2Те судағы ерітінділерінде тотығып, бос Sе,Те бөледі. Газ тәріздес Н2Sе
мен Н2Те жанғанда диоксидтер түтінденіп бөлінеді: 2Н2Э + 2О2 → 2Н2О +
ЭО2
Селенидтер (металдармен қосылыстары) қасиеттері бойынша көбірек
сульфидтерге ұқсас. Сілтілік металдар, мыс және күміс селенидтері мен
теллуридтері - стехиометриялық қосылыстар, селенсутек және теллурсутек
қышқылдарының тұзы, олар оңай гидролизденеді.
Қолданылуы. Sе және Те жартылай өткізгіштер ретінде фотоэлементтер,
фоторезисторлар, фотографияда, каучук вулканизациясында, шыны
өңдірісінде, қорғасын кабельдерін алуда қолданылады.
Қайталауға және өздік бақылауға арналған сұрақтар :
1. Элементтердің жалпы сипаттамасы;
2.
Селен, теллурдың металдармен, бейметалдармен қосылыстары, қасиеттері;
3. Сутекті қосылыстары, алу,
қасиеттері;
4. Тұздары,алу, қасиеттері;
5. Күкірт және селен топшасы
элементтері қасиеттерінің өзгеру заңдылығы.
Осы дәріс материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды білу
керек:
1.Халькогендердің периодтық жүйедегі орны;
2.-2-ден +6 тотығу дәрежелеріне сәйкес қосылыстарының
айырмашылықтары мен ұқсастықтары;
3.Халькоген қосылыстарының химиялық қасиеттері.
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін
оқу керек:
1. Нұрахметов Н.Н., Ташенов Ә.К. Бейметалдар химиясы. – Алматы:
ЖШС РПБК «Дәуір», 2011. –177-240 беттер.
2.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия
курсы бойынша есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 – 82-84
беттер.
3.Угай Я.А. Неорганическая химия. – М.: Высш.шк.,1988. –312-334
беттер.
МОДУЛЬ 3. VA ТОПША ЭЛЕМЕНТТЕРІ
ДӘРІСТЕР 8-10 .
1. Азот, жалпы сипаттамасы, қасиеттері, қолданылуы.
2. Фосфор, жалпы сипаттамалары, қасиеттері, қолданылуы.
3. Мышьяк топшасы, жалпы сипаттамалары, қасиеттері, қолданылуы.
Периодтық жүйенің V тобына екі типті элемент – N, P – және мышьяк
топшасы элементтері мен ванадий топшасы элементтері кіреді. Азот -
газ, фосфор - қатты зат, бұл екі элемент бейметалдар, мышьяк пен сурьма
жартылай металдар, висмуттың металдың қасиеттері басым. VIA топта
оттегінің күкіртке қарағанда активтігі жоғары болса, VA топта әсіресе ақ
фосфордың азотқа қарағанда активтігі жоғары. Азот молекула күйінде
болады, N2 молекуласын атомға бөлу үшін көп энергия керек. Ал азот атомы
фосфор атомынан активті. ЭТ N =3,0; ЭТ Р =2,1. Азоттың электртерістігі
тек оттегі мен фтордан кейін болғандықтан тек осы элементтердің
атомдарымен байланыс түзгенде азот атомы оң полюстенеді. Хлормен, броммен
түзетін қосылыстары ковалентті полюссізге жақын. Қалған элементтердің
атомдарымен байланыс түзгенде азоттың атомы теріс полюстенеді.
7 N )2)5 …2s22p3 :N + 3(H →:NH3 үш байланыс алмасу механизмі
бойынша, яғни ковалентті байланысқа әр элемент өзінің электронын береді,
ал NН4+ катионында бір байланыс донорлы-акцепторлы механизм бойынша
түзілген, яғни бір элемент электрон жұбын береді (азот), ол донор болады,
екінші элемент бос орбиталь (сутегі катионы) ұсынады, ол акцептор болады.
Азоттың максимал валентілігі IV. NН4+ катионында 4 байланыс болады.
Азот қосылыстарында -3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5 тотығу дәрежелерін
көрсетеді, көп кездесетін қосылыстары -3, +5, +3 тотығу дәрежесіне
сәйкес. Фосфор атомында тағы бес бос d – орбиталы болғандықтан ол
максимал V валенттілік көрсетеді. Фосфор да қосылыстарында
-3, +1, +3, +5 тотығу дәрежелерін көрсетеді,
ең тұрақты қосылыстарындағы тотығу дәрежесі +5.
Кездесуі, алу. Жер қыртысында азот 0, 01 %, ауада 75% болады.
Осы 2 элемент (Р, N2) те жануарлар мен өсімдік организмінде кездеседі.
NaNO3 –чили, KNO3 –үнді, Ca(NO3)2 - норвегия селитралары кен күйінде
кездеседі, сонымен бірге ақуыз құрамында, мұнайда, тас көмірде болады.
Азоты бар органикалық заттар шірігенде, отынды жаққанда қосылыстағы азот
бос азотқа айналады. Ауадағы азот N2 + О2 → NO → NO2+H2O → HNO2+HNO3
айналып, судағы металл иондарымен нитратқа айналады да, өсімдіктер
бойына сіңіреді , сосын өсімдік арқылы тірі организмдегі ақуызға
айналады, органикалық қалдықтар айрылғанда азот молекулалық күйде
қайтадан атмосфераға өтеді.
Алу (Өндірісте): Сұйық ауадан алады, оттегіден тазалау үшін
балқытылған мыс арқылы өткізеді , сонда мыс, мыс(ІІ) оксидіне CuO
айналады.
Зертханада алу: 1) NaNO2 + NH4Cl → NaCl + NH4NO2 → N2 + 2H2O
2) 2NH3 + 3Br2 = 6HBr + N2
Таза азотты металдар азидтерін термиялық айыру арқылы алады:
2NaN3=2Na+3N2
Физикалық және химиялық қасиеттері: N2-суда, органикалық еріткіште
ерімейді. N ≡ N болғандықтан өте берік,
жанбайды және жануды қолдамайды.Li +N2 →Li3N бөлме температурасында тек
литий нитриді алынады.
Ме (активті металл) + N2 ( нитрид , реакция тек қыздырғанда жүреді.
N2 → N+N электр тоғымен айырады. Азот атомы электр разряды әсерінен
түзіледі де: N +күкіртпен, фосформен, сынаппен
→ әрекеттеседі, нитридтерін түзеді. N2 +H2, O2, C және басқа
элементтер →2500-3000 C осындай өте жоғары температурада ғана қосылыстар
береді ; Азот галогендермен тікелей әрекеттеспейді. Сутекті
қосылыстары:
1) N2 +3H2 ↔2 NH3 – өнеркәсіпте алу реакциясы, Ле Шателье принципі
бойынша аммиак түзілетін жаққа тепе-теңдікті ығыстыру үшін температураны
төмендету және қысымды жоғарлату қажет, себебі бұл реакция
экзотермиялық: 400-5500С, 30МПа, катализатор ретінде темір - аздап
алюминий мен калий оксидтері қосылған - қолданылады. NH3-улы, түссіз,
өткір иісті газ. -330С температурада NH3 сұйық, -78 0С қатты
болады, яғни tбалқ.= -78 0С ; tқайн. = -330С ,
оны (болат баллонда) р=7,1.105 -8,1.105 сұйық күйінде, жоғарғы қысым
астында тасымалдайды. NH3 сұйық және қатты күйінде молекуласында
сутектік байланыс болады. Суйық аммиакта сілтілік, сілтілік -жер
металдар, күкірт, фосфор, йод, көптеген тұздар мен қышқылдар да ериді.
Сұйық аммиактың өзіндік ионизациясы: 2NH3 сұйық ↔NH4+ + NH2 – ; Кd
= 1.8 (10-33 судың диссоциация константасынан әлдеқайда аз. NH3 суда
өте жақсы ериді: 00С 1көлем суда 1200 көлем NH3 ериді, сутектік байланыс
әсерінен.
NH3+H2O ↔ NH4OH ↔ NH4+ + OH- Kd = 1.8 (10-5 ; NH4+ - аммоний
ионы, тұздары суда жақсы ериді, калий тұздарына ұқсас, себебі радиустары
жақын: (NH4+)=0,142 нм, К+ (0,133 нм); тек гидролиз реакциясында
айырмашылық болады, себебі КОН күшті негіз. NH4+ тұздары термиялық
тұрақсыз, түзілетін өнімдері анионның қасиеттеріне байланысты. Егер
анион тотықтырғыш болса, NH3 – құрамындағы азот тотығады: NH4 NO3
→N2О + 2H2O. Бұл реакция формула ішіндегі конпропорциалану реакциясы.
2N-3 – 8e→2N+1
2N5+ + 8e →2N+
Егер анион -тотықтырғыш болмаса, тұз аммиакқа және қышқылға
айрылады: (NH3)3PO4=3NH3+H3PO4 .
Аммиак тек тотықсыздандырғыш, ол ауада жанбайды, оттек атмосферасында
ғана мына реакция жүреді: 4NH3+3O2=2N2+6H2O ,
ал катализатор қатысында және 750-9000С онда реакция былай жүреді:
4NH3 + 5O2 = 4NО + 6H2O, бұл реакция өнеркәсіпте азот қышқылын өндіру
процесінде қолданылады.
Аммиак басқа да реагенттердің әсерінен тотығады:
2NH3 + 3CuO = 3Cu + N2 + 3H2O; 2NH3 + 3CI2 = N2 + 6HCI.
NH3 –молекуласында тотықтырғыш болса, мысалы - Н+ :
Na+NH3 → NaNH2 + 1/H2 ;
NH3 –бұл жерде қышқылдық қасиет көрсетіп тұр. NH3 тұздары- амидтер NaNH2
аммиак молекуласы бір протоннан айрылғанда; Na2NH-имид – екі протоннан
айрылғанда ; Na3N-нитрид - үш протоннан айрылғанда түзеді.
2) Азоттың басқа сутекті қосылысы N2H4 - гидразин (диамид)
2NH3 + NaOCl →N2H4 + NaCl +H2O реакциясы арқылы алынады;
N2H4 – түссіз, ұшқыш сұйықтық, аммиакқа ұқсас:
N2H4 + H2SO4→N2H6SO4 гидразин сульфаты – N2H2 (H2SO4 .
2NH3 + H2SO4→(NH4)2SO4 ; N2H4 –те NH3 сияқты тотықсыздандырғыш.
