Неорганическая химия - раздел химии, который связан с изучением строения, реакционной способности и свойств всех химических элементов и их неорганических соединений. Эта область химии охватывает все соединения, за исключением органических веществ (класса соединений, в которые входит углерод, за исключением нескольких простейших соединений, обычно относящихся к неорганическим). Различия между органическими и неорганическими соединениями , содержащими , являются по некоторым представлениям произвольными. Неорганическая химия изучает химические элементы и образуемые ими простые и сложные вещества (кроме органических). Число известных сегодня неорганических веществ приближается к 500 тысячам.
Теоретическим основанием неорганической химии является периодический закон и основанная на нём периодическая система Д. И. Менделеева . Главной задачей неорганической химии является разработка и научное обоснование способов создания новых материалов с нужными для современной техники свойствами.
Классификация химических элементов
Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева ) - классификация химических элементов, которая устанавливает зависимость различных свойств химических элементов от заряда атомного ядра. Система — это графическое выражение периодического закона, . Её первоначальный вариант был разработан Д. И. Менделеевым в 1869-1871 годах и назывался «Естественная система элементов», который устанавливал зависимость свойств химических элементов от их атомной массы. Всего предложено несколько сотен вариантов изображения периодической системы, но в современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в некоторой степени подобные друг другу.
Простые вещества
Они состоят из атомов одного химического элемента (являются формой его существования в свободном состоянии). В зависимости от того, какова химическая связь между атомами, все простые вещества в неорганической химии разделяются на две основные группы: и . Для первых характерна металлическая связь, для вторых - ковалентная. Также выделяются две примыкающие к ним группы - металлоподобных и неметаллоподобных веществ. Существует такое явление как аллотропия, которое состоит в возможности образования нескольких типов простых веществ из атомов одного и того же элемента, но с разным строением кристаллической решетки; каждый из таких типов называется аллотропной модификацией.
Металлы
(от лат. metallum - шахта, рудник) - группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск. Из 118 химических элементов, открытых на данный момент, к металлам относят:
- 38 в группе переходных металлов,
- 11 в группе лёгких металлов,
- 7 в группе полуметаллов,
- 14 в группе лантаноиды+ лантан,
- 14 в группе актиноиды + актиний,
- вне определённых групп .
Таким образом, к металлам относится 96 элементов из всех открытых.
Неметаллы
Химические элементы с типично неметаллическими свойствами, занимающие правый верхний угол Периодической системы элементов. В молекулярной форме в виде простых веществ в природе встречаются
Химия - наука о веществах, закономерностях их превращений (физических и химических свойствах) и применении.
В настоящее время известно более 100 тыс. неорганических и более 4 млн. органических соединений.
Химические явления: одни вещества превращаются в другие, отличающиеся от исходных составом и свойствами, при этом состав ядер атомов не изменяется.
Физические явления: меняется физическое состояние веществ (парообразование, плавление, электропроводность, излучение тепла и света, ковкость и др.) или образуются новые вещества с изменением состава ядер атомов.
Атомно - молекулярное учение.
1. Все вещества состоят из молекул.
Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.
2. Молекулы состоят из атомов.
Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Различным элементам соответствуют различные атомы.
3. Молекулы и атомы находятся в непрерывном движении; между ними существуют силы притяжения и отталкивания.
Химический элемент - это вид атомов, характеризующийся определенными зарядами ядер и строением электронных оболочек. В настоящее время известно 118 элементов: 89 из них найдены в природе (на Земле), остальные получены искусственным путем. Атомы существуют в свободном состоянии, в соединениях с атомами того же или других элементов, образуя молекулы. Способность атомов вступать во взаимодействие с другими атомами и образовывать химические соединения определяется его строением. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него, образуя электронейтральную систему, которая подчиняется законам, характерным для микросистем.
Атомное ядро - центральная часть атома, состоящая из Zпротонов и Nнейтронов, в которой сосредоточена основная масса атомов.
Заряд ядра - положительный, по величине равен количеству протонов в ядре или электронов в нейтральном атоме и совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе.
