Периодтық жүйенің р-элементтері


Алюминий, алыну, қасиеттері, қолданылуы. Алюминийдің физикалық және химиялық қасиеттері. Оксидтері, гидроксидтері, амфотерлі қасиеттері

Периодтық жүйенің ІІІА топшасының р-элементтері: бор, алюминий, галлий, индий, таллий. Атомдардың сыртқы электрондық қабатшаларының құрылысы ns2p1 (қозбаған күйінде) және ns1p1xp1y (қозған күйде) болады.

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 үлесі 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.

Алынуы: 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 5-10нм қалыңдықты Al2O3-пен жабылған. 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 φ2 -пен

Al+φ2 (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, сондықтан иондық байланысы жоғары. AlF3 –суда ерімейді. Al+Г2 → галогенидтер, Al+S→ сульфид тек құрғақ күйде ғана болады. Неге? 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)3×18H2O; қос тұз түзеді: Me2SO4×Al2(SO4)3×24H2O не Ме[Al(SO4)2].12H2O ашудас деп аталады. Na3[AlF6] – криолит;

Li[AlH4] алюмогидрид: AlCl3+4LiH→эфир Li[AlH4]+3LiCl.

Қолданылуы: Aлюмотермия әдісі арқылы көптеген металдарды алады, ρ(Al) = 2,7г/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 алюминий, галлий, индий, таллий оксидтері ерімейді. Н3ВО3 – әлсіз, суда еритін қышқыл, бір негізді қышқыл. Галлийдің, индийдің, таллийдің гидроксидтері суда ерімейді, тек TlOH суда ериді. Олар қышқылдармен әрекеттесіп, тұздар түзеді. Ортабор қышқылын натрий тетрабораты мен күкірт қышқылын әрекеттестіріп алады:

Na2B4O7∙10H2O + H2SO4 = 4Н3ВО3 + 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.

Өзін-өзі тексеруге 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.

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. р-элементтерінің периодтық жүйедегі орны (периодтар, топтар, топшалар), қай периодтарда р-элементтері жоқ, олар не себебті р-элементтер деп аталады? р-элементтерінің период және топ бойынша қаситтері қалай өзгереді?

2. р-элементтері атомдарының электрондық құрылысына сүйеніп, олардың жалпы сипаттамаларын келтіру керек. Жай заттардың, оксидтердің және гидроксидтердің қасиеттерін топ бойынша, период бойынша салыстыру қажет.

3. IIIA - VIIA топшалар р-элементтерінің табиғаттағы қосылыстарын айтып, жай заттарды алу әдістерін көрсету керек.

4. IIIA, IVА топша элементтеріне қандай валенттілік мәндер сәйкес, бор мен кремнийдің химиялық қасиеттеріндегі ұқсастық қалай көрінеді?

5. Бор атомы түзетін қосылыстар: а) валенттілік электрондар арқылы; б) барлық валенттілік орбиталдар арқылы. Қай қосылыстар координационды қаныққан болады? Қосылыстардағы бор атомының координациялық санын, гибридтелу түрін көрсету керек. Натрийдің метаборатының, тетраборатының, боридінің формулаларын жазу керек.

6. BF3 молекуласына H2O және NH3 молекулаларының, F- - иондарының қосылуының механизмін көрсету керек. Қалыпты жағдайда неге BН3 жай қосылыс күйінде болмайды, ол тек димер B2H6 түрінде ғана болады.

7. Борандар сумен қалай әрекеттеседі? Бұл қосылыстардың қандай қасиеттері оларды ракета отыны ретінде қолдануға мүмкіндік береді?

8. H3BO3 қышқылын сілтімен бейтараптағанда, не сілтінің артық мөлшерімен өңдегенде қандай қосылыстар түзіледі? Реакция теңдеулерін жазу керек. Ортобор қышқылын қыздырған кезде жүретін өзгерістерінің реакциялардың теңдеулерін жазу керек.

9. Бор оксиді мен содыны қақтағанда натрий тетрабораты түзіледі, реакция теңдеуін жазу керек. Алынған тұздың гидролиз теңдеуін жазу керек.

10. Бор қышқылы спирт пен концентрлі күкірт қышқылы қоспасымен эфирлер түзеді, ол жасыл жалынмен жанады. Борнометил және борноэтил эфирлерінің түзілу реакцияларын жазып, графикалық формулаларын көрсетіңдер. (B(OCH3)3) және B(OC2H5)3).

11. Бураны кейбір металдардың (Cr, Co, Mn) тұздарымен қақтағанда қос метабораттар («бураның перлдері») түзіледі, олар шыны тәріздес, әр металға тән өз түстері болады, сондықтан аналитикалық химияда қолданылады, мысалы NaBO2×Cr(BO2)3 – жасыл, 2NaBO2×Cо(BO2)2 – көк. Мына реакция теңдеулерін аяқтау керек: а) Na2B4O7 + MnSO4→ … б) Na2B4O7 + Cr2(SO4)3 →...

в) Na2B4O7 + Cо(NO3)2 →…

12. Алюминийді глиноземнің криолит балқымасындағы ерітіндісін электролизге ұшыратып алады. Егер глинозем құрамында 94,5% Al2O3 болса,

1т глиноземнен қанша алюминий алынады? Егер ток күші 30000А болса, тоқтың қолданылу коэффициенті 95,5% болса, электролизді бұл жағдайларда қанша уақыт жүргізеді? Жауабы: 0,5т; 52 сағ.

13. Каолинитті сазды күкірт қышқылымен өңдегенде алюминий сульфатын Al2(SO4)3 ×18 H2O алады. 1т дайын өнім алу үшін 20% Al2O3 бар саздың неше тоннасын өңдеу керек? Бұл жағдайда саздан тек 70% Al2O3 ғана жұмсалады. 1т дайын өнімге жұмсалатын күкірт қышқылының теориялық шығыны қанша? Жауабы: 1,09т; 0,44т.

14. Алюминий судан сутегін тек сілті қатысында ғана ығыстырады, реакция теңдеуін жазу керек. Алюминий сульфатының а)(NH4)2S; б)Na2CO3;

в) KOH (артық алынған) ерітінділерімен реакция теңдеулерін жазу керек.

15. Гальваникалық элементтің AlІAl2(SO4)3ІІCr2(SO4)3 ІCr жұмысы кезінде 31,2г хром бос металға дейін тотықсызданған. Алюминий электродының массасы қаншаға азайғанын анықтау керек. Жауабы: 16,2г

16. Алюминийдің коррозияға тұрақтылығын түсіндіру керек. Бұл металдың қышқылдар мен сілтілерге қатынасы қандай? Ол неге концентрлі азот қышқылы мен күкірт қышқылында пассивтеледі?

17. Неге Al2S3 тек құрғақ әдіспен, мысалы, сусыз алюминий сульфатына сутегімен әсер етіп, қыздырып алады? Реакция теңдеуін жазу керек. Егер алынған сары кристалдар сумен контактіге (жанасса) түссе, қандай процесс жүреді?

18. Алюминий гидроксидін тұнбаға түсіру үшін аммиак ерітіндісін қолданады, неге сілті ерітіндісі қолданылмайды? Мына реакциялар теңдеулерін аяқтау керек: а) AlCl3+NH3+H2O→…; б)AlCl3+Na2CO3+H2O→…; в)AlCl3+(NH4)2S+H2O→…

19. Егер с (NH3×H2O)=2моль/л болса, 200мл (ρ=1,3г/л) 30% AlCl3 бар ерітіндісінен Al(ОН)3 тұнбасын алу үшін, қанша көлем аммиак ерітіндісін алу керек? Алынған тұнбаны еріту үшін концентрациясы 0,5моль/л NaOH ерітіндісінің қанша көлемін алады?

Жауабы: 876мл(NH4ОН) және 3,5л (NaOH).

20. Галлий топшасы элементтеріне тән тотығу дәрежелері. Галлий мен индий қосылыстары үшін тұрақтырақ тотығу дәрежелері, ал таллий қосылыстары үшін қандай?

21. Галлий(III) нитратының калий гексагидроксогаллатына айналу және оның қайтадан галлий(III) сульфатына айналу реакцияларының теңдеулерін жазу керек.

22. Егер Tlφ тұзының 200С температурада ерігіштігі 100г суда 6×10-3г болса, оның ерігіштік көбейтіндісі (ЕК) қанша? Жауабы: 3,2×10-8.

23. Егер φ 3+/+ = 1,25В болса, таллий (III) сульфаты а) тұз қышқылын;

б) Kφ ерітіндісін тотықтыра ала ма? Реакция теңдеулерін жазу керек.

Жауабы: жоқ, иә.

24. Неге В2О3 оксиді НСІ-да ерімейді, ал HF – да жақсы ериді?

Реакция теңдеулерін жазу керек.

25. Бордың Қазақстанда кездесетін негізгі минералдарынан бораттарды алудың химиялық теңдеулерін жазу керек.

IVA топша элементтері. Көміртегі. Кремний. Элементтердің жалпы сипеттамалары. Көміртегі, оксидтері, алу, қасиеттері . Кремний, оксидтері, қышқылдары, қасиеттері

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 … 3d64s24pакцептор; :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.

Кездесуі. Тірі ағзаның айрылуы нәтижесінде көмір, торф, мұнай, 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,N2t0 CS2 – күкіртті көміртек; C2N2 – циан түзеді. 2С + 2Н2t0 С2Н4; C+2H2t0CH4.

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 енгізсе, 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:

2 + 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 + 2NaOH = Na2CO3;

CO2 + NaOH = NaHCO3. Сілтілік металдар және аммоний 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, сондықтан 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 Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Mn, Mo, т.б. алу үшін (пирометаллургия) 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 + K2SO4

Тұздары цианидтер деп аталады, олар улы. Натрий және калий цианидтері 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

14Si )2 )8 )4…3s23p23d Si оттегіге қосылғыштық энергиясы өте үлкен, соңдықтан SiO2 қосылысы көп.