N2H4 + О2 = N2+2H2O; N2H4+2I2 = N2+4HI ; Гидразин металдармен
әрекеттескенде гидразинид түзіледі: 2 N2H4 +2Na→2NaN2H3+H2 ;
Азот қышқылын атомдық сутегімен тотықсыздандырып, гидроксиламин :
HNO3 + 6H = NH2OH + 2H2O алады. Ол түссіз кристалл, тұрақсыз, 1000С
қопарылыс береді. Азоттың сутекті қосылыстары - NH3, N2H4, HN3. NH2OH
молекулалары арасында сутектік байланыс болады, негіздік қасиеті NH3
→ N2H4→ NH2OH азаяды. Тұздары гидроксиламмоний деп аталады. NH2OH+ HCl→
NH2OH (HCl→[ NH3OH]Cl; NH2OH - тотықтырғыш та, тотықсыздандырғыш та
болады, бірақ ол реакция ортасына байланысты:
HI + NH2OH → I2 + N2H4 +2H2O pH~8 ,
I2+2NH2OH=2HI+N2+2H2O pH ~ 9
3) HN3 – сутегі азиді. H+ -N-=N+=N- ; Бұл қосылыста азот атомдары II,
III, IV валенттілік көрсетеді. Судағы ерітіндісі азотты сутек қышқылы,
оны мына реакция арқылы алады: N2H4+HNO2=HN3+2H2O НN3 - әлсіз
қышқыл, диспропорциялану реакциясына түседі
HN3 + H2O → N20 + NH2OH
сусыз жағдайда HN3 қыздырғанда, шайқағанда жарылады:
2HN3 =3N2+H2 ;
HN3 қышқылы - тотықтырғыш ретінде
HN3 + 2HI = I2 + NH3 + N2 ;
HN3 +3HCl – қоспасы бағалы металдарды да еріте алады, себебі атомдық
хлор бөлінеді. HN3 + 3HCl = 2Cl + N2 + NH4Cl ;
Азотты қышқыл тұздары азид деп аталады, ерігіштігі галогенидтерге ұқсас.
Сілтілік металдар азидтері суда жақсы ериді, тек AgN3, Pb(N3)2, Hg(N3)2
– нашар ериді. Сілтілік және сілтілік - жер металдар азидтері қыздырғанда
балқығанға дейін тұрақты. Ауыр металдар азидтері тез жарылады: Pb(N3)2
→ Pb + 3N2
Азоттың оттекті қосылыстары.
N2O, NO- түссіз газдар, тұз түзбейді, N2O3 - көкшіл қатты зат , NO2 –
қоныр газ , N2O4 , N2O5 - түссіз кристалл заттар. Азоттың оксидтері
тұрақсыз, себебі олар эндотермиялық қосылыстар, бірақ химиялық активті.
N2O алу: NH4NO3 →N2O + 2H2O
NH2OH + HNO2 →[NH3OH]NO2 (қыздырғанда)→ N2O +2H2O.
NH4NO3 (балқытып) → N2O +2H2O.
Азот (І) оксиді “көңілдендіргіш газ”, наркотикалық әсері бар, ұнамды
иісі бар, тәтті дәмді, түссіз, оңай сұйылтылатын газ. Азот (І) оксидін
аздап қыздырса, ыдырайды, оттегі бөлінеді:
2N2O = 2 N2 + O2, сондықтан оның атмосферасында заттар жанады:
Ме, H2, Р, С, S, органикалық заттармен
әрекеттеседі, оларды тотықтырады: Cu
+ N2O = N2+CuO
2Р + 5N2O = 5N2+ Р2O5 ; Н2 + N2O = N2+ Н2O; 2NН3 + 3N2O = 4N2+
3Н2O;
Күшті тотықтырғыштармен тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді:
8KMnO4 + 5N2O + 7H2SO4=5Mn
(NO3)2+3MnSO4+4K2SO4+7H2O
700 0C жоғары болса, N2O диспропорциялану реакциясы жүреді:
2N2O=2NO+N2 ; N2O суда ерімейді, тұз
түзбейтін оксид, яғни қышқылдармен де, сілтілермен де әрекеттеспейді.
Азот (ІІ) оксиді – түссіз газ, күн күркірегенде түзіледі, яғни
жоғары температурада тікелей синтездеп алуға болады:
N2 +О2 →3000 C 2NO
Зертханада: 3 Сu + 8HNO3 сұйық = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Өндірісте: 4NH3+5O2→кат. 4NO+6H2O катализатор: Pt, Fe, V ;
2NO+O2→2NO2 ауада өте тез тотығады , қоңыр түсті диоксидін түзеді.
Галогендермен (йодтан басқасы) әрекеттесіп нитрозилгалогенидтер түзеді:
NO + Г20→NOГ ;
Күшті тотырғыштар NO-ны HNO3 –ке айналдырады:
5NO + 3KMnO4 +
6H2SO4 = 3MnSO4 + 5HNO3 + 3KHSO4 + 2H2O
NO тотықсыздандырғыштың күшіне байланысты ол мына қосылыстарға
дейін барады: N2O, N2, NH2OH, NH3
2NO + 2Cu (H2) →2CuO (Н2О) + N2 ; 3CrCl2 + NO + 3HCl → NH2OH+ 3CrCl3
5CrCl2 + NO + 4H2O →
NH3 + 5Cr(OH)Cl2 ; 2NO + SO2 → N2O + SO3 ;
Сілтілік ортада NO диспропорцияланады:
4NO + 2NaOH →N2O + 2NaNO2 + H2O; 6NO + 4 NaOH → N2 +4NaNO2 + 2H2O;
NO – суда ерімейді, тұз түзбейтін
оксид. NO молекуласында жұптаспаған электрон болғандықтан ол
димерленеді, бірақ димері тұрақсыз.
Азот (ІІ,ІV) оксидтерінің стехиометриялық қоспасын салқындатып
қатырғанда көк түсті қатты зат N2O3 түзіледі. Ол – (-100 0C) қатты
күйінде болады және тұрақты, ал
N2O3 (сұйық газ күйінде) ↔ NO + NO2 диспропорцияланады.
Зертханада: Мышьяк (ІІІ) оксиді мен азот қышқылы әрекеттескенде осы
оксидтер қоспасы түзіледі: 2HNO3(50%) + As2O3 = 2HAsO3 + NO + NO2 ;
N2O3 сәйкес қышқылы: HNO2 - азотты қышқыл, тек сулы ерітіндіде
болады, тұрақсыз, оны тұздарынан да алуға болады.
a.NO + NO2 + H2O = 2HNO2 ; б.АgNO2 + HCl = HNO2 + AgCl↓
в. Ва(NO3)2 + H2SO4 = ВаSO4 ↓ + 2HNO2
Сақтағанда және қыздырғанда HNO2 диспропорцияланады:
3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O;
HNO2 тотықтырғыш қасиеті басымырақ:
2HNO2 + 2HI = I2 + 2 NO + 2H2O ; Күшті тотықтырғыштар HNO2 –ні
HNO3 дейін тотықтырады:
5HNO2 + 2 KMnO4 +3 H2SO4 = 2MnSO4 + 2HNO3 + 3H2O + K2SO4 . Бұл екі
реакция нитриттермен де осылай жүре алады.
HNO2 амфолит, яғни амфотерлі қасиет көрсетеді, бірақ қышқылдық
қасиеті басым:
H+NO2 ↔HNO2↔ NO +(нитрозил) +OH- :
Тұздары нитриттер – оның қышқылдық функциясына сәйкес қосылыстары.
H2SO4 →NOHSO4 – нитрозилкүкірт қышқылы – азотты қышқылдың негіздік
функциясына сай қосылысы.
Нитриттерді азот (ІІ,ІV) оксидтерінің стехиометриялық қоспасын
сілтіде ерітіп немесе нитраттарды көмір, темір, қорғасын сияқты
тотықсыздандырғыштармен қосып қыздыру арқылы алады: NO + NO2 + 2NaOH →
2NaNO2 + H2O
Pb + NaNO3 → PbO + NaNO2 ; Нитриттердің азотты қышқылға
қарағанда тұрақтылығы жоғары, олар да тотықтырғыштық,
тотықсыздандырғыштық қасиеттер көрсетеді.
NO2 – күшті тотықтырғыш , тотықсыздандырғыш та болады, парамагнитті
молекула, ол диазот тетраоксидімен қалыпты жағдайда тепе-теңдікте
болады, себебі оның жұптаспаған электроны бар, ал димерде жалқы электрон
жоқ, сондықтан ол диамагнитті: 2NO2 ↔ N2O4. Димерлену процесі
экзотермиялық, сондықтан температураны төмендеткенде тепе-теңдік диазот
тетраоксиді түзілетін жаққа қарай ығысады.
Азот диоксиді атмосферасында фосфор, күкірт, көміртек жанады :
5NO2 +2P(S,C) → P2O5(SO3,CO2) + 5NO
Зертханада: Концентрлі азот қышқылында мысты ерітіп:
Cu + HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
немесе ауыр металдар нитраттарын қыздырып:
Pb(NO3)2 →t0 PbO + NO2 + O2 алады.
NO2 суда ерігенде, диспропорциалану реакциясы нәтижесінде екі
қышқыл түзеді: 2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3 қышқылдарын түзеді, егер O2
қатысында NO2 суда ерітсе, 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 , тек азот қышқылы, ал
егер ыстық суда NO2 ерісе, 3NO2+H2O=2HNO3 + NO түзіледі. Азот (ІV) оксиді
сілтілермен әрекеттескенде нитрит және нитраттың қоспасы түзіледі. Сұйық
диазот тетраоксиді активтігі төмен металдармен нитраттар түзеді, бұл
реакция арқылы сусыз нитраттар алады.
N2O5 алу: Азот (V) оксидін азот қышқылын фосфор (V) оксидімен
сусыздандыру арқылы:
a) 2HNO3 + P2O5 (суды алады) → 2HPO3 + N2O5
немесе азот (ІV) оксидін озонмен тотықтыру арқылы:
2NO2 + O3 = N2O5 + О2 алады.
N2O5 суда жақсы ериді, күшті тотықтырғыш H2O + N2O5 = 2HNO3 ;
N2O5 кәдімгі жағдайда ыдырайды , ал қыздырғанда қопарылады:
2N2O5 = 4 NO2 + О2 . Азот (V) оксидіне сәйкес HNO3 - күшті
қышқыл, күші тек HClO4 – ден төменірек , сусыз, «түтінденетін» HNO3
түссіз, ұшқыш сұйық зат, сақтағанда, қыздырғанда айрылады 4HNO3 = 4NO2 +
O2 + 2H2O;
Зертханада алу: 2NaNO3+H2SO4(конц.) = Na2SO4 + 2HNO3 ;
Өндірісте: 1. Ауадан азотты, судан немесе табиғи газдан сутегіні
алып аммиак алады: N2 + 3H2 ↔ 2NH3 ;
2. Аммиакты катализато қатысында тотықтырып NH3 + O2 =к NO + H2O;
3. Азот (ІІ) оксидін ауаның оттегісімен тотықтырып 2NO + O2 = 2NO2 ;
4. Аот оксидтерін суда ерітеді 3NO2 + H2O(ыстық) = 2HNO3+NO. Ыстық
су алынатын себебі НNO2 түзілмес үшін. Азот қышқылы ұшып, ыдырамас үшін
процесті вакуумда жүргізеді. HNO3 сумен шексіз
араласады, сулы ерітіндіде толық диссоциацияға түседі, күшті
тотықтырғыш, металдарды да, бейметалдарды да ерітеді:
As+HNO3+H2O=H3AsO4+NO;
S+6HNO3=H2SO4+6NO2+2H2O;
Au, Pt, Os, Jr,Nb, Ta, W + HNO3 → ерімейді.