Сумма протонов и нейтронов атомного ядра называется массовым числом A= Z+ N .
Изотопы
- химические
элементы с одинаковыми зарядами ядер, но различными массовыми числами за счет
разного числа нейтронов в ядре.
|
Массовое
|
A |
63 |
Cu и |
65 |
35 |
Cl и |
37 |
Химическая формула - это условная запись состава вещества с помощью химических знаков (предложены в 1814 г. Й. Берцелиусом) и индексов (индекс - цифра, стоящая справа внизу от символа. Обозначает число атомов в молекуле). Химическая формула показывает, атомы каких элементов и в каком отношении соединены между собой в молекуле.
Аллотропия - явление образования химическим элементом нескольких простых веществ, различающихся по строению и свойствам. Простые вещества - молекулы, состоят из атомов одного и того же элемента.
C ложные вещества - молекулы, состоят из атомов различных химических элементов.
Постоянная атомной массы равна 1 / 12 массы изотопа 12 C - основного изотопа природного углерода.
m u = 1 / 12 m (12 C ) =1 а.е.м = 1,66057 10 -24 г
Относительная атомная масса (A r ) - безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента (с учетом процентного содержания изотопов в природе) к 1 / 12 массы атома 12 C .
Средняя абсолютная масса атома (m ) равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м.
A r (Mg ) = 24,312
m (Mg ) = 24,312 1,66057 10 -24 = 4,037 10 -23 г
Относительная молекулярная масса (M r ) - безразмерная величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1 / 12 массы атома углерода 12 C .
M г = m г / (1 / 12 m а (12 C ))
m r - масса молекулы данного вещества;
m а (12 C ) - масса атома углерода 12 C .
M г = S A г (э). Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс всех элементов с учетом индексов.
Примеры.
M г (B 2 O 3 ) = 2 A r (B ) + 3 A r (O ) = 2 11 + 3 16 = 70
M г (KAl(SO 4) 2) = 1
A r (K) + 1 A r (Al) + 1 2 A r (S) + 2 4
A r (O) =
= 1 39 + 1 27 + 1 2 32 + 2 4
16 = 258
Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на а.е.м. Число атомов и молекул в обычных образцах веществ очень велико, поэтому при характеристике количества вещества используют специальную единицу измерения - моль.
Количество вещества, моль . Означает определенное число структурных элементов (молекул, атомов, ионов). Обозначается n , измеряется в моль. Моль - количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько содержится атомов в 12 г углерода.
Число Авогадро (N A ). Количество частиц в 1 моль любого вещества одно и то же и равно 6,02 10 23 . (Постоянная Авогадро имеет размерность - моль -1).
Пример.
Сколько молекул содержится в 6,4 г серы?
Молекулярная масса серы равна 32 г /моль. Определяем количество г/моль вещества в 6,4 г серы:
n (s ) = m (s ) / M (s ) = 6,4г / 32 г/моль = 0,2 моль
Определим число структурных единиц (молекул), используя постоянную Авогадро N A
N(s) = n (s) N A = 0,2 6,02 10 23 = 1,2 10 23
Молярная масса показывает массу 1 моля вещества (обозначается M ).
M = m / n
Молярная масса вещества равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества.
Молярная масса вещества численно равна его относительной молекулярной массе, однако первая величина имеет размерность г/моль, а вторая - безразмерная.
M = N A m (1 молекула) = N A M г 1 а.е.м. = (N A 1 а.е.м.) M г = M г
Это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 80 а.е.м. (SO 3 ), то масса одного моля молекул равна 80 г. Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных соотношений к молярным. Все утверждения относительно молекул остаются справедливыми для молей (при замене, в случае необходимости, а.е.м. на г) Например, уравнение реакции: 2 Na + Cl 2 2 NaCl , означает, что два атома натрия реагируют с одной молекулой хлора или, что одно и то же, два моль натрия реагируют с одним молем хлора.
Неорганическая химия изучает химические элементы, их простые и сложные вещества (кроме органических соединений углерода), а также закономерности превращения этих веществ. На данный момент в мире насчитывается около 400000 неорганических веществ.