Кездесуі. 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.

Алынуы: Өнеркәсіпте тазалығы 95-99%-дық кремнийді электр пешінде кремнеземді кокспен тотықсыздандырып алады: SiO2+2С=Si+2CO (19000С).

Аса таза Si алу: алдымен ұшқыш SiCl4, SiH4 қосылыстарды 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 реакциясы арқылы алады.

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 SiСІ2, SiBr4, SiO2, SiS2, Si3N4 стехиoметриялық қосылыстарды 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,Hφ)→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, ал SiO-табиғатта жоқ, оны былай алады:

SiO2 +C → SiO+CO не SiO2 +Si →2SiO; SiO ток 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;

SiO2 –ге қарағанда SiF4 берігірек қосылыс, сондықтан 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 жағымсыз. SiH4-тотықсыздандырғыш SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O

8KMnO4 + 3SiH4 → 8MnO2 + 3SiO2 + 8KOH + 2H2O

8FeCl3 + SiH4 → 8FeCl2 + SiCl4 + 4HCl

Силандар гидролизге түскіш SiH4 +2H2O ↔ SiO2+ 4H2

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 қосады. K2O×PbO×6SiO2 – хрусталь.

Қолданылуы: Si – жартылай өткізгіш болғандықтан электроникада, электротехникада қолданылады, диод, транзисторлар, фотоэлементтер жасауға қолданылады. SiO2 – құм, құрылыс материалы, SiС2 – карбид тәріздес материал, сұйық шыныға, маталарға, ағашқа сіңдіреді, сонда ол отта жанбайды.

Өзін-өзі тексеруге 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

ns22-болғандықтан, олар катион да, анион да 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. Қалайы мен қорғасынның 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.

Алынуы: GеО2 + 4НСI = GeCI4 +2H2O; GeCI4 +2H2O → Ge(ОН)2 +4HCI.

GеО2 +2Н2 = + 2H2O, реакциясы бойынша таза германий алынады.

2РbS + 3О2 =2РbО + 2SО2, кендегі сульфидтер оксидтерге айналады, ары қарай оксидтерді тотықсыздандырады: РbО + СО = Рb + СО2

электролиз

2О +2Рb(NO3)2 ————→ 4НNO3 + 2Рb + О2 - өндірісте электролиз арқылы алады. электролиз

2О + Sn(NO3)2 ————→ 4НNO3 + 2Sn + 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, Н24 қышқылдарында ериді, бірақ біраздан соң қорғасынның еруі тоқтайды, себебі металдың беті ерімейтін сульфат, хлорид тұнбаларымен жабылады. Концентрлі HCI ерітіндісінде ериді:

Sn, Рb +4HCIконц→ Н2[ЭСI4] +2Н2

Концентрлі күкірт қышқылымен германий және қалайы тұз түзе әрекеттеседі:

Э + 4Н24 = Э(SО4)2 + 2 SО2 + 2Н2О,

қорғасын гидросульфат түзеді:

Рb +3Н24(<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 + 8НNO3 =3Sn(NO3)2 +2NO2 +4Н2О.

Концентрлі және сұйытылған НNO3 қорғасынды ерітеді, Pb(NO3)2 түзеді:

b +8НNO3=3Pb(NO3)2 +2NO↑ + 4Н2О

сұйыт

Рb +4НNO3=Pb(NO3)2 +2NO2↑ + 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[(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+ Н24 =ЭSО4 + H2O, тұздары суда гидролизге ұшырайды.

ЭSО4 + 2H2O ↔ Э(ОН)2 + H24

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 +4H2O, біраз уақыттан соң β-қалайы қышқылына айналады, ол НСI әрекеттеспейді.

Қолданылуы: Германий жартылай өткізгіш ретінде қолданылады. Алғашқы транзистерлерді 1948 жылы жасаған, электроника өндірісінде қолданылады.

Қалайының мыспен құймасы – қола. Қола ғасырынан белгілі. Қорғасын аккумуляторларда қолданылады. Рb рентген және γ-сәулелерінен қорғануға қолданылады. SnО2 шыны өндірісінде қолданылады.

Өзін-өзі тексеруге 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.

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. IV топтың р-элементтеріне олардың атомдарының электрондық структуралары негізінде жалпы сипаттама беру керек. Топтың бірінші және соңғы элементтерінің қасиеттерін салыстырып, айырмашылығын түсіндіру керек.

2. σ- және π- байланыстар саны сәйкесінше 4 және 0; 3 және 1; 2 және 2 болғанда көміртегі атомындағы орбиталдар гибридизациясын көрсету керек. Мына молекулалардың CH4, CO2, CS2, C2H2 және CO32- ионының геометриялық конфигурациялары қандай? Әр жағдайда көміртегі атомы неше s- және π-байланыстар түзеді?

3. Көміртегі(II) оксидін зертханада және өндірісте қалай алады? СО молекуласында неге байланыс энергиясы (Ебайланыс) жоғары? Металдармен СО молекуласы комплекс қосылыстарды қалай түзеді? Олар қалай аталады және қайда қолданылады?

4. CO2 алу әдістерін көрсетіп, физикалық және химиялық қасиеттеріне сипаттама беру керек. CO2 суда ерігенде қандай тепе-теңдік орнайды және ерітіндіні қыздырғанда, сілті не қышқыл қосқанда тепе-теңдік қалай ығысады?

5. Көмір қышқылына мына параметрлер бойынша сипаттама беру керек: беріктілік, негіздік, қышқыл күші, гидротұздар түзу мүмкіндігі. Аз еритін карбонаттарды көрсету керек.

6. Карбамидті CО(NH2)2 (мочевина) алу үшін СО2 және NH3 10-40МПа қысым, 160-200°С температура қажет. Реакция теңдеуін жазу керек және неге бұл реакция қысым астында жүретінін түсіндіру керек. Карбамид қайда қолданылады?

7. Кальций карбиді азотпен әрекеттескенде кальций цианамиді CaCN2 және көміртегі түзіледі, реакция теңдеуін жазу керек. Цианамид сумен қалай әрекеттеседі? Кальций цианамиді қайда қолданылады?

8. Өндірісте KCN және NaCN алу реакция теңдеулерін жазу керек. Цианид-ионының электрондық құрылысын көрсетіңдер. Комплекс түзгіш қабілетін түсіндіріңдер, металлургияда NaCN және KCN тұздарының қолданылуын көрсету керек.

9. НCN қышқылын техникада катализатор қатысында (ThO2) және қысым астында СО және NH3 әрекеттесуінен алады, теңдеуін жазу керек. НCN қасиеттерін көрсетіңдер. Оның 1 моль/л концентрациясының диссоциация дәрежесі 0,002% болса, диссоциация константасы қанша болады?

Жауабы: 4×10-10 .

10. Егер 0,1моль/л KCN 1,2%-ке гидролизденсе, оның гидролиз константасы қанша болады? Жауабы: 1,44×10-5.

11. Қымыз қышқылы қышқыл ортада KMnO4 ерітіндісін түссіздендіреді, өзі СО2 дейін тотығады. 0,0630 г H2C2O4×2H2O 100 мл-лік өлшегіш колбада суда ерітілген. Оның 103мл ерітіндісіне 8,3мл KMnO4 ерітіндісі жұмсалса, KMnO4 ерітіндісінің эквивалентінің молярлы концентрациясы қанша болады? Жауабы: 0,012моль/л.

12. 10мл H2C2O4×2H2O (ρ=1,02г/мл) ерітіндісінде кристаллогидраттың массалық үлесі 7% болса, онымен реакцияласуға эквивалентінің молярлы концентрациясы 0,1моль/л KMnO4 ерітіндісінің қандай көлемі жұмсалады? Жауабы: 113,3мл.

13. Кремний және көміртегі атомдары арасындағы ұқсастық пен айырмашылықтарды мына параметрлер: а) атом радиусы; б) валенттілік электрондары мен орбиталдар сандары; в) түзілетін максимал байланыс саны; г) электртерістік мәні; д) максимал тотығу дәрежесінің тұрақтылығы бойынша салыстыру керек.

14. Кремнийдің сілтілерде және азот пен балқытқыш қышқылдар қоспасында еріуі, нәтижесінде H2SiF4 және NO түзілетінін көрсететін реакциялар теңдеулерін жазу керек.

15. SiО2 оксидінің үш модификациясының (өзгерулерінің) – кварц, тридимит, кристобалит – қайсысы табиғатта көп таралған? Тау хрусталі, топаз, аметист не екенін көрсету керек. SiО2 оксидіне сілтілер мен газ тәріздес фторсутек немесе балқытқыш қышқыл әсерлерін көрсетіңдер.

16. 0,1моль/л натрий метасиликатының Na2SiO3 I саты бойынша гидролизі (бұл кезде Na2SiO5 екі метасиликат түзіледі) 28%, ал ІІ саты бойынша (бұл кезде Н2SiO3 түзіледі) 6%-ке жүреді. Осы реакциялар теңдеулерін жазу керек, гидролиз нәтижесінде түзілген заттардың графикалық формулаларын жазып, кремний қышқылының күші туралы қорытынды жасау керек.

17. Еритін силикаттардан қалай кремний қышқылын гель және золь ретінде алады? Кремний және көмір қышқылдарының күштері туралы қорытындыны: «сұйық шыны» ерітіндісіне СО2 жібергенде кремний қышқылының бөлінгені бойынша айту керек. Реакция бағыттары туралы қорытындыны: а) СО2 оксидінің Na2SiO3 сулы ерітіндісімен; б) SiО2 оксидін Na2СО3 тұзымен балқытқанда жүретін реакциялар бойынша жасау керек.