Fe, Al, Cr + HNO3(конц.)→пассивтеледі, яғни оксид қабатымен
жабылады. HNO3 сұйық болған сайын, тотықсыздану тереңірек жүреді, себебі
сұйық HNO3 –те NO3 – иондары аз, сондықтан әр N5+ атомы
тотықсыздандырыштан көп электрон алуға тырысады, ал конц. HNO3 –те ,
керісінше, N5+ иондары көп болғандықтан, әр HNO3 тотықсыздандырыштан аз
электрон алады.
1. 2NO3- + 10e- +12H+ →N2+6H2O
2. 2NO3- + 8e- +10H+ →N2O+5H2O
3. NO3- + 3e- +4H+ →NO+2H2O
4. NO3- + 2e- +3H+ →HNO2+H2O
5. NO3- + 8e- +10H+ →NH4++3H2O
6. NO3- + e- +2H+ →NO2+H2O
7. NO3- + e- +H2O →NO2+2OH
а.конц. HNO3, сутегіден соң металдармен (6) теңдеу бойынша;
Cu(Ag, Hg) + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2+2H2O;
Сұйытылған HNO3 (3) теңдеу бойынша :
3Cu(Ag, Hg)+ 8HNO3= 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O;
б. активтігі орташа металдар (H2 маңайындағы Fe, Cd, Ni, Sn, т.б.
конц. HNO3 (3) теңдеу бойынша: 3Cd+ 8HNO3(конц.) = 2NO + 3Cd(NO3)2 +
4H2O.
Өте сұйық 10HNO3 + 4Cd = 4Cd(NO3)2 + NH4NO3+ 3H2O (5)теңдеу бойынша;
в.активтігі орташа металдар ішінен Со (ерекше) еруі, ол (1) теңдеу
бойынша
5Co + 12HNO3 → N2 + 5Co(NO3)2 + 6H2O жүреді.
Азот қышқылында ерімейтін алтын, платинаны күшті тотықтырғыш
«патша сұйығында» HNO3+3HCl ерітеді, олар анионды комплекстер түзеді:
HNO3+3HCl=2Cl(атомдық) + NOCl (нитрозилхлорид) +H2O түзілуі, олар күшті
тотықтырғыштар
Au + HNO3 + 3HCl = AuCl3 + NO + 2H2O немесе Au + HNO3 +
4HCl = Н[AuCl4] + NO + 2H2O.
HNO3 тұздары нитраттар, суда жақсы ериді. Нитраттардың ыдырауы
катион табиғатына байланысты:
1.Сілтілік, сілтілік - жер металдар нитраттары 2KNO3=2KNO2+O2
2.Активтігі орташа металдар (магний – мыс) нитраттары
Pb(NO3)2 = PbO + 2NO2 + 1/2O2
3.Активтігі өте төмен металдар нитраттары Hg(NO3)2 = Hg + NO2 + O2
бос металл түзе айрылады.
Қайталауға және өздік бақылауға арналған сұрақтар :
1. Азоттың электрондық құрылысы, жалпы сипаттамасы;
2. Азот оксидтері, алу, қасиеттері;
3. Қосылыстары, алу, қасиеттері;
4. Қышқылдары, алу, қасиеттері;
4. S + HNO3 конц. → Cu(NO3)2 + S + NO2 + H2O коэффициенттерін қою
керек.
Жалпы сипаттамасы. Фосфорды алу. Фосфордың оттекті және сутекті
қосылыстары,қасиеттері, алу. Фосфор қышқылы, қасиеттері, алу, тұздары,
қасиеттері
15P )2 )8 )5 … 3s23p33d ЭТ бойынша 6-шы орында (F, O, Cl,
N, S) промотталып V валентті болады ( проматталу – қос электронның
даралануы,яғни бос орбиталға электронның өтуі).
N5+ сияқты , P5+ қосылыстары тотықтырғыш емес, қалған тотығу
дәрежелеріне сәйкес қосылыстары тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді.
Фосфордың оттекті қосылыстары азоттың оттекті қосылыстарына қарағанда
тұрақты, ал керісінше сутекті қосылыстары тұрақсыздау. Фосфор бес
электрондары бойынша алмасу механизмі бойынша , сонымен бірге бос 3d-
орбиталь бойынша, донорлы-акцепторлы механизм бойынша байланыс түзеді.
Кездесу: Фосфор тек қосылыс түрінде кездеседі:
апатит Cа5X(PO4)3(X-F, Cl, OH-), фосфорит Ca3(PO4)2 . Фосфор өсімдіктер
мен жануарлар денесінде де болады.
Алу. Ca3(PO4)2 +5C + 3SiO2→3CaSiO3+5CO+P2 – фосфоритті кремнезем
қатысында кокспен тотықсыздандырады. Реакция нәтижесінде түзілген
кальций оксидін CaSiO3 шлагіне айналдыру үшін SiO2 қосылады.
СО газ, P2 - бу күйінде болады, бұл ақ фосфорды тоңазытқышта суытып, су
астында сақтайды. Өндірілген ақ фосфордың біразын қыздырып, қызыл
фосфорға айналдырады, ал қалған бөлігінен оттегімен әрекеттестіріп фосфор
ангидридін алып, ары қарай суда ерітіп, фосфор қышқылын (термиялық
қышқыл) алады.
Қасиеттері: Фосфордың бірнеше аллотропиялық түр өзгерістері бар.
10000C –тан төмен температурада Р4 күйінде болады. Одан жоғары болса,
P2 болады, 2500 0C-тан жоғары - Р. Ақ фосфор реакцияға түскіш, жұмсақ.
Ақ фосфор + O2, Г2, S әрекеттеседі, фосфор тотықсыздандырғыштық қасиет
көрсетеді:
4Р + 3О2 (5О2) ↔ 2Р2О3(2Р2О5 ).
2Р + 3Г2 (5Г2) ↔ 2РГ3(2РГ5 ).
2Р + 3S (5S) ↔ Р2S3(Р2S5 ). Ақ Р судың астында ұсталады, cумен
реакцияға түспейді. Ақ Р өте улы, оның 0,15 г адамды
өлтіреді. Ақ Р →300C қызыл Р, улылығы аздау. Фосфордың тұрақты
модификациясы қара фосфор. Ақ Р →220C 1200МПа қара Р . Ақ , қызыл
фосфорлар - диэлектриктер.Қара фосфор - жартылай өткізгіш,
реакцияласқыштығы бойынша ең әлсізі қара фосфор. Фосфор активті
металдармен әрекеттеседі, фосфидтер түзеді:
3Ca+2P→Ca3P2 ,
Фосфор тотықтырғыштық қасиеті бар қышқылдармен әрекеттесіп, фосфор
қышқылын түзеді: 3P + 5HNO3 конц. + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO.
Сілті ерітінділерінде ақ фосфор диспропорциялану реакциясына түседі:
4P + 3NaOH + 3H2O = PH3 + 3NaH2PO2
Қосылыстары: P2O3 →димері P4O6 , P2O5 → димері P4O10 .
P2O3 + 3H2O → 2H3PO3 – фосфорлы қышқыл, суда жақсы еритін кристалды зат.
РГ3 + 3H2O → H3PO3 + 3НГ. 2 негізді, күші орташа қышқыл, соңдықтан оны
былай жазу керек H2[HPO3], тұздары фосфиттер:
6NaOH + P2O3 → 2Na3PO3 +3Н2О және гидрофосфиттер
2 NaOH+ P2O3 + H2O → 2NaH2 PO3 . Сілтілік металдар мен кальцийден
басқа металдардың фосфиттері суда нашар ериді.
4H3PO3 → t0 PH3 + 3H3PO4 диспропорциялану реакциясында түседі,
H3PO3 тотықсыздандырғыш ретінде :
H3PO3 +Cl20 + H2O→ H3PO4 + 2HCl ;
Қышқыл фосфориттерді қыздырғанда дифосфорлы қышқылдың
H4P2O5 тұздары – пирофосфаттар түзіледі:
2NaH2PO3 → t0 Na2H2P2O5 (пирофосфит)+H2O;
H4P2O5 –
пирофосфор қышқылы, 2-негізді, тұрақсыз қышқыл.
Фосфордың ең маңызды қышқылы ортофосфор қышқылы. Сусыз таза фосфор
қышқылы – түссіз кристалдық зат. Оны фосфаттарды концентрлі күкірт
қышқылымен өңдеу арқылы алады:
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 2H3PO4 + CaSO4 немесе оксидін суда ерітіп
алады
P2O5 + H2O= (HPO3) 2 ; Ол әлсіз үш негізді қышқыл: H3PO4 ↔ H+ +
H2PO4- pK1=2,2; H2PO4-↔H++HPO42-
pK2=7,3 ; HPO42-↔H++PO43- pK3=12,4.
Үш негізді болғандықтан үш қатар тұздар түзеді: дигидрофосфат,
гидрофосфат, фосфаттар. Суда ерісе, гидролизге ұшырайды:
Na3PO4 + H2O ↔ NaOH + Na2HPO4 pH= 12,1
Na2HPO4 + H2O ↔ NaOH + NaH2PO4 pH= 8,9
Ортафосфаттар (аммоний фосфатынан басқасы) температура әсеріне
тұрақты. Гидрофосфаттар қыздырғанда суды бөліп ди- және метафосфаттарға
айналады:
2Na2HPO4→t0 Na4P2O7 + H2O; Na2HPO4→t0 NaPO3 + H2O;
Ақ фосфорды ауадағы оттекпен өртеп, алынған оксидті суда ерітіп ,
аса таза фосфор қышқылын алады: P4 + 5O2 → 2P2O5 → P2O5 + H2O → 2H3PO4
;
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → H3PO4 + CaSO4 ; Катализатор қатысында
жоғары температурада фосфор буы мен су буы әрекеттесіп фосфор қышқылын
түзеді:
4P + 16H2O →700C 4H3PO4 + 10 H2 ; Алынған сутекті аммиак алуға
қолданып, азот – фосфор тыңайтқышын алуға болады. Сонда ресурсты сақтау
және қалдықсыз технология іске асады.