Исторически название неорганическая химия происходит от представления о части химии, которая занимается исследованием элементов, соединений, а также реакций веществ, которые не образованы живыми существами. Однако со времен синтеза мочевины из неорганического соединения Цианаты аммония (NH4OCN), который совершил в 1828 году выдающийся немецкий химик Фридрих Велер, стираются границы между веществами неживой и живой природы, поскольку живые существа производят много неорганических веществ, а почти все органические соединения можно синтезировать в лаборатории. Однако деление на различные области химии является актуальным и нужным как и раньше, поскольку механизмы реакций, структура веществ в неорганической и органической химии различаются. Это позволяет проще систематизировать методы и способы исследования в каждой из отраслей.
Важнейшая задача неорганической химии состоит в разработке и научном обосновании способов создания новых материалов с нужными для современной техники свойствами. Теоретическим фундаментом неорганической химии является периодический закон и основанная на нем периодическая система химических элементов.
В тексте лекций нашли отражение современные представления о строении веществ и их свойства. Особое внимание уделено установлению связей между строением веществ и их преобразованиями в неорганических системах для различных элементов периодической системы. В конспекте лекций сначала рассматривается химия водорода и р-элементов главных подгрупп VII – III групп периодической системы Д.И. Менделеева, затем приводится общая характеристика металлов и рассматриваются s-элементы ИА и ПА групп, дальше – свойства переходных d- и f-элементов. Завершается конспект лекций описанием химических свойств инертных газов.
Каждый раздел начинается с общей характеристики подгруппы – анализа электронной конфигурации, возможных степеней окисления и выявление общих закономерностей в изменении окислительно-восстановительных и кислотно-основных свойств соединений, затем приводится характеристика простых веществ, соединений элементов данной группы. Подробная внимание уделяется использованию веществ (которое систематизированы подано по отраслям промышленности); биологической роли и токсикологии. Заканчивается каждый раздел перечнем контрольных вопросов для самопроверки, которые помогают студентам систематизировать и обобщить полученные знания.
Материал из Юнциклопедии
У этой науки было и другое название, ныне почти забытое: минеральная химия. Оно достаточно четко определяло содержание науки: изучение веществ, главным образом твердых, которые составляют мир неживой природы. Анализ природных неорганических веществ, прежде всего минералов, позволил в XVIII-XIX вв. открыть большое количество элементов, существующих на Земле. И каждое такое открытие давало неорганической химии новый материал, расширяло количество объектов для ее исследований.
Название «неорганическая» прочно закрепилось в научном языке тогда, когда стала интенсивно развиваться органическая химия, изучавшая природные и синтетические органические вещества. Их число в XIX в. стремительно возрастало с каждым годом, потому что синтезировать новые органические соединения было легче и проще, чем неорганические. И теоретическая база у органической химии долгое время была солиднее: достаточно назвать бутле-ровскую теорию химического строения органических соединений. Наконец, разнообразие органических веществ оказалось проще четко классифицировать.
Все это на первых порах привело к разграничению объектов исследования двух основных разделов химической науки. Органическую химию стали определять как область химии, изучающую углеродсодер-жащие вещества. Уделом же неорганической оказывалось познание свойств всех прочих химических соединений. Это различие сохранилось и в современном определении неорганической химии: науки о химических элементах и образуемых ими простых и сложных химических соединениях. Всех элементов, кроме углерода. Правда, всегда делают оговорку, что некоторые простые соединения углерода - оксиды и их производные, карбиды и некоторые другие - должны быть причислены к неорганическим веществам.
Однако стало очевидным, что резкого разграничения между неорганикой и органикой нет. В самом деле, ведь известны такие обширные классы веществ, как элементоорганические (в особенности металло-органические) и координационные (комплексные) соединения, которые не просто однозначно отнести ни к органической, ни к неорганической химии.