18. Поликремний қышқылдарының құрамын жалпы формуламен көрсету керек. Қандай байланыстар арқылы олар сипатталады? Кварц және қарапайым шыны құрамы қандай? Кварц шынысының қандай қасиеттері олардың қолданылуының негізінде жатыр? 100 кг терезе шынысын алу үшін қажет алғашқы заттар массаларын есептеу керек. Түсті шыныларды (қызыл, жасыл, күлгін, көк және т.б.) қалай алады? Хрустальдың құрамы қандай? Шыны құрамына бор оксидін қосқанда оның қандай қасиеттері өзгереді?

Жауабы: 22,2кг Na2СО3; 20,9кг CaCO3; 75,3кг SiО2.

19. SiF4 гидролизінің басқа кремний тетрагалогенидтері тұздарының гидролизінен айырмашылығы қандай? Бұл жағдайда кремний АО гибридизациясының қай типі жүзеге асырылады және мына комплекс ионында

SiF6 2- қандай геометриялық конфигурация болады?

20. Кремний тетрахлоридін алу үшін SiО2 мен С қоспасын хлор атмосферасында қыздырады, реакция теңдеуін жазу керек. Тетрахлоридті бүркеме тұман алу үшін қолданылудың негізі неде? Неге оның нәтижесі (эффект) аммиак буы әсерінен күшейеді?

21. Калий фторсиликаты К2SiF6 қосылысын кальций флюоритінен CaF2 алу реакциясы теңдеуін жазу керек. Силандар қалай алынады? Силандағы максимал Si атомдарының саны. Олар сілті қатысында сумен қалай әрекеттеседі? Кремний карбиді қалай алынады? Қай жерде қолданылады? Бұл қосылысты қалай бұзады? Силандар жанғанда қандай қосылыстар түзіледі?

22. Германий, қалайы және қорғасын үшін қай тотығу дәрежесі (+2 не +4) тұрақтырақ? Қалайы (ІІ) және қорғасын(IV) қосылыстары тотықтырғыштар ма әлде тотықсыздандырғыштар ма?

23. Германийден қорғасынға қарай оксидтері мен гидроксидтерінің қышқыл-негіздік қасиеттері қалай өзгереді? Қалыпты жағдайдағы SnCl2 және SnCl4 қосылыстары қай классқа жататыны туралы гидролиз нәтижесі бойынша қорытынды жасау керек.

24. Металдық қалайы қандай екі модификацияда болады? «Қалайы обасы» деген процесс не және ол қай температурада мүмкін? Ge, Sn, Pb элементтерінің ауаға, суға, қышқылдарға және сілтілерге қатынасы, теңдеулерін жазу керек.

25. Sn азот қышқылының қай концентрациясында қалайы нитраты Sn(NО3)2 ерітіндісіне және метақалайы қышқылының ақ ұнтағына айналады? Ұнтақ біраз тұрған соң қышқылда да, сілтіде де еру қабілетінен неге айырылады?

26. Не себебті қалайыны концентрлі тұз қышқылында, ал қорғасынды азот қышқылында ерітеді?

27. PbO2 ұнтағын күкіртпен немесе фосформен өзара үйкегенде жалындайды, бұл құбылыс қандай өндірісте қолданылады?

28. Бірдей жағдайда, қай тұздың Na2SnO2 не Na2SnO3, Sn(NO3)2 не Pb(NO3)2 гидролиз дәрежесі жоғары? Ерітіндідегі қай ионның артық мөлшері бұл тұздардың гидролизін азайтады?

29. Ерітіндіде 0,05 моль Pb2+ ионы, онымен бірге Sn2+ ионы болса, оларды бөлу үшін концентрациясы 2 моль/л KI ерітіндісінің қандай көлемін алу керек.

Жауабы: 50 мл.

30. Массалық үлесі 20% азот қышқылының қандай көлемінде а) Sn; б) Pb; в) құрамында 70% Sn және 30% Pb бар құйма ерітіледі ? Әр үлгіні 100г алған, азот қышқылы NO оксидіне дейін тотықсызданады.

Жауабы: а) 633мл; б) 364мл; в) 552мл.

31. Қорғасын аккумуляторы зарядталғанда және кері процесі жүргенде электродтарда өтетін реакциялар теңдеулерін жазу керек.

32. 15м3 сутегі (170С және 98,64кПа) алу үшін неше килограмм кремний және 32 % NaOH ерітіндісінің қандай көлемі қажет? Жауабы: 8,6кг; 56,7л.

33. 100г қорғасын(ІІ) нитратын қақтағанда қандай газдар және қандай көлемде бөлінеді? Жауабы: 3,38л оттегі және 13,52л азот диоксиді.

34. Реакциялар теңдеулерін аяқтау керек: a). Sn(NO3)2 + KOH = …,

б). SnCI2 + KBrO3 + HCI = ….

35. Қорғасынның аз еритін тұздарын көрсетіңдер (жазыңдар).

VA топша элементтері (Азот, Фосфор) Жалпы сипаттамасы. Азотты алу, химиялық және физикалық қасиеттері, қосылыстары,алу, қасиеттері, қолданылуы. Фосфорды алу, қолданылуы, қосылыстары, қасиеттері

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. ЭТN = 3,0; ЭТР = 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, алынуы. Жер қыртысында азот 0, 01 %, ауада 75% болады. Осы 2 элементте (Р, N2) 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 сіңіріледі 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 тогымен айырады. Азот атомы электр разряды әсерінен түзіледі де: N + күкіртпен, фосформен, сынаппен → әрекеттеседі, нитридтерін түзеді, молекуласы N2 + H2, O2, C және басқа элементтермен →2500-3000C осындай өте жоғары температурада ғана қосылыстар береді; Азот галогендермен тікелей әрекеттеспейді.

Сутекті қосылыстары:

1) N2 +3H2 ↔ 2NH3 – өнеркәсіпте алу реакциясы, Ле Шателье принципі бойынша аммиак түзілетін жаққа тепе-теңдікті ығыстыру үшін температураны төмендету және қысымды жоғарылату 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. Сұйық 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+ = 0,142нм, К+ = 0,133нм; 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: NH4NO3 → 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 температурада 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 + 1/2H2;

NH3 – бұл жерде қышқылдық қасиет көрсетіп тұр. NH3 тұздарын – амидтерді − NaNH2 аммиак молекуласы бір протоннан айрылғанда; Na2NH-имидтерді – екі протоннан айрылғанда; Na3N-нитридтерді үш протоннан айрылғанда түзеді.

2) Азоттың басқа сутекті қосылысы N2H4 – гидразин (диамид), оны

2NH3 + NaOCl →N2H4 + NaCl +H2O реакциясы арқылы алады;

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) HN3сутегі 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 мына реакцияға түседі:

HN3 + 2HI = I2 + NH3 + N2;

HN3 +3HCl – қоспасы бағалы металдарды да еріте алады, себебі атомдық хлор бөлінеді. HN3 + 3HCl = 2Cl + N2 + NH4Cl; Сутегі азиді қышқылының тұздары азид деп аталады, ерігіштігі галогенидтерге ұқсас. Сілтілік металдар азидтері суда жақсы ериді, тек мына тұздар 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 және органикалық заттармен әрекеттеседі, оларды тотықтырады:

Cu + N2O = N2+CuO; 2Р + 5N2O = 5N2+ Р2O5;

Н2 + N2O = N2+ Н2O; 2NН3 + 3N2O = 4N2+ 3Н2O.

Күшті тотықтырғыштармен әрекеттескенде тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді:

8KMnO4 + 5N2O + 7H2SO4=5Mn (NO3)2+3MnSO4+4K2SO4+7H2O

Температура 700 0C-тан 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 2 3000 C 2NO

Зертханада алу: 3Сu + 8HNO3 сұйық = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Өндірісте алу: 4NH3+5O2кат. 4NO+6H2O катализатор: Pt, Fe, V; 2NO+O2→2NO2 ауада өте тез тотығады, қоңыр түсті диоксидін түзеді. Галогендермен (йодтан басқасы) әрекеттесіп нитрозилгалогенидтер түзеді:

NO + Г2 → 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 – (-1000C) 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 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 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 тұрақтылығы азотты қышқылға қарағанда жоғары, олар да тотықтырғыштық, тотықсыздандырғыштық қасиеттер де 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 алу: Концентрлі азот қышқылында мысты ерітіп:

Cu + HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + NO2 + H2O немесе ауыр металдар нитраттарын қыздырып: Pb(NO3)2t0 PbO + NO2 + O2 алады.

NO2 суда ерігенде, диспропорциалану реакциясы нәтижесінде екі қышқыл түзеді: 2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3, азот және азотты қышқылдарын түзеді, егер O2 қатысында NO2 суда ерітсе, 4NO2 + O2+2H2O = 4HNO3 тек азот қышқылы, ал егер ыстық суда NO2 ерісе, онда реакция былай жүреді:

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 катализатор қатысында тотықтырып NH3 + O2 =к NO + H2O;

3. Азот(ІІ) оксидін ауаның оттегісімен тотықтырып 2NO + O2 = 2NO2 ;

4. Азот оксидтерін суда ерітеді 3NO2 + H2O(ыстық) = 2HNO3+NO.

НNO2 түзілмес үшін ыстық суда ерітеді. Азот қышқылы ұшпауы және ыдырамауы 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, φr,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 NO3иондары аз, сондықтан әр N5+ атомы тотықсыздандырыштан көп электрон алуға тырысады, ал концентрлі 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 жүреді: 5Co + 12HNO3 → N2 + 5Co(NO3)2 + 6H2O.

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.

Өзін-өзі тексеруге 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.

Фосфор. Жалпы сипаттамасы. Фосфорды алу. Фосфордың оттекті және сутекті қосылыстары, қасиеттері, алу. Фосфор қышқылы, қасиеттері, алу, тұздары

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 арқылы, донорлы-акцепторлы механизм бойынша байланыс түзеді.