P4+-ке сәйкес H4P2O6 – фосфорлау қышқылы – орташа күшті, төрт
негізді қышқыл. H4P2O6 + H2O → H3PO3 + H3PO4. Тұздары гипофосфаттар,
сілті металдарының тұздары суда жақсы ериді.
H3PO2 фосфорлылау қышқылы, тұздары гипофосфиттер, күшті тотықтырғыш
(HPO3) 4 + H2O → H6P4O13 -
тетраполифосфор қышқылына айналады.
Фосфордың бейметалдармен қосылыстары
Фосфор сутекпен тікелей әрекеттеспейді, Гиббс энергиясы оң сан,
сондықтан фосфинді активті металдардың фосфидтерін суда немесе сұйытылған
қышқылдарда ерітіп алады.
Ca3P2+6HCl→3CaCl2+2PH3 - фосфин, газ, улы, иісі
шіріген балық иісі сияқты, суда ериді. Фосфин молекуласының құрылысы
аммиак молекуласыныкі сияқты тригоналды пирамида.
Протонакцепторлық қабілеті нашар болғандықтан фосфин судан протонды
тартып ала алмайды, онымен қосылыс түзбейді, сондықтан сулы ерітіндісі
бейтарап болады. Фосфоний ионы қышқылдармен фосфин әрекеттескенде
түзіледі:
H3+O+PH2- ↔ PH3 + H2O ↔ PH4+ + OH-; PH3-амфотерлі зат, рКқышқ. =
28,7; рКнег. = 28,4 өзара тең. Фосфин суда
нашар ериді. Ауада жанып фосфор қышқылын түзеді: PH3+O2= H3PO4 .
Фосфоний тұздары – түссіз кристалдық заттар, суда гидролизге ұшырайды.
Сілтілік ортада фосфин алтынның, күмістің, мыстың, қорғасынның иондарын
тотықсыздандырады. Гидразиннің аналогы дифосфин Р2Н4 түссіз, сұйық зат.
Фосфор галогендермен
жақсы әрекеттеседі: 2Р+ 3Г2→2 РГ3 және 2Р + 5Г2→ 2РГ5.
Олар улы заттар. Сумен күшті әрекеттеседі: РСl5+
H2O→POCl3+2HCl; РСl5+
4H2O→H3PO4+5HCl судың артық мөлшерінде гидролизге ұшырайды; РГ5 -
sp3d – гибридтелу болады. PCІ3, PBr3 түссіз, сұйық , РJ3-кристалл; PJ3
+ 3H2O→ H3PO3+ 3HJ, PJ3 – қышқыл түзгіш зат.
Фосфордың металлмен қосылыстары
Активті металдармен әрекеттесіп Ме + P → Me3Pn фосфидтер түзеді,
балқу температуралары өте жоғары. Сілтілік және сілтілік- жер металдар
фосфидтері суда жақсы ериді. Көптеген фосфидтер жартылай өткізгіштер.
Қолданылуы. Ақ фосфор →t0 қызыл фосфорға айналады , ол сіріңке
өңдірісіңде қолданады, H3PO4 алады. Р2О5 → H3PO4 алады, фосфор қышқылы
спирт алу үшін қолданады. Фосфаттар – тыңайтқыштар.
«Қос суперфосфат» Ca3(PO4)2 + H3PO4 → Ca(H2PO4)2
преципитат Ca3(PO4)2+H2SO4+4H2O→2 CaHPO4.2
H2O+CaSO4
Ca3(PO4)2+ H3PO4+6H2O→3 CaHPO4 ∙2H2O; Аммофос NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 ;
Me3Pn – жартылай өткізгіштер CaP-ZnP – лазерлы сәуле алу үшін
қолданылады.
Қайталауға және өздік бақылауға арналған сұрақтар :
1. Фосфордың оттекті қосылыстары, қасиеттері, алу;
2. Фосфордың қышқылдары, алу, қасиеттері;
3. Фосфордың металл еместермен қосылыстары, қасиеттері;
4. Фосфордың сутекті қосылыстары, алу, қасиеттері;
5. Табиғатта фосфордың таралуы және алынуы.
Мышьяк топшасы элементтері
Бұл топша элементтерінің сыртқы электрондық қабаттары (n-1) d10
ns2np3 (Аs, Sb), 4f 5d10 6 s2 6р3 - Ві; Сондықтан толық электрондық
аналогтар.
+5 тотығу дәрежесі сурьма үшін тұрақтырақ. Аs - Sb - Ві +3 тотығу
дәрежесінің тұрақтылығы осы қатар бойынша артады, ал -3 тотығу
дәрежесінің тұрақтылығы кемиді.
Табиғатта кездесуі және алу. Бұл элементтердің минералдары көп: жер
бетінде Аs - 5.10-4 % , Sb - 4.10-5 % ; Ві - 2.10-5 % , көбінесе
күкіртпен бірге кездеседі: АsS реальгар, ҒеАsS арсенопирит; Sb2S3
антимонит; Ві2S висмутит; Ві2Те2S тетрадимит. Оларды алу үшін алдымен
сульфидті қосылыстарын оксидтерге айналдырып, карботермия не
металлотермиялық әдістермен тотықсыздандырады: 2АsS + 4,5О2→ 2 SО2 +
Аs2О5
Аs2О5 +5С → 2 Аs + 5СО. Аса таза Аs пен Sb алу үшін оларды гидридтерге
айналдырып, сосын оларды айырып алады.
АsН3 - арсин; SbН3 - стибин, ВіН3 - висмутин.
АsН3 - SbН3 - ВіН3 - тұрақтылығы азаяды, газдардың улылығы артады.
Түсті металдар кендеріндегі кездесетін мышьяк, сурьма, висмуттың
қосылыстарын тұз қышқылымен өңдеп, гидридтерін алады:
Аs2Zn3 +6HCI =2 АsH3 +3ZnCI2
t 0
2 АsH3 = 2 Аs + 3H2 - шыны түтікте «қара айна» - Аs пайда болады, осы
арқылы криминалистер мышьякпен уланғандықты анықтайды.
Физикалық және химиялық қасиеттері: Аs - ақ түсті; Sb - көгілдір,
Ві - қызғылтым кристалл заттар. Аs, Sb – жартылай өткізгіштер, Ві-
металл. Қыздырған кезде осы үш элемент те оксидтер түзеді; 4Э+3О2→2Э2О3.
Бұл элементтер кернеу қатарында сутегіден кейін тұр: Е0Э3+ /Э, В
Аs(+0,30),
Sb(+0,74), Ві(+0,20). Сондықтан тотықтырғыш емес, қышқылдарымен
әрекеттеспейді. Аs2О3 суда аз ериді. Sb2О3 және Ві2О3 ерімейді. Sb2О3 -
амфотерлі оксид, күшті қышқылдармен әрекеттесіп тұз түзеді: Sb2О3 +
3Н2SО4 → Sb2(SО4)3 +3Н2О; Sb2О3 + 6НСI→ 2 SbСI3 +3Н2О
ал сілтілермен әрекеттесіп метасурьма және сурьма қышқылдарының тұздарын
түзеді: 2NaOH + Sb2О3 → 2NaSbО2 +Н2О; 6NaOH +
Sb2О3 → 2Na3SbО3 +3Н2О
Аs2О3 қышқылдық оксид, Аs2О3 + 6 NaOH=2Na3AsO3 +3H2O
Ві2О3 негіздік оксид, сондықтан тек қышқылдармен әрекеттеседі:
Ві2О3 + 6 НСI→ 2 ВіСI3+3Н2О
Аs2О5, Sb2О5, Ві2О5 қышқылдық оксидтер, Н3АsО4-мышьяк қышқылы,
тұздары арсенаттар; Н3SbО4 –сурьма қышқылы, тұзы-антимониттер Na 3SbО4
Na 3SbО2; Ві(ОН)3 ↓ тұздары висмутаттар: Na3ВіO3, NaВіO2.
Тотықтырғыш қышқылдарда үш элемент те ериді.
Аs +5НNO3 конц. → Н3 АsО4 +5NO+Н2О
орта мышьяк
қышқылы
3Sb +5 НNO3 конц. → 3НSbО3 +5NO+ Н2О
мета сурьма қышқылы
2Sb +6 НNO3 сұйық→ Sb2О3 + 6 NO2 +3 Н2О
Ві + 4 НNO3 = Ві(NO3)3 + NO +2 Н2О - азот қышқылының концентрациясына
байланысты емес.
Үш металл да сілтілермен әрекеттеспейді, тек мышьяк оттегі қатысында
сілті балқымасымен әрекеттеседі. 4Аs +12 NaOH +5О2=4Na3AsO4+6H2O
Үш элементтің де +3 және +5 тотығу дәрежелеріне сәйкес қосылыстары
болғандықтан, тотығу-тотықсыздану реакцияларына түседі:
Аs(+3) - Sb(+3) - Ві(+3) қатар бойынша қосылыстар тұрақтылығы артады.
Аs(+5) - Sb(+5) - Ві(+5) қатар бойынша қосылыстардың тұрақтылығы кемиді,
сондықтан тотықтырғыштық активтілігі артады. Н3АsО4 тотықтырғыштық
қасиетін тек қышқыл ортада көрсетеді: Н3АsО4 +2НI =I2 + Н3АsО3 + H2O.
Н3SbО4 те қышқыл ортада тотықтырғыш болады;
Н3SbО4 +2 НСI = СI2 + Н3SbО3+ H2O.
Ві5+ қышқыл ортада да, сілтілік ортада да тотықтырғыш болады:
5NaВіО3 + 4Mn(NO3)2 + 6 H2O → 5NaВіО2 + 4HMnО4 +8НNО3
Мышьяк топшасы элементтері сульфидтер түзеді, олар - суда, сұйық
тотықтырғыш болмайтын қышқылдарда ерімейтін ұнтақ заттар:
2ЭГ3 + 3Н2S = Э2S3 ↓+6НГ
2ЭГ5 + 3Н2S = Э2S5 ↓+10НГ
Сонымен, сульфидтерді галогенидтерінен алады.
Sb2S3 және Ві2S3 концентрлі НСI ериді, ал Аs2S3 тек тотықтырғыш
қышқылдарда ериді: Э2S3 + 8HCI = 2H[ЭСI4] + 3Н2S; 3Аs2S3 +28
НNО3 + 4 H2O = 6 Н3АsО4 + 9 Н2SO4 +28NО
Э2S3 қышқылдық қасиет көрсететіндіктен негіздермен әрекеттеседі:
Sb2S3 + 6 NaOH=Na3SbО3 + Na3SbS3 + 3 H2O
натрий стибаты натрий
тиостибаты
Э2S3 қышқылдық қасиет көрсететіндіктен негіздік сульфидтермен
әрекеттескенде тиотұздар түзіледі: Аs2S3 +3(NН4)2S=(NН4)3АsS3;
Ві2S3 тек калий мен натрийдің сульфидтерінің балқымасымен
әрекеттеседі, сонда мета-тиосульфат түзіледі: Ві2S3+ Na2S = 2NaВіS2
Тиотұздар қатты күйінде тұрақты, бірақ олардың қышқылдары бос
күйінде белгісіз. Э2S5- тек сульфидтері ғана белгілі, селенмен, теллурмен
қосылыстары жоқ: Аs2S5 – Sb2S5 - Ві2S5 қатары бойынша тұрақтылықтары
кемиді, себебі осы қатар бойынша +5 тотығу дәрежелерінің тұрақтылығы
азаяды.