История научной химии началась с неорганики. И потому не удивительно, что именно в русле неорганической химии возникли важнейшие понятия и теоретические представления, способствовавшие развитию химии в целом. На материале неорганической химии была разработана кислородная теория горения, установлены основные стехиометрические законы (см. Стехиометрия), наконец, создано атом-но-молекулярное учение. Сравнительное изучение свойств элементов и их соединений и закономерностей изменения этих свойств по мере увеличения атомных масс привело к открытию периодического закона и построению периодической системы химических элементов, которая стала важнейшей теоретической основой неорганической химии. Способствовало ее прогрессу и развитие производства многих практически важных веществ - кислот, соды, минеральных удобрений. Заметно вырос престиж неорганической химии после осуществления промышленного синтеза аммиака.
Тормозом для развития химии вообще, а неорганической в особенности было отсутствие точных представлений о строении атомов. Создание теории строения атомов имело для нее колоссальное значение. Теория объяснила причину периодического изменения свойств элементов, способствовала появлению теорий валентности и представлений о природе химической связи в неорганических соединениях, понятия об ионной и ковалентной связи. Более глубокое понимание природы химической связи было достигнуто в рамках квантовой химии.
Так неорганическая химия стала строгой теоретической дисциплиной. Но постоянно совершенствовалась и техника эксперимента. Новое лабораторное оборудование позволяло применять для химических синтезов неорганических соединений температуры в несколько тысяч градусов и близкие к абсолютному нулю; использовать давления в сотни тысяч атмосфер и, наоборот, проводить реакции в условиях глубокого вакуума. Действие электрических разрядов, излучений большой интенсивности также было взято на вооружение химиками-неорганиками. Больших успехов достиг каталитический неорганический синтез.
Почти все известные химические элементы, не только существующие на Земле, но и полученные в ядерных реакциях, находят практическое применение. Например, плутоний стал основным ядерным горючим, и его химия изучена, пожалуй, полнее, чем многих других элементов менделеевской системы. Но чтобы практика сочла возможным использовать какой-либо химический элемент, химики-неорганики предварительно должны были всесторонне познать его свойства. Особенно это касается так называемых редких элементов.
Перед современной неорганической химией стоят две основные задачи. Объектами исследования первой из них являются атом и молекула: важно знать, как связаны свойства веществ со строением атомов и молекул. Здесь неоценимую помощь оказывают различные физические методы исследования (см. Физическая химия). Идеи и представления физической химии давно используются химиками-неорганиками.
Вторая задача - разработка научных основ получения неорганических веществ и материалов с заранее заданными свойствами. Такие неорганические соединения необходимы новой технике. Ей нужны вещества жаростойкие, имеющие высокую механическую прочность, устойчивые по отношению к самым агрессивным химическим реагентам, а также вещества очень высокой степени чистоты, полупроводниковые материалы и т. д. Постановке экспериментов здесь предшествуют строгие и сложные теоретические расчеты, и для их проведения часто используются электронные вычислительные машины. Во многих случаях неорганической химии удается правильно предсказать, будет ли предполагаемый продукт синтеза обладать требуемыми свойствами.
Объем исследований в неорганической химии сейчас настолько велик, что в ней сформировались самостоятельные разделы: химии отдельных элементов (например, химия азота, химия фосфора, химия урана, химия плутония) или их определенных совокупностей (химия переходных металлов, химия редкоземельных элементов, химия трансурановых элементов). В качестве самостоятельных объектов исследования могут рассматриваться различные классы неорганических соединений (скажем, химия гидридов, химия карбидов). Этим отдельным «ветвям» и «веточкам» могучего «древа» неорганической химии ныне посвящаются специальные монографии. И конечно же, возникают и будут возникать новые разделы этой древней и всегда молодой науки. Так, в последние десятилетия возникли химия полупроводников и химия инертных газов.
УДК 546(075) ББК 24.1 я 7 0-75
Составители: Клименко B.I канд. техн. наук, доц. Володчснко А Н., канд. техн. наук, доц. Павленко В И., д-р техн. наук, проф.
Рецензент Гикунова И.В., канд. техн. наук, доц.