Кездесуі: Фосфор тек қосылыс түрінде кездеседі: фосфорит Ca3(PO4)2, апатит Cа5X(PO4)3(X-Fˉ,Clˉ, OH-). Фосфор өсімдіктер мен жануарлар денесінде де болады.

Алынуы. 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, 25000C-тан жоғары – Р күйінде болады. 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) ↔ Р2S32S5). Ақ фосфор судың астында ұсталады, cумен реакцияға түспейді. Ақ фосфор өте улы, оның 0,15г 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, сондықтан оны былай жазу керек H2[HPO3], тұздары фосфиттер:

6NaOH + P2O3 → 2Na3PO3 +3Н2О және гидрофосфиттер

2NaOH+ P2O3 + H2O → 2NaH2 PO3. Сілтілік металдар мен кальцийден басқа металдардың фосфиттері суда нашар ериді.

4H3PO3 t0 PH3 + 3H3PO4 диспропорциялану реакциясында түседі,

H3PO3 тотықсыздандырғыш ретінде, хлормен әрекеттесіп, фосфор қышқылын береді:

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. Тұздары суда ерісе, гидролизге ұшырайды:

Na3PO4 + H2O ↔ NaOH + Na2HPO4 pH= 12,1

Na2HPO4 + H2O ↔ NaOH + NaH2PO4 pH= 8,9

Ортофосфаттар (аммоний фосфатынан басқасы) температура әсеріне тұрақты. Гидрофосфаттар қыздырғанда суды бөліп ди- және метафосфаттарға айналады:

2Na2HPO4t0 Na4P2O7 + H2O; Na2HPO4t0 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 + 10H2; Алынған сутекті аммиак алуға қолданып, азот, фосфор тыңайтқыштарын 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. Метафосфор қышқылы суда еріп, (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 молекуласынікі 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, олар улы заттар:

2Р+ 3Г2→2РГ3 және 2Р + 5Г2 → 2РГ5. Сумен күшті әрекеттеседі:

РСl5+ H2O→POCl3+2HCl; РСl5+ 4H2O→H3PO4 + 5HCl судың артық мөлшерінде гидролизге ұшырайды; РГ5 – sp3d – гибридтелу болады. PCІ3, PBr3 түссіз, сұйық, Рφ3-кристалл; Pφ3 + 3H2O→ H3PO3+ 3Hφ, Pφ3 – қышқыл түзгіш зат.

Фосфордың металдармен 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→2CaHPO4.2H2O+CaSO4

Ca3(PO4)2+ H3PO4+6H2O→3CaHPO4 ∙2H2O;

Аммофос NH4H2PO4, (NH4)2HPO4; Me3Pn – жартылай өткізгіштер, мына қосылыс CaP-ZnP – лазер сәуле алу үшін қолданылады.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Фосфордың оттекті қосылыстары, қасиеттері, алынуы.

2. Фосфордың қышқылдары, алынуы, қасиеттері.

3. Фосфордың металл еместермен қосылыстары, қасиеттері.

4. Фосфордың сутекті қосылыстары, алынуы, қасиеттері.

5. Табиғатта фосфордың таралуы және алынуы.

Мышьяк топшасы элементтері

Бұл топша элементтерінің сыртқы электрондық қабаттары (n−1)d10 ns2np3 (Аs, Sb); ал 4f5d106s23 – 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→ 2SО2 + Аs2О5

Аs2О5 +5С → 2Аs + 5СО. Аса таза Аs пен Sb алу үшін оларды гидридтерге айналдырып, сосын оларды айырып алады.

АsН3 – арсин; SbН3 – стибин, ВіН3 – висмутин.

АsН3 SbН3 ВіН3 қатары бойынша тұрақтылығы азаяды, газдардың улылығы артады. Түсті металдар кендеріндегі кездесетін мышьяк, сурьма, висмуттың қосылыстарын тұз қышқылымен өңдеп, гидридтерін алады:

Аs2Zn3 + 6HCI = 2АsH3 + 3ZnCI2

t 0

2АsH3 = 2Аs + 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 + 3Н24 → Sb2(SО4)3 +3Н2О

Sb2О3 + 6НСI→ 2 SbСI3 +3Н2О

ал сілтілермен әрекеттесіп метасурьма және сурьма қышқылдарының тұздарын түзеді:

2NaOH + Sb2О3 → 2NaSbО22О

6NaOH + Sb2О3 → 2Na3SbО3 +3Н2О

Аs2О3 қышқылдық оксид, Аs2О3 + 6NaOH=2Na3AsO3 +3H2O

Ві2О3 негіздік оксид, сондықтан тек қышқылдармен әрекеттеседі:

Ві2О3 + 6НСI→ 2ВіСI3+3Н2О

Аs2О5, Sb2О5, Ві2О5 қышқылдық оксидтер, Н3АsО4 −мышьяк қышқылы, тұздары арсенаттар; Н3SbО4 –сурьма қышқылы, тұздары−антимониттер Na3SbО4, Na3SbО3; Ві(ОН)3 ↓ тұздары висмутаттар: Na3ВіO3, NaВіO2.

Тотықтырғыш қышқылдарда үш элемент те ериді.

Аs +5НNO3 конц. → Н3АsО4 +5NO+Н2О

орта мышьяк қышқылы

3Sb +5НNO3 конц. → 3НSbО3 +5NO+ Н2О

мета сурьма қышқылы

2Sb +6НNO3 сұйық→ Sb2О3 + 6NO2 +3Н2О

Ві + 4НNO3 = Ві(NO3)3 + NO +2Н2О – азот қышқылының концентрациясына байланысты емес.

Үш металл да сілтілермен әрекеттеспейді, тек мышьяк оттегі қатысында сілті балқымасымен әрекеттеседі.

4Аs +12NaOH +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 +2НСI = СI2 + Н3SbО3+ H2O.

Ві5+ қышқыл ортада да, сілтілік ортада да тотықтырғыш болады:

5NaВіО3 + 4Mn(NO3)2 + 6H2O → 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 +28НNО3 + 4H2O = 6Н3АsО4 + 9Н2SO4 +28NО

Э2S3 қышқылдық қасиет көрсететіндіктен негіздермен әрекеттеседі:

Sb2S3 + 6NaOH=Na3SbО3 + Na3SbS3 + 3H2O

натрий стибаты натрий тиостибаты

Э2S3(мышьяк, сурьма) 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.

2Na3АsО4 (2Na3SbО4) +5Н2S +6НСI =Аs2S5(Sb2S5) + 6NaСI +8H2O

Ві2О5 + 6Н2S +2NaOH = Ві2S5 + 7H2O + Na2S

Аs2S5 және Sb2S5 қышқылдық қасиет көрсетеді, сондықтан негіздермен және негіздік сульфидтермен әрекеттескенде тиотұздар (тиоарсенаттар мен тиостибаттар) түзеді:

Sb2S5 + 6NaOH = Na3SbО3S + Na3SbS4 +3H2O

Аs2S5 + Na2S=2NaАsS3

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:

2Sb + 6Н2SO4 = Sb2(SO4)3 + 3SO2 +6H2O. Сурьма азот қышқылында ерігенде Sb(NO3)3 түзілмейді, оны былай алады:

SbСI3 + 3AgNO3 = Sb(NO3)3 + 3AgCI↓

Ві +4НNО3 = Ві(NO3)3 + NO + 2H2O

2Ві + 6Н2SO4 = Ві2(4)3 + 32 +6H2O

Ві3+ тұздары суда гидролизге ұшырайтындықтан, ерітіндіде висмутилдер туындылары болады: (ВіО)2SO4, (ВіО)2СO3. Сонымен бірге Ві(NО3)3 тұздары қос тұздар да түзеді: Ві(NО3)3 .2NН43 . 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.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Мышьяк топшасы элементтерінің оттекті қосылыстары, қасиеттері, алынуы.

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

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. V топтың р-элементтеріне олардың атомдарының электрондық құрылысы бойынша жалпы сипаттама беру керек. Бұл элементтердің маңызды табиғи қосылыстарын айтып, жай заттарды алудың негізгі әдістерін көрсету керек.

2. Азот молекуласында байланыс энергиясы (Ебайл.) неге жоғары, бұл мән жай заттың реакцияласқыш қабілетіне қандай әсері бар? Азот және фосфор атомдарында валенттілік орбиталдар мен валенттік электрондар сандары қанша? Химиялық байланыс түзілгенде азот атомында электрондардың проматирленуі (электронның бір орбиталдан екіншісіне өтуі) неге мүмкін емес?

3. Аммиактың судағы ерітіндісіндегі тепе-теңдік қалай ығысады: ерітіндіні қыздырғанда, қышқыл, сілті, комплекс түзгіш иондар қосқанда? Аммиакқа тән реакцияларды а) сутегі атомдарының орнын басу; б) тотығу; в) донорлы-акцепторлы әрекеттесу әсерінен қосылыс түзілу теңдеулерін жазу керек.

4. Гидразиннің N2H4, гидроксиламиннің NH2OH графикалық формулаларын жазып, азоттың тотығу дәрежелерін және коваленттілігін көрсету керек. Олардың алу әдістерін көрсетіп, химиялық қасиеттерін көрсететін реакциялар теңдеулерін жазу керек.

5. Мына реакциялар теңдеулерін аяқтау қажет: а) NH3+O2 кат ... б)N2H4+KMnO4+H2SO4→ N2 + … в) NH2OH+FeSO4+H2SO4→…

г) NH2OH→ N2+ NH3 + ...

6. Азот және азотты қышқылдарының алу жолдары мен химиялық қасиеттерін көрсететін теңдеулерін жазу керек. Электронды-иондық теңдеулер арқылы барлық мүмкін болатын азот қышқылының тотықсыздану реакцияларының теңдеулерін көрсету керек.

7. «Патша арағының» тотықтырғыш әсері неге негізделген? Нитраттардың термиялық айырылуының 3 түрін мына тұздардың айырылуы арқылы көрсету керек: KNO3, Cu(NO3)2, AgNO3.