2 Na3АsО4 (2 Na3SbО4) +5Н2 S +6 НСI =Аs2S5(Sb2S5) + 6 NaСI +8 H2O
Ві2О5 + 6 Н2 S +2 NaOH = Ві2S5 + 7H2O+Na2S
Аs2S5 және Sb2S5 қышқылдық қасиет көрсетеді, сондықтан негіздермен
және негіздік сульфидтермен әрекеттескенде тиотұздар (тиоарсенаттар мен
тиостибаттар) түзеді:
Sb2S5 + 6 NaOH = Na3SbО3S + Na3SbS4 +3 H2O; Аs2S5 + Na2S=2 NaАsS3
Олардың да тиоқышқылдары бос күйінде белгісіз. Тиотұздардың түзілуі
мен бөлінуі (қышқыл ортада) сапалық реакциялар жасағанда қолданылады.
Сурьма мен висмуттың (Э3+) тұздары бар, мышьяк үшін белгісіз:
2 Sb + 6Н2SO4 = Sb2(SO4)3 + 3 SO2 +6 H2O. Сурьма азот қышқылында ерігенде
Sb(NO3)3 түзілмейді, оны былай алады:
SbСI3 + 3AgNO3 = Sb(NO3)3 + 3AgCI↓
Ві +4 НNО3 = Ві(NO3)3 + NO + 2H2O
2 Ві + 6 Н2SO4 = Ві2(SО4)3 + 3 SО2 +6H2O
Ві3+ тұздары суда гидролизге ұшырайтындықтан, ерітіндіде висмутилдер
туындылары болады: (ВіО)2 SO4, (ВіО)2СO3. Сонымен бірге Ві(NО3)3 тұздары
қос тұздар да түзеді: Ві(NО3)3 .2 NН4NО3 . 4H2O.
Қолданылуы: Ві құймаларға қосылады, Вуда құймасы ядролық
реакторларда қолданылады, оңай балқитын құйма; Аs, Sb жартылай
өткізгіштер.
Аs медицинада қолданылады. Ауыл шаруашылығында Аs инсектицидтер
ретінде (зиянды жәндіктерді жоюға), телефон сымдарын жасауда қолданылады.
Қайталауға және өздік бақылауға арналған сұрақтар :
1. Мышьяк топшасы элементтерінің оттекті қосылыстары, қасиеттері,
алу.
2. Мышьяк топшасы элементтерінің қышқылдары, алу, қасиеттері
3. Мышьяк топшасы элементтерінің сульфидтері, қасиеттері
4. Мышьяк топшасы элементтерінің галогенидтері,қасиеттері,алу
5. Мышьяк топшасы элементтерінің тотығу-тотықсыздану реакциялары
Осы дәрістер материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды білу
керек:
1.VA топша элементтерінің периодтық жүйедегі орны;
2.-3-ден +5 тотығу дәрежелеріне сәйкес қосылыстарының
айырмашылықтары мен ұқсастықтары;
3. VA топша элементтері қосылыстарының химиялық қасиеттері.
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін
оқу керек:
1. Нұрахметов Н.Н., Ташенов Ә.К. Бейметалдар химиясы. – Алматы:
ЖШС РПБК «Дәуір», 2011. – 240-326 беттер.
2.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия
курсы бойынша есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 –79- 82
беттер.
3.Угай Я.А. Неорганическая химия. – М.: Высш.шк.,1988. – 246-
299 беттер.
МОДУЛЬ 4. ІVA ТОПША ЭЛЕМЕНТТЕРІ
ДӘРІСТЕР 11-13
1. Көміртегі, жалпы сипаттамасы, қасиеттері, қолданылуы.
2. Кремний, жалпы сипаттамалары, қасиеттері, қолданылуы.
3. Германий топшасы, жалпы сипаттамалары, қасиеттері, қолданылуы.
IVA топта 2 типті элементтер С, Si ; Ge- тобы элементтері (Ge, Sn,
Pb) және IVВ тобында Ti-тобы элементтері(Ti, Zr, Hf-
гафний) орналасқан. Бұл топ элементтері маңыздылығы бойынша ең жоғары,
яғни С - органикалық химия негізі, органогенді элемент, барлық тірі
ағза негізі. Si - бейорганикалық химия негізі және барлық жансыз
табиғат негізі. Ti - және оның құймалары –авиа-, космос зымырандарын,
кемелер жасауда қолданады. Ge, Si- жартылай өткізгіш, компьютер,
микропроцессорлар негізі. Э4-← 4е + Э0 - 4е-→ Э4+
(4+,3+,2+,1+) және (-1,-2,-3,-4) яғни 1,2,3,4 электрон қосуға, алуға
болады.
6C ) 2 )4 …2s22p2 р-ұяшықта 2 дара электрон және бір бос ұяшық
болғандықтан, 3 ковалентті байланыс түзіледі: алмасу механизмі және
донорлы-акцепторлы механизмдер бойынша. Молекулалық орбиталдар
теориясы бойынша СО молекуласындағы байланыстарды көрсетсек, онда 3
байланыс болады, осы үшеуі де ковалентті байланыс.
Ал 2s2 электрон СО мен металл карбонилдері
түзілгенде қолданылады [Fe(CO)5]0
Fe … 3d64s24p – акцептор; :СО – донор.
6C ) 2 )4 …2s22p2 sp3 –гибридтелу болады, яғни бір электрон р-
орбитальға промотирленеді, өтеді , сонда көміртегі атомы максимал IV
валенттілікті көрсетеді.
1H )1 1s1. Сутегі мен көміртегі атомдарында валенттілік
электрондары мен орбиталдары бірдей. Соңдықтан осы 2 элемент басқа
элементтермен және өзара ең көп қосылыс береді.
Кездесу. Тірі ағзаның айрылуы нәтижесінде көмір, торф, мұңай, табиғи
газ түзілген. МеСО3 – CaCO3 –мәрмәр, ізбес, бор; MgCO3 – магнезит
MgCO3(CaCO3 - доломит ; FeCO3 – сидерит. Көміртек диоксиді атмосферада
600 млн. тоннаға жуық кездеседі, табиғи суларда еріген түрде болады.
Қасиеттері : С: карбин; алмаз ; графит - аллотропиялық түр
өзгерістері . Алмаз – қиын балқиды, қатты, электр және жылуды жаман
өткізеді, химиялық инертті; графит – жұмсақ, электр, жылуды жақсы
өткізеді, инертті. С(көмір, кокс, күл + О2(ауа) → СО2 тез жанады.
Фтормен қалыпты жағдайда әрекеттеседі: С+2F2→CF4 , қалған галогендермен
көміртек тікелей әрекеттеспейді; Жоғары температурада ол басқа
бейметалдармен әрекеттеседі: C+S,N2→t0
CS2 – күкіртті көміртек; C2N2 – циан түзеді. 2С + 2Н2 →t0 С2Н4;
C+2H2→t0CH4 .
Алюминий және кальций көміртекпен карбидтер түзеді: Al4C3 , CaC2.
Олардың гидролизі нәтижесінде метан және ацетилен түзіледі.
Қосылыстары: Көміртегі бірнеше оксид түзеді. CO; CO2; C3O2 ; CO2 –
ауада, органикалық заттар тотыққанда, тірі организм демалғанда, ашуда,
отын жанғанда, вулкандардан пайда болады, минералды суларда болады. CO2
- ні суытса, «құрғақ мұз» түзіледі, қатты қар сияқты. CO2 жануды
қолдамайды, бірақ оттегіге тартылғыштығы жоғары элементтер көміртек
оксиді құрамындағы оттегін тартады, мысалы, магнийді алдымен ауада
жағып, CO2 –ге еңгізсе, Mg ары қарай жана береді 2Mg + CO2 → 2MgO + C.
Өнеркәсіпте оны табиғи карбонаттарды күйдіру арқылы алады:
СаСО3 → СаO + CО2.
Зертхана жағдайында алу: СаСО3 + 2НСІ → СаСІ2 + CО2 + H2O;
Көміртегі диоксиді полюссіз болғандықтан суда жаман ериді:
CО2 + H2O ↔ H2СO3. Көмір қышқылы әлсіз қышқыл, екі негізді К1 = 4,5∙10-7
және К2 = 4,7∙10-11 сондықтан оның карбонаттары және гидрокарбонаттары
болады. Көміртегі диоксиді қышқылдық оксид болғандықтан сілтілерде
ериді: CO2 + 2 NaOH = Na2CO3;
CO2 + NaOH = NaHCO3. Сілтілік металдар және аммоий карбонаттары суда
жақсы ериді, гидролизге ұшырайды. Карбонаттардың термиялық тұрақтылығы
металдың табиғатына тәуелді: неғұрлым металдың активтігі жоғары болса,
соғұрлым карбонаттың тұрақтылығы жоғары. Гидрокарбонаттардың термиялық
тұрақтылығы төмен.
Күшті қышқылдар карбонаттардан, гидрокарбонаттардан көмір қышқылын
ығыстырып шығарады: СаСО3 + 2НСІ → СаСІ2 + CО2 + H2O;
Са(НСО3)2 +
2НСІ → СаСІ2 + 2CО2 +2 H2O
CO –түссіз, улы газ, суда нашар ериді.
Зертхана жағдайында алу: Құмырсқа қышқылын күкірт қышқылы қатысында
1000С температурада қыздыру арқылы алады:
1.HCOOH →H2SO4 конц. CO+ H2O, бірақ ол құмырсқа қышқылының
ангидриді емес, себебі көміртегінің тотығу дәрежелері сәйкес болса да,
валенттіліктері сәйкес емес: оксидте ол үш валентті, қышқылда – төрт
валентті;
H2SO4 конц. суды тарту үшін қолданады.
2.Егер қымыз қышқылын концентрлі күкірт қышқылымен сусыздандырса,
көміртек оксидтерінің қоспасы түзіледі:
H2С2O4 →H2SO4 конц. CO2 + CO+ H2O; Көміртек (ІІ) оксидін диоксидтен
(не керісінше) тазарту үшін оксидтер қоспасын барий гидроксиді
ерітіндісінен өткізеді: CO2 + CO + Ba(OH)2 → BaCO3↓
CO мен N2 ұқсас
молекулалар – изоэлектрондар. М(СО) – 28г/моль;
М(N2) -28г/моль . Екі молекулада да 3 байланыс бар, молекулярлық
орбитальдар теориясы арқылы бұл байланыстарды көрсетуге болады. CO – тұз
түзбейтін оксид, оған тотығу, тотықсыздану және қосылу реакциялары тән .