Основы неорганической химии: Методические указания для студентов 0-75 дневной формы обучения. - Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. - 54 с.
В методических указаниях подробно, с учетом основных разделов общей химии, рассмотрены свойства важнейших классов неорганических веществ.Данная работа содержит обобщения, схемы, таблицы, примеры, что будет способствовать лучшему усвоению обширного фактического материала. Особое внимание как в теоретической, гак и в практической части уделено связи неорганической химии с основными понятиями общей химии.
Книга предназначена для студентов первого курса всех специальностей.
УДК 546(075) ББК 24.1 я 7
© Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов (БелГТАСМ), 2001
ВВЕДЕНИЕ
Познание основ любой науки и стоящих перед нею проблем - это тот минимум, который должен знать любой человек, чтобы свободно ориенти роваться в окружающем мире. Важную роль в этом процессе играет есте ствознание. Естествознание - совокупность наук о природе. Все науки делятся на точные (естественные) и изящные (гуманитарные). Первые изучают законы развития материального мира, вторые - законы развития и проявления человеческого разума. В представленной работе мы ознако мимся с основами одной из естественных наук 7 неорганической химии. Успешное изучение неорганической химии возможно лишь при условии знания состава и свойств основных классов неорганических соединений. Зная особенности классов соединений, можно характеризовать свойства их отдельных представителей.
При изучении любой науки, и химии в том числе, всегда встает во прос: с чего начать? С изучения фактического материала: описания свойств соединений, указания условий их существования, перечисления реакций, в которые они вступают; на этой базе выводят законы, управ ляющие поведением веществ или, наоборот, сначала приводят законы, а затем на их основе обсуждают свойства веществ. В данной книге мы будем использовать оба приема изложения фактического материала.
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Что же составляет предмет химии, что изучает эта наука? Су ществует несколько определений химии.
С одной стороны, химия - это наука о веществах, их свойствах и превращениях. С другой стороны, химия - одна из естественных наук, изучающих химическую форму движения материи. Химическая форма движения материи - это процессы ассоциации атомов в молекулы и диссо циации молекул. Химическую организацию материи можно представить следующей схемой (рис. 1 ).
Рис. 1. Химическая организация материи
Материя - это объективная реальность, данная человеку в его ощущениях, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от нас. Материя как объективная реальность существует в двух формах: в форме вещества и в форме поля.
Поле (гравитационное, электромагнитное, внутриядерных сил) - это форма существования материи, которая характеризуется и проявляется прежде всего энергией, а не массой, хотя и обладает последней. Энергия - это количественная мера движения, выражающая способность материаль ных объектов совершать работу.
Масса (лат. massa - глыба, ком, кусок) - физическая величина, одна из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные и гравитационные свойства.
Атом - это низший уровень химической организации материи. Атом - наименьшая частица элемента, сохраняющая его свойства. Он состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов; в целом атом элекгронейтрален. Химический элемент - это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Известно 109 элементов, из них 90 существует в природе.
Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая химиче скими свойствами этого вещества.
Число химических элементов ограничено, а их комбинации дают все
многообразие веществ.
Что же такое вещество?
В широком смысле вещество - это конкретный вид материи, обла дающий массой покоя и характеризующийся при данных условиях опре деленными физическими и химическими свойствами. Известно около 600 тысяч неорганических веществ и около 5 млн органических веществ.
В более узком смысле вещество - это определенная совокупность атомных и молекулярных частиц, их ассоциатов и агрегатов, находя щихся в любом из трех агрегатных состояний.
Вещество достаточно полно определяется тремя признаками: 1 ) занимает часть пространства; 2 ) обладает массой покоя;
3) построено из элементарных частиц.
Все вещества можно разделить на простые и сложные.
менты образуют не одно, а несколько простых веществ. Такое явле ние называется аллотропией, а каждые из этих простых веществ - аллотропным видоизменением (модификацией) данного элемента. Ал лотропия наблюдается у углерода, кислорода, серы, фосфора и ряда других элементов. Так, графит, алмаз, карбин и фуллерены - аллотроп ные видоизменения химического элемента углерода; красный, белый, черный фосфор - аллотропные видоизменения химического элемента фосфора. Простых веществ известно около 400.