8. 00C температурада аммиак көлемі (қ. ж.) ол еритін су көлемінен 1176 есе көп болса, түзілген ерітіндінің молярлық концентрациясы қанша?

Жауабы: 52,5моль/л.

9. 10л суда 2000л (қ.ж.) аммиакты ерітсе, осы ерітіндіде аммиактың массалық үлесі қанша? Жауабы: 13,2%

10. 1моль/л аммиактың судағы ерітіндісінің α = 0,43% болса, Кд мәні қанша болады? 0,1моль/л ерітіндісіндегі α (NH3×H2O) мәні қанша болады?

Жауабы: 1,8×10-5; 1,35%.

11. Жабық ыдыста азот(IV) оксидін қыздырғанда заттардың тепе-теңдік концентрациялары мына мәндерге тең болғанда С(NO2) = 0,06; C(NO) = 0,24; C(O2) = 0,12моль/л тепе-теңдік орнаса, сол температурадағы NO2 оксидінің алғашқы концентрациясын және тепе-теңдік константасын санау керек. Жауабы: 1,92; 0,30моль/л.

12. 10 мл массалық үлесі 15% Kφ ерітіндісімен (ρ =1,12г/мл) әрекеттесу үшін молярлы концентрациясы 0,15 моль/л натрий нитритының қандай көлемі жұмсалады? Бұл реакция қандай ортада жүреді? Түзілген заттардың массаларын есептеу керек. Жауабы: 67,3мл; 1,28г φ2; 0,30г NO.

13. Егер с (NH4Cl) =1моль/л, Ктз (NH4+) = 6×10-10 болса, аммоний хлориді ерітіндісіндегі аммиак молекуласының концентрациясын есептеу керек. Жауабы: 2,45×10-5 моль/л.

14. Егер с(НNO2) = 0,1моль/л болса, оның ерітіндісіндегі диссоциация дәрежесін және рН анықтау керек. Жауабы: 6,4%; 2,2.

15. PCl3, PCl5 молекулаларының PCl6- ионының геометриялық конфигурациялары қандай, не себепті сондай?

16. Жай зат ретінде фосфордың қандай аллотропиялық модификациялары бар? Олар бір-бірінен физикалық қасиеттеріне және химиялық активтіліктеріне байланысты қандай айырмашылықта?

17. Фосфор(III) оксидінің а) сумен және сілтілермен әрекеттесу; б) ыстық сумен әрекеттесу реакцияларының теңдеулерін жазу керек.

18. H3PO3 (фосфорлы) қышқылының екі негізді екендігін дәлелдейтін реакциялар теңдеулерін жазу керек.

19. Фосфор(III) және фосфор(V) галогенидтеріне қысқаша сипаттама беру керек: алу, қалыпты жағдайдағы агрегаттық күйі, гидролиз, тотығуға және донорлы-акцепторлық әрекеттесуге қабілеті.

20. Алғашқы заттар фосфор, P2O3, H3PO4, Ca3(PO4)2 болса, фосфор (V) оксидін алуды көрсету керек. Фосфаттан, апатиттен фосфор қышқылы қалай алынады? H3PO4 қышқылының сатылы диссоциациясын жазып, Кд мәнін көрсету керек.

21. Фосфат-иондарын магний тұздары әсерімен анықтайды. Ерітіндіде NH3 және NH4Cl болғанда NH4MgPO4 тұнбасы түзіледі. Осы реакция теңдеуін және тұнбаны қақтағанда магний пирофосфатының түзілу реакциясының теңдеуін жазу керек.

22. Пероксодифосфор қышқылы H4P2O8 және пирофосфор H4P2O7 қышқылының графикалық формуласын жазу керек. Осы қышқылдар молекуласындағы фосфор атомдары қалай байланысқан? Мына иондардың PH4+, PO2H2-, HPO32-, PO43- графикалық формулаларын жазып, аттарын атау керек. Осы иондардағы фосфордың тотығу дәрежесін анықтау керек. Гипофосфит-ион (PO2H2-) PO43- ионына дейін жеңіл, тез тотығады, фосфорлылау қышқылы НPO2H2 және оның гипофосфит тұздары күшті тотықсыздандырғыш ретінде қолданылады. Сулы ерітіндіде мына заттар арасында NiSO4 және HPO2H2 жүретін реакция теңдеуін жазу керек.

23. Табиғи фосфориттен мына заттарды қалай алады: фосфор қышқылын, суперфосфатты, қос суперфосфатты, аммофос- моно- және диаммоний фосфаттары қоспасы, преципитат. Осы қосылыстардың қайсысы P2O5(%) оксидіне бай?

24. 1т фосфориттен, ондағы фосфаттың массалық үлесі 80% болса, қанша фосфор алынады? Қанша көмір және кремнезем қажет?

Жауабы: 160;154,8; 464,5кг.

25. Н3РО4 қышқылын бейтараптау үшін 0,1моль/л NaOH ерітіндісінің қанша көлемі қажет? Қышқылды 0,31г кальций фосфатынан алған.

Жауабы: 60мл.

26. Мына реакция теңдеулерін аяқтау керек:

а) PH3+KMnO4+H2SO4

б) Mg3P2+K2Cr2O7+HCl(сұйыт.)→

в) H3PO2+HNO3

г) P2H4+KMnO4+H2SO4

д) H3PO2+I2+H2O →

27. As, Sb және Bi элементтерінің концентрлі және сұйытылған HNO3 қышқылымен әрекеттесу реакцияларының теңдеулерін жазу керек, олар концентрлі күкірт қышқылымен қалай әрекеттеседі?

28. Мышьяк(III), сурьма(III) және висмут(III) гидроксидтерінің негіздік және қышқылдық қасиеттері қалай өзгереді? Аз еритін Sb(OH)3 және Bi(OH)3 заттарын бір-бірінен қалай бөледі?

29. Мына реакция теңдеулерін аяқтау керек:

а) KBiO3+Mn(NO3)2+HNO2 → KMnO4+… (бұл реакция KBiO3 тұзының қандай қасиетін көрсетеді?)

б) Na3AsO4+H2S+HCl→…

в) K[Sb(OH)6]+H2S+HCl→….

Алынған тұздар тұнбаларын қалай тиотұздар ерітіндісіне ауыстыруға болады және ерітіндіге қышқыл қосса, не болады?

30. Мышьяк топшасы элементтері үшін -3, +3 және +5 тотығу дәрежелерінің тұрақтылығы қалай өзгереді? Мысалдармен көрсету керек.

31. Мышьяктан висмутқа қарай олардың сутектік қосылыстарының тұрақтылығы қалай өзгереді? Мышьякты ашу үшін (күміс айна алу) сулы ортада арсин (РН3) күміс нитратымен әрекеттеседі, сонда ол қандай қасиет көрсетеді?

32. Концентрлі және сұйытылған азот қышқылымен висмут қалай әрекеттеседі, бұл реакциялардың молекулалық және ионды-молекулалық теңдеулерін жазу керек.

33. Мышьяктан висмутқа қарай элементтер(III) гидроксидтерінің қасиеттері қалай өзгереді: а) суда ерігіштігі және басқа қасиеттері бойынша фосфорлы қышқылға жақындығы; б) қышқылдармен ғана әрекеттесетіні? Бұл реакциялардың теңдеулерін жазу керек.

34. Суда ерігенде SbCl3, BiCl3, Bi(NO3)3 бұл тұздардың оксотұздарының түзілу реакцияларының теңдеулерін жазу керек. Осындай гидролизге терең түсетін тұздарды қалай дайындайды? Мышьяк топшасы элементтерінің сульфидтері қалай тиотұздар түзеді? Неге әр түрлі жағдайларда?

35. As2S3 алу реакцияларының –

а) жай заттардан;

б)Na[As(OH)4] ерітіндісінен;

в) H3AsO3 ерітіндісінен;

г) H[AsCl4] ерітіндісінен - теңдеулерін жазу керек.

As2S3 концентрлі азот қышқылында, сілтілерде, (NH4)2S ерітіндісінде еру реакцияларының теңдеулерін жазу керек.

36. As, Sb, Bi концентрлі азот және күкірт қышқылдарында, сұйытылған азот қышқылында еру процестерінің теңдеулерін жазу керек.

37. 1т As2O3 кальций гидроксидінде ерігенде қанша метаарсенит түзіледі және жұмсалған гидроксид массасы қанша? Жауабы: 1282 және 374кг.

38. Концентрациясы 0,8моль/л және массалық үлесі 48% болатын 200мл азот қышқылдарымен висмут әрекеттескенде қандай газ және қандай көлемде (қ.ж.) бөлінеді?

Жауабы: 0,9л NO; 22,2л NO2.

VІА элементтерінің жалпы сипаттамалары. Элементтердің физикалық және химиялық қасиеттері. Оксидтері, гидроксидтері, алу, қасиеттері

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 қалған халькогендерден айырмашылығы оның максималь валенттілігі төрттен, максималь тотығу дәрежесі екіден аспайды. Оттегі – жердегі ең көп тараған элемент – 50% массалық үлесін құрайды. Электртерістігі (ЭТ~3,5) болғандықтан, барлық дерлік элементтермен әрекеттеседі, тек фтор атомынікінен төмен, сондықтан фтормен қосылысында тотығу дәрежесі +2, қалған қосылыстарында негізінен (-2), тек сутегі пероксидінде – (-1). VIA топша элементтерінің VA топша элементтеріне қарағанда сутекті қосылыстары берігірек, себебі олардың ЭТ-сі (электр терістігі) жоғары, керісінше VIA 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 1015т, адам организмінде 65%.

Оттегіні алу әдістері:

1.Сұйық ауаны фракционды айдап;

2.Судың электролизі арқылы: 2H2O →электролиз 2H2 + O2 .