CO молекуласында оттегінде де, көміртегінде де электрон жұбы бар,
соңдықтан оған қосылу реакциясы тән. Бөлме температурасында бағалы
металдарды тотықсыздандырады:
PdCl2 + CO + H2O → Pd + CO2 + 2HCl; ал температураны көтерсе, оның
активтігі артады, оттек, хлор, күкіртпен әрекеттеседі. 2CO+O2=CO2 ;
CO + Cl2 → COCl2 (фосген) , улы, I дүние жүзілік соғысында қолданылды.
CO + S → COS (көміртегі тиооксиді). Көптеген металл оксидтерінен металл
алу үшін (пирометаллургия) Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Mn, Mo, т.б. қолданылады:
FeO + CO → CO2 + 2Fe; 2CO + 2H02 = 300 CH4 + CO2, диспропорциялану
реакциясы. CO+H02 → CH3OH, бұл реакцияда СО
тотықтырғыш қасиет көрсетеді.
CO + NaOH → HCOONa - қосылу реакциясы; Көміртектің басқа
бейметалдармен түзетін қосылыстары:
Зертханалық жағдайында: Al4C3+12H2O→4Al(OH)3↓+3CH4 алынады,
C+2S →t0 CS2 – күкіртті көміртек, улы, еріткіш ретінде қолданылады.
Оттегімен әрекеттесіп, көміртек және күкірт диоксидтерін түзеді:
CS2 +3O20→CO2+2SO2, суда жоғары температурада гидролизге ұшырайды:
CS2+2H2O →150 CO2+2H2S;
Электр доға температурасында көміртек азотпен тікелей қосылып, түссіз,
улы газ түзеді: 2C + N2 → (CN2) – циан , егер сутегі қатысында жүрсе:
2C+N2+H2 →2HCN –циан қышқылы алынады.
Түссіз,өте ұшқыш, өткір иісті, өте улы сұйық, тиген жерін көгертіп
жібереді. Қышқылдық қасиеті нашар - әлсіз қышқыл. Сондықтан ол көгерткіш
қышқыл деп те аталады. Оны алу үшін мына реакциаларды да пайдаланады:
2CH4+2NH3+3O2→2HCN+6H2O және 2KCN + H2SO4 (2HCN + K2 SO4
Тұздары цианидтер деп аталады, олар улы. Натрий және калий
цианидтеры алтын мен күмісті еріте алатындықтан, оларды алуға
қолданылады. Цианидті калий ерітіндісін күкіртпен араластырып, роданид
КCN+S → KCNS алады.
H-S-CN↔H-N=C=S таутамерлі екі түрі, радонды сутек қышқылы, аммоний және
калий тұздары жиі қолданылады. HSCN↔HNCS; C+Si→SiC-кремний карбиді,
карборунд алмаз сияқты қатты, қиын балқиды, муфель пештерін жасайды.
Галогенидтермен әрекеттесіп, тетрагалогенидтер түзеді: С + 2Г2 → СГ4 не
метанды, не күкіртті көміртекті хлорлау арқылы алады:
CH4 + 4Cl2 = CCl4 + 4HCl; CS2 + 2Cl2 = CCl4 + 2S.
Көміртектің тетрабромиді мен тетраиодидін ССІ4 пен алюминий галогениді
арасындағы алмасу реакциялары арқылы алады: 3CCl4 + 4AIBr3 = 3CBr4 +
4AICI3.
Қолданылуы: Алмаз қаттылығына байланысты кесуге, бұрғылауға
қажетті құралдар жасауға, өңделген алмаз бриллиант ретінде қолданылады.
Графит электродтар, тигельдер жасауға қолданылады.
Көміртек диоксиді соды, карбамид өндірісінде, тамақ өндірісінде, өрт
сөндіру құралдарында қолданылады.
Көміртек тетрахлориді және күкірткөміртек еріткіш заттар; Цианидтер
кендерден алтын және күміс алуға, гальванотехникада электролиттер
құраушысы ретінде, металдарды электролиттік жолмен жалатуға қолданылады.
Карбамид азотты тыңайтқыш алуға, бояу алуға, косметикалық және
медициналық препараттар алуға шикізат ретінде қолданылады.
Кремний, оксидтері, қышқылдары, қасиеттері, қолданылуы
14 Si )2 )8 )4 …3s23p23d Si оттегіге қосылғыштық
энергиясы өте үлкен, соңдықтан SiO2 қосылысы көп. Кездесу. Ең көп
элемент оттегі, сутегі, содан кейін Si . Si-қосылыс күйінде кездеседі:
SiO2 – кремнезем, каолинит Al4(Si4O10)(OH)8, дала шпаттары Ме(AlSi3O8)
Me = Na, K; слюдалар МеЭ(AlSi3O10)(OH, F)2
, мұндағы Me =Li,Na,K; Э = Al, Fe.
Алу: Өнеркәсіпте тазалығы 95-99 % - ті кремнийді электр пешінде
кремнеземді кокспен тотықсыздандырып алады: SiO2+2С=Si+2CO (19000С).
Аса таза Si алу: алдымен ұшқыш SiCl4, SiH4 алады да, сосын оларды
сутекпен не мырыш (магний) буымен тотықсыздандырады не термиялық
ыдыратады:
SiCl4 + 2H2 = Si + 4HCl; SiH4 → Si + 2H2 ;
Зертханада: SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO
Физикалық және химиялық қасиеттері: Кремний жартылай өткізгіш,
алмаз тәрізді қатты, балқу, қайнау температуралары жоғары. Кристалды
кремний инертті. Ұсақталған кремний фтормен қалыпты жағдайда, хлор және
оттегімен 400-6000С температурада, азотпен 10000С әрекеттеседі:
Si + 2F2 → SiF4↑ ұшқыш зат; Si + Cl2, Br2, O2, S, N2 →t0
SiСІ4, SiBr4, SiO2 , SiS2, Si3N4 стехиoметриялық қосылыстар береді.
Көміртек және бормен 20000С температурада әрекеттеседі:
Si+C, B→өте жоғары t0 карборунд, борид (SiC, B3Si) түзеді.
Кремний көптеген металдар балқымасында ериді де силицидтер түзеді:
Si + Me (магний, кальций, мыс, темір, висмут) → силицидтері
түзіледі, стехиометриялық қосылыстар.
Қыздырғанда кремний фторсутекпен әрекеттеседі: Si+4HF→ SiF4+2H2 ;
Жоғары температурада мына
реакциялар жүреді: Si+HCl(HBr,HJ)→400-500C SiГ4 +2H2
Тотықтырғыштық қасиеттері бар оттекті қышқылдар кремнийді
пассивтейді: Si + HNO3, H2SO4
(қышқылдар) → әрекеттеспейді, тек қышқылдар қоспасында ериді:
3Si + 4HNO3 + 18HF → 3H2[SiF6] + 4NO + 8H2O
кремнийфторлы қышқыл.
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2 - Сілтілерде жақсы ериді, тұз
түзеді. Қосылыстары: SiO2 , SiO-
табиғатта жоқ, оны алады : SiO2 +C → SiO+CO;
SiO2 +Si →2SiO; SiO тоқ өткізбейді, изолятор ретінде
қолданады. SiO2 – гетеротізбекті полимер. Кремний диоксиді инертті, тек
фтор, фторсутек, оның судағы ерітінділері және сілтілердің
ерітінділерімен әрекеттеседі:
SiO2 + F2, HF (газ, балқытқыш қышқыл) → SiF4+H2O;
SiF4 берігірек қосылыс, SiO2 –ге қарағанда, соңдықтан реакция жүреді.
SiO2 + 2NaOH →t0 Na2SiO3(силикат) + H2O
Силикаттар көбінесе SiO2+NaOH, Na2CO3, MeO(балқыма)→силикаттар;
SiO2 + Na2CO3 →
Na2SiO3 + CO2 ; SiO2 + PbO → PbSiO3 түзіледі.
SiO2 + қышқыл, су → жүрмейді; Кремний қышқылын мына реакция арқылы
алады: Na2SiO3 +2HCl→H2SiO3 ↓ (кремний қышқылы)
+2NaCl; хSiO2∙yH2O x=y=1, метакремний қышқылы H2SiO3 ; y=2, x=1
болса, орта кремний қышқылы H4SiO4 . H2SiO3 өте әлсіз қышқыл
болғандықтан , суда еритін тұздары толық гидролизге ұшырайды.
Na2SiO3 + H2O →2 NaOH + H2SiO3 ↓ - силикагель.
Кремнийдің сутекті қосылыстары силандар: SiH4-силан;
Mg2Si+4HCl→MgCl2+SiH4↑ CH4, C2H6 қатары сияқты SiH4,
Si2H6,…Si18H18(октасилан)-ге дейін болады. Силандар улы, иісі жаман.
SiH4-тотықсыздандырғыш SiH4+2O20→SiO2+2H2O
8KMnO4+3SiH4→8MnO2+3SiO2+8KOH+2H2O
8FeCl3+SiH4→8FeCl2+SiCl4-+4HCl
Силандар гидролизге түскіш SiH4 +2H2O → SiO2+2H2
H2[SiF6] – кремний фторлы сутек қышқылы, күшті қышқыл, 0,1н.
ерітіндісінің диссоциалану дәрежесі 75%. Күшті дезинфектор. Тұздары –
фторосиликаттар, көпшілігі ерімтал, өсімдік зиянкестерін жоюға
қолданылады, эмаль жасағанда жұмсалады. Si… 3s23p23d – болғандықтан,
SiH4 +2HF→ SiГ4 (SiF4 , SiCl4 , SiBr4) – тікелей синтезбен алуға болады,
түссіз, фторид –газ, хлорид,бромид – сұйық, иодид –қатты заттар, сумен
әрекеттеседі, кремний диоксиді және галоген сутек түзіледі. SiS2 -
дисульфид 2H2S+Si→SiS2+2H2 ; гидролиз SiS2+2H2O→SiO2+2H2S ; тұздары
Na2SiO3 - еріген шыны, ерітіндісі -сұйық шыны деп аталады. Терезе, құты
шынылары Na2О(СаО(6SiО2 ; Шыныны мына реакция арқылы алады:
Na2CO3+CaCO3+6SiO2→ Na2О(СаО(6SiО2 +2CO2
Шыны жасыл болу үшін Fe2+ қосылыстарын қосылады. K2O(PbO(6SiO2 –
хрусталь.