Простое вещество является формой существования химических
элементов в свободном состоянии
Простые вещества делятся на металлы и неметаллы. Принадлежность химического элемента к металлам или неметаллам можно определить, пользуясь периодической системой элементов Д.И. Менделеева. Прежде чем это сделать, давайте немного вспомним строение периодической си стемы.
1.1. Периодический закон и периодическая система Д.И.Менделеева
Периодическая система элементов - это графическое выражение периодического закона, открытого Д.И.Менделеевым 18 февраля 1869 г. Периодический закон звучит так: свойства простых веществ, а также свойства соединений, находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элемента.
Существует более 400 вариантов изображения периодической си стемы. Наиболее распространены клеточные варианты (короткий вариант - 8 -клеточный и длинные варианты - 18- и 32-клеточные). Короткопе риодная периодическая система состоит из 7 периодов и 8 групп.
Элементы, имеющие аналогичное строение внешнего энергетического уровня, объединяются в группы. Различают главные (А) и побочные (В)
группы. Главные группы составляют s- и p-элементы, а побочные - d- элементы.
Период представляет собой последовательный ряд элементов, в ато мах которых происходит заполнение одинакового числа электронных слоев одного и того же энергетического уровня. Различие в последовательности заполнения электронных слоев объясняет причину различной длины пе риодов. В связи с этим периоды содержат разное количество элементов: 1-й период - 2 элемента; 2-й и 3-й периоды - по 8 элементов; 4-й и 5-й
периоды - по 18 элементов и 6 -й период - 32 элемента.
Элементы малых периодов (2 -й и 3-й) выделяют в подгруппу типиче ских элементов. Так как у d- и /элементов заполняются 2-й и 3-й снаружи элгк-
лочке их атомов, а следовательно, большая способность к присоедине нию электронов (окислительная способность), передаваемая высокими значениями их электроотрицательности. Элементы с неметаллическими свойствами занимают правый верхний угол периодической системы
Д.И.Менделеева. Неметаллы могут бьггь газообразными (F2 , О2 , CI2 ), твердыми (В, С, Si, S) и жидкими (Вг2).
Элемент водород занимает особое место в периодической си
стеме и не имеет химических аналогов. Водород проявляет металлические
и неметаллические свойства, и поэтому в периодической системе его
помещают одновременно в IA и VIIA группу.
В силу большого своеобразия химических свойств выделяют от
дельно благородные газы (аэрогены) - элементы VIIIA группы |
|||||
дической |
системы. Исследования последних лет позволяют тем не ме |
||||
нее причислить некоторые из них (Кг, Хе, Rn) к неметаллам. |
|||||
Характерным свойством металлов является то, что валентные |
|||||
троны слабо связаны с конкретным атомом, и |
внутри каждого |
||||
существует так называемый электронный |
Поэтому все |
||||
обладают |
высокой электропроводностью, |
теплопроводностью |
|||
тичностью. Хотя есть и хрупкие металлы (цинк, сурьма, висмут). Ме таллы проявляют, как правило, восстановительные свойства.
Сложные вещества (химические соединения) - это вещества, мо лекулы которых образованы атомами различных химических элемен тов (гетероатомные или гетероядерные молекулы). Например, С 02, КОН. Известно более 10 млн сложных веществ.
Высшей формой химической организации материи являются ассоциаты и агрегаты. Ассоциаты - это объединения простых молекул или ионов в более сложные, не вызывающие изменения химической при роды вещества. Ассоциаты существуют главным образом в жидком и газообразном состоянии, а агрегаты-в твердом.
Смеси - системы, состоящие из нескольких равномерно распреде ленных соединений, связанных между собой постоянными соотношения ми и не взаимодействующие друг с другом.
1.2. Валентность и степень окисления
Составление эмпирических формул и образование названий хи мических соединений основано на знании и правильном использовании понятий степень окисления и валентность.