Зертханада алу:

1. Оксидтерді термиялық айыру арқылы:

2CrO3t02Cr+3O2 ;

2. Пероксидтерді айыру арқылы: BaO2(пероксид) →t0 Ba+O2;

3. Оксоқышқылдар тұздарын айыру арқылы:

2KNO3 t0 2KNO2+O2;

2KClO3t0 2KCl+3O2;

2KMnO4t0 K2MnO4+O2+MnO2.

Физикалық қасиеттері: O2 суда аз ериді 100:3. Жер бетінен 100км жоғары атом күйінде болады, УФ-сәулесі әсерінен айрылады О2фотолиз 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 3.

Атмосферада 3O2 найзағай әсерінен 3 озонға айналады. Озонның химиялық активтігі оттекке қарағанда жоғары, себебі потенциалы жоғары:

О3 + 2H+ + 2e-→ O2 +H2O E0 = +2,07 в

O2 + 4H+ + 4e- →2 H2O E0 = +1,23 в, сондықтан О3 өте күшті тотықтырғыш. Химиялық активтігі бойынша O2 тек F2 кейін тұр.

Инертті газдар, Pt, Au + O2 → жүрмейді. Қалған бейметалдар оттегімен әрекеттеседі. Оттегі мен бейметалдардың ЭТ-сі мәндерінде айырмашылық аз болғандықтан, оксидтері ковалентті байланыс түзеді. Соңдықтан бейметалл оксидтері – газдар, ұшқыш сұйықтар, тез еритін қатты заттар. Бейметалдар оксидтері суда еріп, қышқыл түзеді. СО, NO, N2O, SiO тұз түзбейтін оксидтер, суда ерімейді, себебі ол молекулалар өте берік. Бейметалдар 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 металдары 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 + 2H2O = 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.

Күкірт. Алынуы, 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 күйлерінде кездеседі. Минералды су көздерінде – H2S газ күйінде болады.

Алыну. Бос күкіртті кендерден алады. Күкірт сутекті, сульфидтерді тотықтырып алады, сульфаттардан карботермиялық әдіспен алады:

2H2S + О2 → 2S + 2Н2О

2 + 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 Ме2Sn металл валенттілігіне байланысты түзіледі.

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.

2 + H2O ↔ H2SO3 ↔ 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 → CuSO4 + SО2 + 2H2O; немесе сульфидтерге қышқылмен әсер етіп: Na2SO3 + 2НСІ →2NaСІ + SO2 + H2O алады.

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:

2 +2H2S→3S+ 2H2O – күкірт(ІV) оксиді тотықтырғыш, тотықсыздану.

2Na2SO3 + О2 → 2Na2SO4 – күкірт (ІV) оксиді тотықсыздандырғыш, тотығу. Күкірт(ІV) оксиді сілтілерде еріп, сульфит және гидросульфит түзеді:

2 + NaOH → NaHSO3 – гидросульфит;

2 + 2NaOH→ Na2SO3(сульфит) +H2O. Гидросульфидтер суда жақсы ериді, гидролизге ұшырайды. Қатты күйдегі гидросульфиттерді қыздырғанда дисульфидтер түзіледі:

2NaHSO3-гидросульфиттер → t0 Na2S2O5+H2O пиросульфитке айналады, бірақ H2S2O5 – пирокүкіртті қышқылы жоқ, себебі тұрақсыз.

Күкірт (ІV)-тің оксогалогенидтері бар, ондағы SO2+ радикалы тионил деп қосылыстарын тионилгалогенидтер дейді:

2 +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 + φ2 → 2Naφ + 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: 2NaHSO4t0 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<5г/см3) + H2SO4конц. → металл сульфаты+ H2S+ H2O;

(Pt- тобы металдарынан басқа) Ме + H2SO4ыстық конц. → SO2 (S,H2S) металл активтігіне байланысты + металл сульфаты + H2O;

H2SO4конц. +Me → H2 шықпайды, не SO2, не S, не H2S түзіледі.

H2SO4 конц. Hφ, HBr тотықтырады, HCl –ды тотықтырмайды, себебі

φ02СІ/2СІ-=1,36в.

H2SO4 +8Hφ → H2S+ 4φ2 +4H2O;

H2SO4 +4HBr→ 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 ×10Н2О 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

Күкіртті сутек. Алынуы: Күкіртті сутекті балқытылған күкіртті сутекпен әрекеттестіріп не сульфидтерге сұйытылған тұз қышқылымен әсер етіп алады:

H2 + S = H2S;

ZnS + 2HCI = ZnCI2 + H2S

S2- қосылыстары: H2S газ, судағы ерітіндісі, әлсіз қышқыл.

H2S ↔ H++HS- ↔ 2H++S2-. Бұл өте улы газ, гемоглобин құрамындағы Fe2+ әрекеттеседі. H2S → сульфид → гидросульфидтер түзеді, гидросульфидтер суда жақсы ериді. Тұздары түсті HgS – қызыл, CdS – тоқ сары; ZnS – сары. Оксидтер түссіз не әлсіз түсті болады, ал сульфидтер түсті болады. Бұл жағдайды оттегіден күкіртке қарай электрондық қабатшаның (…2s22p4 – оттегі, …3s23p43d – күкірт) сыйымдылығының артуымен және S2- ионы О2- ионына қарағанда оңай поляризациялануымен түсіндіруге болады.

1. Суда еритін сульфидтер: сілтілік, сілтілік-жер металдар сульфидтері, олар гидролизге ұшырайды.

2. Суда ерімейдін сульфидтер, бірақ қышқылдарда (HCl, H2SO4) ериді, егер олардың ЕК <10-26 болса.

3. Азот қышқылындада еритін сульфидтер

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 күкірт сутекпен 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.

Өзін-өзі тексеруге 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.

Алынуы: 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 + 2Н24

Аса таза Sе және Те вакуумдық дистилляция арқылы алынады.

Физикалық қасиеттері: Sе мен Те әр түрлі 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

әр түрлі 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 + → 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, алыуы, 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, егер температура 700С-тан 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.

2SeO3 + 2КМnO4 +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 + 4H2OЕ = 1,02в

42- + 4Н+ +2e → Н23 + H2OЕ = 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):

2SeO4+4НСI+ Рt = PtCI4 +2SeO2+4H2O

Селенаттар сульфаттарға көбірек ұқсас: бірдей металдардың селенаттары мен сульфаттары ерігіштіктері бойынша жақын, ашудас сияқты қос тұз түзуге қабілеттіліктері де ұқсас, кристаллохимиялық структуралары жақын. Олардың арасында изоморфизм мысалдары көп, ал теллураттар бөлектеу, 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 → СI22ЭО3 әрекеттеседі, 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%)

Күкіртті сутектің гомологтары Н2Se, Н2Те – ұшқыш заттар.

Оларды былай алады: АI2Te3 + 6H2O = 3H2Te + 2AI(OH)3 теллуридтерді, селенидтерді суда не сұйық қышқылдарда ерітіп те алады:

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:

2Э + 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.

Өзін-өзі тексеруге 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.

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. VIA топша элементтерінің жалпы сипаттамасын атомдарының электрондық құрылысына сәйкес беру керек. Осы элементтердің негізгі табиғаттағы қосылыстарын және жай заттарын атаңдар.

2. Оттегіні зертханада және өндірісте алу жолдары, оның қолданылуы. Молекулалық оттегіге мына мәндер а) химиялық қасиеттері; б) МО әдісі бойынша құрылысы; в) молекуласының магниттік қасиеттері бойынша сипаттама беру керек. Қай жай заттармен оттегі тікелей (бірден) әрекеттеспейді? Озон қалай алынады? Оны оттегі қасиеттерімен салыстыру керек.

3. Оттегінің бинарлы қосылыстарына: оксидтеріне, пероксидтеріне және надпероксидтеріне қысқаша сипаттама беріп, мына қосылыстардағы H2O; H2O2; Na2O2; KO2, SO2, Cs2O байланыстар сипаты қандай және сутегі пероксидінің бір мезгілде тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш қасиет көрсететін реакция теңдеуін жазу керек.

4. 1кг оттегі қандай көлем (қ.ж.) алады және бұл масса ауаның қандай көлемінде болады(ауада ол 20,9% болады)? 36м3 (қ.ж.) ауада қанша оттегі болады? Жауабы: 0,70м3; 3,35м3; 10,7кг. 1кг KClO3 және KMnO4 қосылыстарынан қанша оттегі (қ.ж.) алынады? Жауабы: 272л; 70,9л.

5. Мына реакциялар жүргенде: а)1т көмір жанғанда; б)1т мырыш алдамышы жанғанда; в)1т күкірт қышқылын пириттен алғанда ауадағы оттегінің қандай көлемі (қ.ж.) жоғалады?

Жауабы: 8928 м3; 1656 м3; 2050 м3.

6. Құрамында озондалған 50% оттегісі бар ауаның 10л(қ.ж.) көлемін KI ерітіндісі арқылы өткізгенде иодтың қандай массасы бөлінеді? Ауадағы оттегі 21%. Жауабы: 11,9г.

7. Бөлме температурасында оттегі а)сутегімен; б)азотпен әрекеттесе ала ма? Жауапты стандартты Гиббс энергиясына сүйеніп беру керек.

8. Күкірт, селен, теллур атомдары құрлысына байланысты бұл элементтерге қандай тотығу дәрежелері және валенттілік күйлер сәйкес келеді? Жоғарғы гидроксидтерінің формуласы. Күкірт-селен-теллур қышқылдарының осы қатар бойынша қышқылдық қасиеттері қалай және неге олай өзгереді?

9. Күкіртті, селенді, теллурлы (H2SO3, H2SeO3, H2TeO3) қышқылдарының сипаттамаларын: а)тұрақтылық; б)қышқылдық қасиеттері, в)тотығу-тотықсыздану қасиеттері өзгерістерін реакциялар теңдеулері арқылы көрсету керек.