Қолданылуы: Si – жартылай өткізгіш болғандықтан электроникада,
электротехникада қолданылады, диод, транзисторлар, фотоэлементтер
асауға қолданылады. SiO2 –құм, құрылыс материалы, SiС2 – карбид тәріздес
материал, сұйық шыныға, маталарға, ағашқа сіңдіреді, сонда ол отта
жанбайды.
Қайталауға және өздік бақылауға арналған сұрақтар :
1. Көміртек пен кремнийдің аллотропиялық түр өзгерістері, ұқсастықтары
мен айырмашылықтары;
2. Көмір қышқылы, диссоциациясы, тұздары, олардың гидролизі;
3. Көмір(ІІ) оксиді, қасиеттері, карбонилдері, тотығу-тотықсыздану
реакциялары;
4. Кремний қышқылы, алу, қасиеттері, тұздары.
5. Кремнийдің бейметалдармен қосылыстары, олардың қасиеттері.
Германий топшасы элементтері
Gе, Sn, Рb элементтерінің электрондық конфигурациясы ns2 nр2
болғандықтан олар катион да анионда түзіп, қосылыс береді. Gе жартылай
өткізгіш. Sn екі модификациялық түр өзгеріс береді: α- Sn- сұр түсті,
кристалл зат-300С маңында ұнтаққа айналады; β- Sn- ақ түсті кристалды
зат. Осы 3 элементте +4 және +2 тотығу дәрежелеріне сәйкес қосылыстар
береді: Gе4+, Sn4+, Рb4+ қатар бойынша тұрақтылық кемиді, ал Gе2+,
Sn2+, Рb2+ тұрақтылығы артады, сондықтан Э2+ тотықсыздандырғыштар, Э4+-
тотықтырғыштар болады. Бұл элементтер табиғатта аз; жер қыртысында Gе
7.10-4%, Sn 4.10-3%, Рb 1,6.10-3% кездеседі. Sn, Рb өздерінің кендері
бар, Gе-шашыраңқы элемент,өзінің кені жоқ. 4Аg2S .GeS2- аргиродит; 3Сu2S
. FeS . 2GeS2 – германит. SnО2-касситерит, Сu2S . FeS . SnS2-станнин. РbS-
қорғасын жылтыры, галенит. РbSО4-англезит. РbСО3-
церуссит.
Алу: GеО2 + 4НСI = GeCI4 +2H2O GeCI4 +2H2O → GeP2 +4HCI .
GеО2 +2Н2 =Gе + 2H2O, таза германий алынады.
2 РbS + 3О2 =2РbО + 2SО2, кендегі сульфидтер оксидтерге айналады, ары
қарай оксидтерді тотықсыздандырады: РbО + СО = Рb + СО2
электролиз
2Н2О +2Рb(NO3)2 ————→ 4НNO3 + 2Рb + О2-өндірісте электролиз арқылы
алады.
электролиз
2Н2О + Sn (NO3)2 ————→ 4НNO3 + 2 Sn + О2-өндірісте қалайыны да таза
күйінде электролиз арқылы алады.
Химиялық қасиеттері
Жай жағдайда Sn, Gе, Рb ауамен, сумен әрекеттеспейді, ал
қыздырғанда GеО2, SnО2,РbО оксидтері түзіледі. Металдардың кернеу
қатарында германий сутегіден соң, қорғасын мен қалайы сутегінің алдында
орналасқан, сондықтан германий сұйытылған қышқылдармен әрекеттеспейді, Sn
ериді, ал қорғасын HCI, Н2SО4 қышқылдарында ериді, бірақ біраздан соң
қорғасынның еруі тоқтайды, себебі металдың беті ерімейтін сульфат, хлорид
тұнбаларымен жабылады. Концентрлі HCI ерітіндісінде ериді: Sn, Рb +4HCI
конц→ Н2[ЭСI4] +2Н2
Концентрлі күкірт қышқылымен германий және қалайы тұз түзе
әрекеттеседі: Э + 4Н2SО4 = Э(SО4)2 + 2 SО2
+ 2Н2О,
қорғасын гидросульфат түзеді: Рb +3 Н2SО4(<80%) = Pb(НSО4)2 +SО2+2Н2О
Концентрлі азот қышқылында германий мен қалайы германий және қалайы
қышқылдарын түзеді: Э + 4НNO3 = H2ЭО3 + 4NO2 +Н2О. Бұл қышқылдарды хЭО2 .
уН2О деп жазуға болады. Сұйытылған НNO3 қалайыны ерітіп, нитратын түзеді:
3Sn + 8 НNO3 =3Sn(NO3)2 +2 NO3 +4Н2О.
Концентрлі және сұйытылған НNO3 қорғасынды ерітеді, Pb(NO3)2
түзеді:
3Рb +8НNO3=3Pb(NO3)2 +2NO2↑ + 4Н2О
сұйыт
Рb +4НNO3=Pb(NO3)2 +2NO↑ + 2Н2О
конц
Қыздырса, Sn және Рb сілтілермен әрекеттеседі, бұл жағдай осы
металдардың амфoтерлік табиғатын дәлелдейді: Э +2КОН+2Н2О=К2[Э(OH)4]
+Н2,
Германий сілтімен тек тотықтырғыштар қатысында әрекеттеседі:
Gе +2КОН +2Н2О + О2 = К2[Gе(ОН)6]
Германий қышқылдар қоспасында, патша арағында жақсы ериді:
Gе + 4НСI +4HNO3 =GeCI4+4NO2+4H2O
3Ge+4HNO3+18HF=3H2[GeF6]+4NO+8H2O
Бұл үш элемент те галогендермен, халькогендермен әрекеттеседі,
сонымен бірге германий мен қалайы фосформен де әрекеттеседі:
Э + Г2→ ЭГ4(Ge, Sn),ЭГ2(Рb)
Э + S→ Э S2(Ge, Sn),Э S(Рb)
Ge, Sn + P → Э3Р4
Бұл элементтердің +2 және +4 тотығу дәрежелеріне сәйкес оксидтері
ЭО, ЭО2 белгілі: Э+О2 → ЭО2(Ge, Sn) түзілсе, қорғасын
ЭО түзеді:
2Рb+О2 → 2РbО, қыздырғанда, ал тек күшті
тотықтырғыштар қатысында қорғасын ЭО2 береді: Рb(СН3СОО)2+СаОСI2+H2O =
PbО2+СаСI2+2CH3COOH
ЭО оксидтері негіздік қасит көрсетеді, сондықтан қышқылдармен
әрекеттеседі:
ЭО+ Н2SО4 =ЭSО4 + H2O, тұздары суда гидролизге ұшырайды
ЭSО4 + 2H2O ↔ Э(ОН)2 + H2SО4
ЭО2 қышқылдармен әрекеттеспейді, себебі олар қышқылдық оксидтер,
сілтілерде ериді , сонда германаттар, станнаттар, плюмбаттар түзіледі;
суда ерігенде гидроксокомплекстер береді.
ЭО2 +2NaOH→Na2ЭО3+ H2O
ЭО2 +2NaOH+ 2H2O → Na2[Э(ОН)6] . Э(ОН)2 және Э(ОН)4 амфотерлі қасиет
көрсетеді. Э2+ сәйкес тұздары германиттер, станниттер, плюмбиттер - күшті
тотықсыздандырғыштар. Н2ЭО3 не Н4ЭО4 былай жазылады: ЭО2 . хH2О.
Алғаш алынғанда α-қалайы қышқылы түзіледі, ол тұз қышқылымен
әрекеттеседі: Sn(ОН)4 +4НСI→ SnСI4 +4 H2O, біраз
уақыттан соң β-қалайы қышқылына айналады, ол НСI әрекеттеспейді.
Қолданылуы: Германий жартылай өткізгіш ретінде қолданылады. Алғашқы
транзистерлерді 1948 жылы алған, электроника өндірісінде қолданылады.
Қалайының мыспен құймасы –қола. Қола ғасырынан белгілі. Қорғасын
-аккумуляторларда қолданылады. Рb рентген және γ-сәулелерінен қорғануға
қолданылады. SnО2 шыны өндірісінде қолданылады.
Қайталауға және өздік бақылауға арналған сұрақтар :
1.Германий топшасы элементтерінің гидроксидтері, диссоциациясы, тұздары,
қасиеттері;
2.Германий топшасы элементтерінің (ІІ,ІV) оксидтері, қасиеттері, тотығу-
тотықсыздану реакциялары;
3. Германий топшасы элементтерінің қышқылдық-негіздік қасиеттерінің
өзгеруі;
4. Германий топшасы элементтерінің галогенидтері, гидролизі, сульфидтері,
алу, қасиеттері.
5. Табиғатта кездесуі, қолданылуы.
Осы дәрістер материалымен танысқан соң, мына мағлұматтарды
білу керек:
1.ІVA топша элементтерінің периодтық жүйедегі орны;
2.-4-ден +4 тотығу дәрежелеріне сәйкес қосылыстарының
айырмашылықтары мен ұқсастықтары;
3. Германий топша элементтері қосылыстарының химиялық
қасиеттері.
Осы тақырып бойынша көрсетілген әдебиеттердің мына беттерін
оқу керек:
1. Нұрахметов Н.Н., Ташенов Ә.К. Бейметалдар химиясы. – Алматы:
ЖШС РПБК «Дәуір», 2011. – 326-373 беттер.
2.Кабдулкаримова К.К., Омарова Н.М.,Абекова Р.С. Жалпы химия
курсы бойынша есептер мен жаттығулар. – Семей,2012 –76-79
беттер.
3.Угай Я.А. Неорганическая химия. – М.: Высш.шк.,1988. – 180-
232 беттер.
МОДУЛЬ 5. ІІІА және VІІІA ЭЛЕМЕНТТЕРІ
ДӘРІСТЕР 14-15
1. ІІІА элементтері, жалпы сипаттамасы, қасиеттері, қолданылуы.
2. VІІІA элементтері, жалпы сипаттамалары, қасиеттері, қолданылуы.
Периодтық жүйенің ІІІА топшасы р-элементтері бор, алюминий, галлий,
индий, таллий. Атомдардың сыртқы электрондық қабатшаларының құрылысы
ns2p1 (қозбаған күйінде) және ns1p1xp1y (қозған күйде).
Бор мен алюминий үшін тотығу дәрежесі +3, ал галлий мен индий көп
қосылыстарында +3 тотығу дәрежесін көрсетсе, таллийге көбіне +1тотығу
дәрежесі тән.
Кездесуі: Жер қыртысындағы алюминийдің массалық үлес 8,13%.
KAl(SO4)2(2Al(OH)3 – алунит ; Na3AlF6 –криолит ; Mg[Al2O4]- шпинель;
α-Al2O3 –корунд ; Al2O3 –лейкосапфир-түссіз, сапфир-көгілдір, рубин-
қызыл, топаз- сары. Al2O3 ∙nH2O-боксит (қоспа Si, Fe, Ti) ~50% таза
Al2O3 . Al2O3 – глинозем, корунд. Жер қыртысындағы (масс.үлес,%): бор -
3∙10-4; галлий – 1,5∙10-3; индий - 1,0∙10-5; таллий - 3∙10-4 .