Степень окисления - эго условный заряд элемента в соединении, вычисленный из предположения, что соединение состоит из ионов. Эго величина условная, формальная, так как чисто ионных соедине ний практически нет. Степень окисления по абсолютной величине может быть целым или дробным числом; а по заряду может быть положительной, отрицательной и равной нулю величиной.
Валентность - это величина, определяемая количеством неспарен ных электронов на внешнем энергетическом уровне или числом свобод ных атомных орбиталей, способных участвовать в образовании химиче ских связей.
Некоторые правила определения степеней окисления химических элементов
1. Степень окисления химического элемента в простом веществе
равна 0 .
2. Сумма степеней окисления атомов в молекуле (ионе) равна 0
(заряду иона).
3. Элементы I-III А групп имеют положительную степень окис ления, соответствующую номеру группы, в которой находится данный элемент.
4. Элементы IV -V IIА групп, кроме положительной степени окис ления, соответствующей номеру группы; и отрицательной степени окис ления, соответствующей разнице между номером группы и числом 8 , имеют промежуточную степень окисления, равную разности между номером группы и числом 2 (табл. 1 ).
Таблица 1
Степени окисления элементов IV -V IIА подгрупп
Степень окисления |
||||
Промежуточная |
||||
5. Степень окисления водорода равна +1, если в соединении есть хотя бы один неметалл; - 1 в соединениях с металлами (гидридах); 0 в Н2.
Гидриды некоторых элементов
ВеН2 |
||||||
NaH MgH2 АШ3 |
||||||
СаН2 |
GaH3 |
GeH4 |
AsH3 |
|||
SrH2 |
InH3 |
SnH4 |
SbH3 |
|||
ВаН2 |
||||||
Соединения Н |
Промежуточные |
Соединения i t |
||||
соединения |
||||||
6 . Степень окисления кислорода, как правило, равна -2, за ис ключением пероксидов (-1), надпероксидов (-1/2), озонидов (-1/3), озона (+4), фторида кислорода (+2).
7. Степень окисления фтора во всех соединениях, кроме F2> равна -1. В соединениях с фтором реализуются высшие формы окисления мно гих химических элементов (BiF5, SF6, IF?, OsFg).
8 . В периодах орбитальные радиусы атомов с возрастанием по рядкового номера уменьшаются, а энергия ионизации возрастает. При этом усиливаются кислотные и окислительные свойства; высшие сте
пени окисления элементов становятся менее устойчивыми.
9. Для элементов нечетных групп периодической системы харак терны нечетные, а для элементов четных групп - четные степени
окисления.
10. В главных подгруппах с возрастанием порядкового номера элемента размеры атомов в общем увеличиваются, а энергия иониза ции - уменьшается. Соответственно усиливаются основные и ослабевают окислительные свойства. В подгруппах ^-элементов с увеличением порядкового номера участие «.^-электронов в образовании связей
уменьшается, а следовательно, уменьшается |
абсолютное значение степе |
||||||
ни окисления (табл. 2 ). |
|||||||
Таблица 2 |
|||||||
Значения степеней окисления элементов VA подгруппы |
|||||||
Степень окисления |
|||||||
Li, К, Fe, Ва |
Кислотные С 02, S 0 3 |
||||||
Неметаллы |
|||||||
Амфотсрные ZnO ВеО |
|||||||
Амфигены |
Двойные Fe304 |
||||||
Be, AL Zn |
|||||||
яолеобразующие |
|||||||
Аэрогены |
СО, NO, SiO, N20 |
||||||
Основания Ва(ОН)2 |
|||||||
Кислоты HNO3 |
ГИДРОКСИДЫ |
||||||
Амфолиты Zti(OH)2 |
|||||||
Средние КагСОз, |
|||||||
Кислые МаНКЮз, |
|||||||
Основные (СиОН)гСОз, 4-------- |
|||||||
Двойные CaMg(COs)2 |
|||||||
Смешанные СаСГСЮ |
|||||||
> w h o w J 3 w »
Рис, 2. Схема важнейших классов неорганических веществ