10. VIА топша элементтерінің сутекті қосылыстарын а) термиялық тұрақтылығы; б) балқу және қайнау температуралары; в) қышқыл-негіздік және тотығу-тотықсыздану қасиеттері бойынша қалай өзгеретінін көрсету керек.

11. VI топ элементтерінің қайсысы 6-негізді қышқыл түзеді? Формуласын жазу керек, қалған элементтер неге осындай қышқыл түзбейді?

12. 20 0С күкіртті сутектің судағы ерігіштігі m(H2S/m(H2O) = 4,47г/1000 г. Егер ерітіндінің ρ = 1г/мл болса, осы ерітіндінің молярлы концентрациясы қанша? Жауабы: 0,13моль/л.

13. 0,1 моль/л H2S ерітіндісі үшін α1: [H+]; pH нешеге тең?

Жауабы: 7,75×10-2 % ; 7,75×10-5 моль/л; 4,11.

14. Неге Na2S, K2S тұздарының ерітіндісі сілтілік орта көрсетеді? Мыс(II) және марганец(II) тұздары ерітінділерін күкіртті сутекпен қанықтырғанда, тұнбада тек CuS болады, ал MnS тұнбасы тек ерітіндіге аммиак қосқанда ғана пайда болады. Неге? Қай металдар сульфидтері суда, тұз қышқылында, азот қышқылында ериді?

15. Күкірт(IV) оксидін күкірттен, күкіртті сутектен, натрий сульфитінен, мырыш сульфидінен, темір персульфидінен, күкірт қышқылынан алу реакциялар тендеулерін жазу керек. SO2 оксидінің сулы ерітіндісіндегі тепе-теңдікті жазып және тепе-теңдік қыздырғанда, қышқыл немесе сілті қосқанда қалай ығысатындығын көрсету керек.

16. Na2SO3 және NaHSO3 ерітінділерінің ортасы қандай? Н2SO3 қышқылының I және II саты диссоциацияларының константаларын пайдаланып, бұл тұздар үшін гидролиз константаларын есептеу керек. Жауабы: 1,59×10-7 ; 6,25×10-13

17. Күкірт қышқылын нитрозды және контакт әдісі арқылы алудың химиялық процесін жазу керек. H2SO4 физикалық және химиялық қасиеттері: тығыздығы; айрылу температурасы; гигроскопиялық және су тартқыш қабілеті; қышқыл күші; тотықтырғыш қабілеті; жай заттармен әрекеттесуі.

18. H2SO4 концентрациясына байланысты металдармен әрекеттесу процесінің теңдеулерін жазу керек.

19. Натрий тиосульфатын алу, оның қолданылуы.

20. 80г олеумнен, жалпы SO3 мөлшері 92,17% болса, массалық үлесі 20% H2SO4 бар қышқылдың қандай көлемін дайындауға болады? Қанша көлем су керек? Жауабы: 396,5 және 372мл.

21. Өндіріс шығыны 5% болса, 24% FeS2 бар 1т кеннен 40%-олеумнің қанша мөлшерін алуға болады? Жауабы: 345кг.

22. Эквивалентінің молярлы концентрациясы 0,1моль/л 250мл KMnO4 ерітіндісін түссіздендіру үшін қанша көлем SO2 (қ.ж.) қажет? Жауабы: 0,28л.

23. Нәтижесінде натрий тетратионаты (Na2S4O6) және иодиді түзілетін болса, неше грамм Na2S2O3×5H2O 250мл 0,2н йодпен реакцияға түседі? Жауабы: 12,4г.

24. 1кг пирокүкірт қышқылынан неше литр 26%-ті H2SO4 (ρ =1,19) алуға болады? Жауабы: 3,56л.

25. Егер гидролиз нәтижесінде түзілген өнімді бейтараптау үшін 1,2н 25 мл NaOH жұмсалса, неше грамм хлорсульфон қышқылы сумен әрекеттескен? Жауабы: 1,165г.

26. Реакция теңдеулерін аяқтау керек: а) H2SeO3+H2S→…

б) H2TeO3+SO2+…→… в) H6TeO6+H2S → … г) H2TeO3+SnCl2+HCl→ …

27. Мына қатар бойынша тотықсыздандырғыштық және тотықтырғыштық қасиеттер қалай өзгереді, неге? S → Se →Te → Po.

28. Мына қатар бойынша қышқылдық қасиеттер қалай өзгереді, неге?

2 → SeО2 →TeО2 → PoО2.

29. Сахарозаға (С12Н22О11) концентрлі күкірт қышқылын құйғанда ол көмірге айналады және газ бөлінеді. Бұл құбылыстарды түсіндіріп, сәйкес реакциялар теңдеулерін жазу керек.

30. Күкірт сутектің тотықсыздандырғыштық қасиетін қалай түсіндіруге болады? Реакциялардың электрондық және молекулалық теңдеулерін құру керек: a) H2S + CI2 → …; б) H2S + HCIO3 →…; в) H2S + SO3 → …

Галогендердің жалпы сипаттамасы. Алынуы, қасиеттері, қолданылуы.Қосылыстары, алу, 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; φ - 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, Kφ, φ2 болады.

Алынуы, 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. ерітіндісін электролиздеп → Cl2 алады;

Теңіз суынан Naφ (NaBr) + Cl2 →φ2(Br2) + NaCl, осылай бром мен йодты алады.

Зертханада: 2NaBr + 2H2SO4 + MnO2 = Na2SO4 +MnSO4 + 2H2O + Br2 ; 16HCl+2KMnO4 → 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O – хлор мен бром алынады.

Астатты, At: 1940 жылы осы реакция арқылы алған:

209 83 Bi + 42He →21185At + 210n. «Астат» – «тұрақсыз» деген сөз.

Физикалық және химиялық қасиеттері. F2, Cl2 – газдар, Br2 – сұйық, φ2 – 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; Галогендер 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 + 2F2 ® SiF4 + O22H2O + 2F2 ® 4HF + O2 .

Хлор да мына бейметалдармен әрекеттеседі:

Cl2 + O2, N2, C → CI2O (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 → φ2 тотықтырғыштық қасиеттері кемиді, ал F- → φ- тотықсыздандырғыштық қасиеттері артады.

2KBr + Cl2 → 2KCl + Br2 активтігі жоғары галоген қосылыстарынан активтігі төмен галогенді ығыстырады, ал керісінше активтігі төменірек галоген активтігі жоғарырақ галогенді оттекті қосылысынан ығыстырады:

Br2 + 2KClO3 → 2KBrO3 + Cl2;

φ2 + 2HClO4 = 4HφO4 + Cl2.

F2 сумен әрекеттескенде, оны ыдыратады. 2F2+2H2O=4HF+O2 ↑, сонымен бірге O3, OF2, H2O2 түзіледі.

Cl2, Br2, φ2 суда аз ериді, аздап реакцияға түседі.

Cl2, (Br2, φ2) +H2O ↔ НГО+HГ (1). HClO – хлорлылау қышқылы, күшті тотықтырғыш, (1) – реакцияны Н.А. Яковкин 1899 ж ашқан.

HClO→HCl+O, хлордың ағартушылық қасиетін түсіндіреді. φ2 судан гөрі Kφ ерітіндісінде жақсы ериді φ2+Kφ→K[φ3] комплексі түзіледі.

Br2, φ2 органикалық еріткіштерде (CS2, этанол, хлороформ, бензол т.б.) ериді. F2 олармен әрекеттеседі. (Жараны емдеуге йодтың сулы – спиртті 5% және спиртті 10% ерітіндісі қолданылады).

Қосылыстары, алынуы, 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 + H2SO4конц. → CaSO4 + H2F2 (2НF).

Хлорсутекті өнеркәсіпте де, зертханада да мына әдіспен алады:

2NaCl,қатты +H2SO4конц.→ Na2SO4 + 2НСІ.

НF → Hφ тотықсыздандырғыштық қасиеті артады, қышқылдық қасиеті де артады. Hφ +O2 →2H2O+2φ2 тотықсыздандырады.

HBr+O2 → 2H2O+2Br2 өте ақырын жүреді.

HCl+O2 → жүрмейді.

Ас қорытуға асқазанда HCl – асқазан сөлі, рН~1-3. ~0,3% НСІ болады. (HF)n : Бөлме температурасында (HF)2; Температура төмен болған сайын «n» мәні көбірек. HBr, Hφ бұл реакциялар арқылы алынбайды, себебі олар күшті тотықсыздандырғыштар, соңдықтан Br2, φ2-ге айналады. Оларды (HBr, Hφ) РГ3 гидролизі арқылы алады: РГ3 + 3H2O = H3PO3+3HГ;

Hφ-ты мына реакция арқылы да алады: φ2 + H2S = 2Hφ+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%-ды болады.

HF ↔ H+ + F- ; КD = 7.10-4, әлсіз қышқыл, молекулалары арасында сутектік байланыс бар. Тұздары фторидтер – улы. HCl – тұз қышқылы ~37%, ρ=1,19г/мл; HCl, HBr, Hφ – күшті қышқылдар, тұздары да суда жақсы ериді, тек Biφ3, 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 +O2

Хлор(І) оксидінің түзілу процесінің Гиббс энергиясы оң мәнге тең болғандықтан элементтердің тікелей әрекеттесуінен түзілмейді, тек жанама жолмен алады: 2Cl2 + 2HgO = HgCl2 .HgO + Cl2O↑ алынады; 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 ClO2 былай алынады:

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, HClO3 – хлорлау қышқылы; 2ClO2 +2NaOH=NaClO2(хлорит)+NaClO3 (хлорат) + H2O - диспропорциялану реакциясы.

Хлорлы қышқыл дербес күйінде белгісіз, тұрақсыз, ыдырайды. HClO2, тұздары хлориттер: 4HClO2 = HCl + HClO3 + 2ClO2 +H2O.

Хлорлау қышқылының ангидридін (ClO3 ) былай алады:

2ClO2 + O2 = 2ClO3

ClO3 – қоңыр, сұйық зат. 2ClO3 + H2O→ HClO3 + HClO4

Бұл қышқылдардың тұздары хлораттар КClO3 және перхлораттар деп аталады КClO4, оларды оксидті калий гидроксидінде ерітіп, алады.

HClO4 – хлор қышқылы, күшті қышқыл, оксиді Сl2O7 – май тәріздес сұйық зат. 2HClO4 + P2O5→2HPO3+Cl2O7; Cl2O7 +H2O→2HClO4.

Бром мен иод тұрақсыз оксидтер түзеді: Br2O, BrO2, BrO3, Br2O7, φO2, φ2O5, бірақ аз зерттелген, себебі олар тұрақсыз. Бұл оксидтерге сәйкес қышқылдары мен тұздары бар. НОСl – хлорлылау, НОBr – бромдылау, НОφ – иодтылау қышқылдары. HOCl→HOBr→HOφ қышқыл күші, тұрақтылығы азаяды. Тұздары гипохлорит, гипобромит, гипойодит деп аталады. Қышқылдары да, тұздары да тотықтырғыштар. Мына қатар бойынша HOCl→ HOφ, KOCl→KOφ тотықтырғыштық қасиеттері төмендейді.

Cl2 +2NaOH →NaOCl + NaCl + H2O – жавель суы деп аталады.

Cl2 + Сa(OH)2→CaOCl+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, HφO3 – иодтау қышқылдары. Тұздары хлораттар, броматтар, иодаттар. HClO3 - HBrO3 - HφO3 тұрақтылығы артады, күші қышқыл ретінде кемиді. Г2O5 – оксидтері белгісіз;

Br2+5Cl2+6H2O ↔ 2HBrO3 + 10HCl

2+10HNO3конц. ↔ 6HφO3+10NO+2H2O

Өзін-өзі тексеруге 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, олардың қасиеттерінің өзгеру заңдылықтары.

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. VIIA топтың р-элементтеріне жалпы сипаттама беріп, фтор қасиеттерінің ерекшелігін көрсету керек. Электртерістік мәні бойынша фтор қай орында және қай элемент атомымен қосылысында ең берік иондық байланыс түзеді? Фтор үшін оң тотығу дәрежесі бола ма?

2. Галогендердің және галогенид-иондарының фтордан иодқа қарай тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш қасиеттері қалай өзгереді? Мысалдармен көрсету керек.

3. Галогендер сумен және сілтілермен (ыстық және суық жағдайларда) қалай әрекеттеседі? Реакция теңдеулерін жазу керек.

4. Галогенсутектер молекулаларының диполінің электр моментінің мәні қалай өзгереді? Бұл мән бойынша қай қышқыл ең күшті болу керек, бірақ шын мәнінде неге олай емес, түсіндіру керек.

5. Галогенсутектерге: а) қайнау және балқу температурасы; б) термиялық беріктігі; в) тотықсыздандырғыш қасиеттері бойынша сипаттама беру керек.

6. Галогенсутектерді алу әдістерін көрсету керек, HF алу үшін аппаратура қандай материалдардан жасалады? HF қандай ыдыстарда сақталады, неге?

7. Галогендердің табиғаттағы қосылыстары, галогендерді қалай алады?

Фтор және оның қосылыстары қай жерде қолданылады?

8. Тұз қышқылының концентрациясы оның металдармен әрекеттесуіне әсер ете ме? Неге тұз қышқылын басқа қышқылдарды олардың тұздарынан алу үшін қолданбайды? Аз еритін хлоридтерді көрсетіңдер.

9. Мына қатар бойынша HOCl-HClO2-HClO3-HClO4 а) беріктілік; б) тотықтырғыш қасиеттері; в) қышқылдық қасиеттері қалай өзгереді? Мына қатар бойынша HOCl-HBr-HOφ қалай қышқылдық және тотығу-тотықсыздану қасиеттері өзгереді?

10. 0,1моль/л хлорлылау қышқылының (HOCl) сутегі иондарының концентрациясын және ерітінді рН есептеу керек. Жауабы: 7,08×10-5; 4,15.

11. С(ClO-)=0,1моль/л болса, ерітіндінің h(ClO-) және Кг(ClO-) (гидролиз дәрежесі мен константасын) қанша екенін есептеу керек.

Жауабы: 2×10-7; 0,14%.

12. Калий хлоратын қалай алады? Егер оны а) MnO2 катализаторы қатысында қыздырса; б) катализаторсыз орташа және қатты қыздырса, қандай заттар түзілетінін теңдеулер арқылы көрсету керек. 245 г калий хлоратын алу үшін K2Cr2O7 тұзының қандай массасы тұз қышқылымен әрекеттеседі? Жауабы: 588г.

13. Калий гидроксиді балқымасында 10г бертолет тұзымен әрекеттесуге қанша марганец(IV) оксиді қажет? Жауабы: 21,3г.

14. Сілтімен әрекеттескенде а) перхлораттар мен хлораттар; б) хлориттер мен хлораттар беретін хлордың оксидтерін көрсетіп, реакция теңдеулерін жазу керек. Неге хлор оксидтері оттегі мен хлордың тікелей әрекеттесуінен алынбайды? (∆G оң ба, теріс пе?).

15. Қыздырғанда H5φO6 қалай айрылады? φ2O7 оксиді алынған ба? КОН қатысында хлор мен HφO3 әрекеттескендегі ортопериодат түзілу реакциясын жазу керек. HClO4 иодпен әрекеттескенде хлор және метаиод қышқылы түзіледі (теңдеуі), бұл қышқыл ары қарай ортоиод қышқылына айналады (теңдеуі).

16. Неге галогендерден тек иод көп негізді оттекті қышқыл түзе алады? Қай тұз – орто- не метаиодаттар – тұрақсыздау және қыздырғанда қопарылыспен айрылады?

17. Егер ток күші 12000А және токтың қолданылу коэффициенті 96% болса, 1т 70% NaClO3 ерітіндісінен NaClO4 алу үшін электролизді қанша уақыт жүргізу қажет (тотықтыру процесі)? Жауабы: 30,6 сағат.

18. 0,1 моль FeCl2 тұзын FeCl3 тұзына хлордың әсерімен тотықтыру үшін неше грамм K2Cr2O7 және неше миллиметр 39%-дық HCl (ρ = 1,2) қажет? Жауабы: 4,9г; 18мл.

19. 1,6л және 0,4М NaφO3 ерітіндісінен барлық иодты ығыстыру үшін неше грамм 20%-дық NaHSO3 ерітіндісі қажет? Реакция нәтижесінде NaHSO4 бөлінеді, реакцияға су қатысады. Жауабы: 832г.

20. Неше грамм Kφ-ты 2 сағат ішінде 13,4А ток күші арқылы КφO3 тұзына тотықтыруға болады? Жауабы: 27,66 г.

21. Мына теңдеулерді аяқтау керек: а) MnSO4+KClO3+KOH→….,

б) NaCrO2+Br2+NaOH→…., в) Ca(OH)2+Br2+H2O→…., г) φ2+Cl2+H2O→….

22. Fe2+ -ионын Fe3+ -ионына тотықтыру үшін а) бром суын; б) иод суын (φ2+Kφ) қолдануға бола ма?

23. 63,5г кальцийдің хлорид-гипохлоритін алу үшін қанша көлем (қ.ж.) хлор және Са(ОН)2 қандай массасы жұмсалады? Жауабы: 11,2л; 37г.

24. 0,1моль/л фторсутек қышқылы 8%-ға диссоциацияланса, оның диссоциация константасы (КD) қанша? Жауабы: 6,4×10-4 .

25. Хлордың қандай көлемін (қ.ж.): а) 2л концентрациясы 5моль/л ыстық NaOH ерітіндісі; б) суық, массалық үлесі 12% 0,5л КОН ерітіндісі жұтады?

Жауабы: 112л; 13,2л.

26. 200мл массалық үлесі 30% пероксид ерітіндісі (ρ =1,9г/мл) кальций перхлоратымен әрекеттескенде, қанша оттегі бөлінеді? Жауабы: 10,73г.

27. Егер СНφO = 0,01моль/л, КD,НφO = 2,5×10-11 болса, натрий гипоиодитінің гидролиз дәрежесі қанша? Жауабы: 20%.

28. Егер 200мл, концентрациясы 0,1моль/л AgNO3 ерітіндісіне 2г калий бромидін қосса, қанша күміс бромиді тұнбаға түседі? Жауабы: 3,16г.

29. Егер AgNO3 және KClO3 ерітінділерінің бірдей көлемдерін араластырса, AgClO3 тұнбасы пайда бола ма? СAgNO3 = 0,1моль/л; СKClO3 = 0,01моль/л. Ерітінділерді араластырғанда көлемнің өсетінін еске алмау керек.

ЕКAgClO3 = 5×10-2. Жауабы: тұнба болмайды.

30. Массалық үлесі 24% (ρ = 1,2г/мл) 200мл Kφ ерітіндісінде қанша йод ериді? Жауабы: 88,1г.

31. Егер бір тәулік бойы NaCl ерітіндісін 1050А тоқ күшімен электролизге

түсірсе, 30,5кг хлор бөлінеді, сонда: а) хлордың ток бойынша шығымын; б) бұл кезде бөлінетін NaOH пен Н2 массаларын; в) қанша көлем сутегі (қ.ж.) бөлінетіндігін есептеу керек. Жауабы: а) 91,3%; б) 34,4кг; 0,86кг; в) 9,6м3.

32. 1т NaCl ерітіндісінен электролиздің қандай жағдайларында және қанша масса а) металл Na және газтәріздес хлорды; б) натрий гидроксидін және тұз қышқылын алуға болады, егер бірінші жағдайда ток бойынша шығым 95 %, екінші жағдайда – 90% болса.

Жауабы: а) 373,5 және 576,5кг; б) 615,6кг.