Алу: Борды магнийтермиялық әдіспен және бор галогенидтерін сутегімен
тотықсыздандырып (13000C) алады:
B2O3 + 3Mg = 3MgO + 3B; 2BBr3 + 3H2 = 6HBr + 2B.
Алюминийді глиноземнің криолиттегі балқымасын электролиздеп алады:
Al2O3 – глинозем, Тб~20000С , сондықтан криолит қосып, балқу
температурасын төмендетеді(9600С- қа дейін). Al2O3 → эл-з AlO2-+AlO+ ;
K(-) → темірден жасалады , катодтағы процесс:
3AlO++3e-→Al+Al2O3 ;
A(+) - көмір (графит) 2AlO2- - 2e-→Al2O3 + О – анодтағы процесс,
бөлінген атомдық оттегі графит электродын тез бүлдіреді, себебі ол
жанады.
Физикалық және химиялық қасиеттері :Au, Ag, Cu, Al – электр
өткізгіштік бойынша металдар осылай орналасады, АІ - парамагнитті, Al
беті 5-10 нм қалындықты Al2O3 –пен жабылады. Al …3s23p1 .
Амфотерлі металл, қышқылдармен де, сілтілермен де әрекеттеседі.
Al+H+, OH-→ АІ3+ -тұзы; Al+S→ t0 сульфид,
Al+N2→ t0 нитрид ; Al+Г2 → галогенидтер, тек J2 -пен
Al+J2 → (кат-р) катализатор қатысында әрекеттеседі. Al+H2 → гидрид
; Al+H2O→ жүрмейді, себебі жұқа Al2O3 қабаты
болады. Al+H2SO4 конц., HNO3 конц. → пассивтеледі, яғни
әрекеттеспейді. Al2O3 тоқ өткізбейді, диэлектрик ; Сілті
ерітіндісінде: AlCl3+3OH-→Al(OH)3↓+3Cl- , сілтінің артық мөлшерінде
алюминий гидроксиді ериді: Al(OH)3↓+OH-→[Al(OH)4]- Алюминий гидроксиді
амфотерлі, өзін қышқыл және негіз ретінде көрсетеді: Al3++3OH-↔
Al(OH)3→3H++AlO33- ; Орта H3AlO3 және HAlO2 мета алюминат
тұздарын түзеді. Al2O3 + K2CO3 →t0 2KAlO2 (шпинель) + CO2↑
2Al(OH)3→ t0 3H2O+ Al2O3
су ұшқан соң, алюмогель түзіледі. AlF3 – қалған AlГ3 өзгеше, себебі
фтордың электртерістігі жоғары ЭТF ~4,0, соңдықтан иондық байланысы
жоғары. AlF3 –суда ерімейді. Al+Г2 → галогенидтер, Al+S→ сульфид тек
құрғақ күйде ғана болады, Al+N2(ауа)→ t0 нитрид,
Al+NH3→ t0 нитрид + Н2 ; Al2O3+N2+C→ t0 AlN+CO; Al+C→ t0 Al4C3 –
карбид; Карбид суда еріп, гидролизге ұшырайды: Al4C3+ 12H2O→
4Al(OH)3+3CH4 Тұздары: кристаллогидраттар - Al2(SO4)3(18 H2O; қос
тұз: Me2SO4(Al2(SO4)3(24 H2O; не Ме[Al(SO4)2].12H2O ашудас Na3[AlF6]
- криолит; Li[AlH4] алюмогидрид: AlCl3+4LiH→эфир
Li[AlH4]+3LiCl . Қолданылуы: Aлюмотермия әдісі арқылы көптеген
металдарды алады , ρ(Al)=2,7 г/см3,жеңіл, электр өткізгіштігі жоғары
металл, сондықтан электр сымы үшін қолданылады, ыдыс жасайды. Болат,
шойыннан кейін алюминий балқымасы 2-орында
қолданылуы бойынша, жеңіл болғандықтан ракета, авиақұрылысында автовагон
құрлысында қолданылады. Al2O3 – алюмогель – сорбент.
Бор – жартылай өткізгіш, өте қатты зат. Галлий, индий, таллий -
жұмсақ металдар. Галлийдің балқу температурасы – 290С. Бордан таллийге
қарай металдық қасиет артады. Ga3+, In3+, Tl3+ иондары Al3+ ионына
электрондық аналог емес, сондықтан химиялық қасиеттері ұқсас емес.
Бор көптеген d-металдарымен боридтер түзеді, олар химиялық
тұрақты, термотұрақты, қатты заттар, сондықтан практикада көп
қолданылады.
Оксидтері және гидроксидтері: Э2О3 – тен тек бор оксиді суда ериді,
ал галлий, индий, таллий оксидтері ерімейді. Н3ВО3 – әлсіз, суда еритін
қышқыл. Галлийдің, индийдің, таллийдің гидроксидтері суда еримейді, тек
TlOH суда ериді. Олар қышқылдармен әрекеттесіп, тұздар түзеді. Ортабор
қышқылын натрий тетрабораты мен күкірт қышқылын әрекеттестіріп алады:
Na2B4O7∙10H2O + H2SO4 = 4 Н3ВО3 + Na2SO4 + 5H2O
Сульфидтер. Суда бор мен галлийдің сульфидтері ериді, гидролизге
ұшырайды: B2S3 + H2O ↔ Н3ВО3 + 3H2S;
Галогенидтері : BF3 – газ; ВСІ3 және ВBr3 – сұйық, ВІ3 – қатты зат.
Гидролизге ұшырайды: ВГ3 + 3H2O ↔ В(ОН)3 + 3НГ.
Қолданылуы. Индий айна жасауға қолданылады; таллийдің қалайы мен
қорғасын қатысқан құймасы қышқылдарға өте берік,сондықтан қышқылдарды
сақтайтын ыдыстар жасайды. Таллий (І) оксиді оптикалық құралдар жасауға,
галлий, индий, таллий медицинада қолданылады.
Қайталауға және өздік бақылауға арналған сұрақтар :
1.Алюминийді өндірісте алғанда жүретін электролиз процесі;
2.Алюминийдің металл еместермен қосылыстары;
3.Алюминийдің оксидтері,гидроксидтері, қасиеттері;
4.Алюминийдің тұздары, қасиеттері, қолданылуы;
5.Бор, галлий, таллий, индий қосылыстары, қасиеттері;
6.Бор, галлий, таллий, индий металдарын алу, қасиеттері.
VIIIA ТОПТЫҢ ЭЛЕМЕНТТЕРІ
Жалпы сипаттамалары.
Табиғатта таралуы және алынуы.
Физикалық және химиялық қасиеттері.
Периодтық кестенің VIIIA тобына мынандай инертті (салғырт) немесе
бекзат газдар жатады: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон.
Гелийден басқа инертті газдардың атомдарының сыртқы электрондарының
конфигурациясы, ns2np2, ал гелийдікі 1s2. n=1 болғанда р-орбитальдардың, ал
n=2 болғанда d-орбитальдардың болмауы гелийдің және неонның ерекше инертті
болуын, кәдімгі валенттік химиялық байланыс түзе алмайтындығының себебі.
Атомды бас квант санының мәнін өзгертіп қоздыру (гелий үшін, 1s→2s, неон
үшін 2p→3s) энергиялық тұрғыдан қарағанда мүлдем тиімсіз, себебі оған
жұмсалған энергия байланыстар түзілгенде бөлінетін энергия есебінен
қайтпайды. VIIIA топтың қалған элементтерінің атомдарында бос nd-
орбитальдар бар, сондықтан олардың электрондарын қоздырып, кәдімгі
валенттік күштер арқылы химиялық байланыстар түзе алады деуге болады.
Аргоннан басқа инертті газдар сирек кездесетін элементтерге жатады.
Инертті болғандықтан олар табиғатта тек қана бос күйінде, негізінде
атмосферада, кездеседі; радтоактивті және өте сирек кездесетіні – радон.
Оттек пен азоттың біразын мынадай химиялық реакциялар арқылы
байланыстырады:
2Cu + O2 = 2CuO
3Mg + N2 = Mg3N2
2CaC2 + O2 = 2CaO + 4C
CaC2 + N2 = CaCN2 + C
Ядроның маңында 2, 10, 18, 36, 54 және 86 электрон (сыртқы қабатта
гелий атомында 2, қалғандарында 8 электрон болмағандықтан олар өзара
қосылысып екі атомды молекулалар түзбейді, қалыпты жағдайда инертті
газдардың барлығы да моноатомды.
Атомдарының электрондық бұлттары толық бол,андықтан инертті газдардың
иондану энергиялары өте жоғары, әсіресе Не-дікі (барлық элементтердікінен
жоғары) және Nе-дікі.
He→Ne→Ar→Kr→Xe→Rn қатарында элементтердің атомдық радиустары және
полюстену дәрежесі өседі.
Инертті газдардың клатраттары
Қысыммен әсер етіп суда кейбір инертті газдарды еріткенде су қатқан
кезде оның мұз тәрізід кеңейген кристалдық торының қуыс-қуысында газдардың
атомдары қалып құрамы X.5,75H2O (X=Ar, Kr, Xe, Rn) ортақ формуласымен
бейнеленетін клатратты гидраттар түзіледі. Мұндай қосылыстарды инертті
газдар басқа да заттармен түзеді.
Олардың тұрақтылығына екі фактор әсер етуі мүмкін: инертті газдардың
атомдарының полюстену дәрежесі мен мөлшері. Мысалы, клатратты гидраттардың
тұрақтылығы Ar→Kr→Xe→Rn қатарында артады. Біріншіден, бұл инертті газдардың
атомдарының полюстену дәрежесінің артуына байланысты. Екіншіден, инертті
газдардың атомдарының мөлшері өскен сайын олар қуыстарда тығыздау
орналасады. Сонымен екі фактор да гидраттардың тұрақтылығын арттырады.
Инертті газдардың химиялық қосылыстары
Молекулалық оттекті өте күшті фторлаушы тотықтырғыш-платинаның
гексафторидімен PtF6 әсер еткенде күрең-қызыл түсті диоксигенилдің
гексафтороплатинаты (V) түзіледі:
O2 + PtF6 = O2↑ + [PtF6]-
Канадалық ғалым Н.Бартлетт қалыпты жағдайда ксенон мен платинаның
гексафторидін араластырып гексофторплатинатын (V) синтездейді:
Хе + PtF6 [pic] Хе+[PtF6]-
Кейіннен оның алған өнімінің құрамы айнымалы: Хе+[PtF6] + Хе+[PtF6]2,
Хе+[PtF6]х (1
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz