Химические
свойства неметаллов
В соответствии с численными
значениями относительных электроотрицательностей окислительные способности неметаллов
увеличивается
в следующем порядке: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl,
O, F.
Неметаллы как окислители
Окислительные свойства неметаллов
проявляются при их взаимодействии:
· с металлами: 2Na + Cl 2 = 2NaCl;
· с водородом: H 2 + F 2 = 2HF;
· с неметаллами, которые имеют более низкую электроотрицательность: 2Р + 5S = Р 2 S 5 ;
· с некоторыми сложными веществами: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O,
2FeCl 2 + Cl 2 = 2 FeCl 3 .
Неметаллы как восстановители1. Все неметаллы (кроме фтора) проявляют восстановительные свойства при взаимодействии с кислородом:
S + O 2 = SO 2 , 2H 2 + O 2 = 2H 2 О.
Кислород в соединении с фтором может проявлять и положительную степень окисления, т. е. являться восстановителем. Все остальные неметаллы проявляют восстановительные свойства. Так, например, хлор непосредственно с кислородом не соединяется, но косвенным путем можно получить его оксиды (Cl 2 O, ClO 2 , Cl 2 O 2), в которых хлор проявляет положительную степень окисления. Азот при высокой температуре непосредственно соединяется с кислородом и проявляет восстановительные свойства. Еще легче с кислородом реагирует сера.
2. Многие неметаллы проявляют восстановительные свойства при взаимодействии со сложными веществами:
ZnO + C = Zn + CO, S + 6HNO 3 конц = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 О .
3. Существуют и такие реакции, в которых один и тот же неметалл является одновременно и окислителем и восстановителем:
Cl 2 + H 2 О = HCl + HClO.
4. Фтор ― самый типичный неметалл, которому нехарактерны восстановительные свойства, т. е. способность отдавать электроны в химических реакциях.
Соединения неметалловНеметаллы могут образовывать соединения с разными внутримолекулярными связями.
Виды соединений неметаллов
Общие формулы водородных соединений по группам периодической системы химических элементов приведены в таблицe :
|
RH 2 |
RH 3 |
RH 4 |
RH 3 |
H 2 R |
||
|
Нелетучие водородные соединения
|
Летучие водородные соединения
|
|||||
С кислородом неметаллы образуют кислотные оксиды. В одних оксидах они проявляют максимальную степень окисления, равную номеру группы (например, SO 2 , N 2 O 5), а других ― более низкую (например, SO 2 , N 2 O 3). Кислотным оксидам соответствуют кислоты, причем из двух кислородных кислот одного неметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степень окисления. Например, азотная кислота HNO 3 сильнее азотистой HNO 2 , а серная кислота H 2 SO 4 сильнее сернистой H 2 SO 3 .
Характеристики кислородных соединений неметаллов
1. Свойства высших оксидов (т. е. оксидов, в состав которых входит элемент данной группы с высшей степенью окисления) в периодах слева направо постепенно изменяются от основных к кислотным.
2. В группах сверху вниз кислотные свойства высших оксидов постепенно ослабевают. Об этом можно судить по свойствам кислот, соответствующих этим оксидам.
3. Возрастание кислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слева направо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этих элементов.
4. В главных подгруппах периодической системы химических элементов в направлении сверху вниз кислотные свойства высших оксидов неметаллов уменьшаются.
Неметаллы ― химические элементы, которые образуют простые тела, не обладающие свойствами, характерными для металлов. Качественной характеристикой неметаллов является электроотрицательность.
Электроотрицательность ― это способность поляризовать химическую связь, оттягивать к себе общие электронные пары.
К неметаллам относят 22 элемента.
1-й период
3-й период
4-й период
5-й период
6-й период
Как видно из таблицы, неметаллические элементы в основном расположены в правой верхней части периодической системы.
Строение атомов неметаллов
Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами) электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. Это определяет их большую способность к присоединению дополнительных электронов и проявлению более высокой окислительной активности, чем у металлов. Особенно сильные окислительные свойства, т. е. способность присоединять электроны, проявляют неметаллы, находящиеся во 2- и 3-м периодах VI-VII групп. Если сравнить расположение электронов по орбиталям в атомах фтора, хлора и других галогенов, то можно судить об их отличительных свойствах. У атома фтора свободных орбиталей нет. Поэтому атомы фтора могут проявить только I и степень окисления ― 1. Самым сильным окислителем является фтор . В атомах других галогенов, например в атоме хлора, на том же энергетическом уровне имеются свободные d-орбитали. Благодаря этому распаривание электронов может произойти тремя разными путями. В первом случае хлор может проявить степень окисления +3 и образовать хлористую кислоту HClO2, которой соответствуют соли ― , например хлорит калия KClO2. Во втором случае хлор может образовать соединения, в которых хлора +5. К таким соединениям относятся HClO3 и ее ― , например хлорат калия КClO3 (бертолетова ). В третьем случае хлор проявляет степень окисления +7, например в хлорной кислоте HClO4 и в ее солях, ― перхлоратах (в перхлорате калия КClO4).
Строения молекул неметаллов. Физические свойства неметаллов
В газообразном состоянии при комнатной температуре находятся:
· водород ― H2;
· азот ― N2;
· кислород ― O2;
· фтор ― F2;
· радон ― Rn).
В жидком ― бром ― Br.
В твердом:
· бор ― B;
· углерод ― C;
· кремний ― Si;
· фосфор ― P;
· селен ― Se;
· теллур ― Te;
Гораздо богаче у неметаллов и цветов: красный ― у фосфора, бурый ― у брома, желтый ― у серы, желто-зеленый ― у хлора, фиолетовый ― у паров йода и т. д.
Самые типичные неметаллы имеют молекулярное строение, а менее типичные ― немолекулярное. Этим и объясняется отличие их свойств.
Состав и свойства простых веществ – неметаллов
Неметаллы образуют как одноатомные, так и двухатомные молекулы. К одноатомным неметаллам относятся инертные газы, практически не реагирующие даже с самыми активными веществами. расположены в VIII группе периодической системы, а химические формулы соответствующих простых веществ следующие: He, Ne, Ar, Kr, Xe и Rn.
Некоторые неметаллы образуют двухатомные молекулы. Это H2, F2, Cl2, Br2, Cl2 (элементы VII группы периодической системы), а также кислород O2 и азот N2. Из трехатомных молекул состоит газ озон (O3). Для веществ неметаллов, находящихся в твердом состоянии, составить химическую формулу довольно сложно. Атомы углерода в графите соединены друг с другом различным образом. Выделить отдельную молекулу в приведенных структурах затруднительно. При написании химических формул таких веществ, как и в случае с металлами, вводится допущение, что такие вещества состоят только из атомов. , при этом, записываются без индексов: C, Si, S и т. д. Такие простые вещества, как и кислород, имеющие одинаковый качественный состав (оба состоят из одного и же элемента ― кислорода), но различающиеся по числу атомов в молекуле, имеют различные свойства. Так, кислород запаха не имеет, в то время как озон обладает резким запахом, который мы ощущаем во время грозы. Свойства твердых неметаллов, графита и алмаза, имеющих также одинаковый качественный состав, но разное строение, резко отличаются (графит хрупкий, твердый). Таким образом, свойства вещества определяются не только его качественным составом, но и , сколько атомов содержится в молекуле вещества и как они связаны между собой. в виде простых тел находятся в твердом газообразном состоянии (исключая бром ― жидкость). Они не имеют физических свойств, присущих металлам. Твердые неметаллы не обладают характерным для металлов блеском, они обычно хрупки, плохо проводят и тепло (за исключением графита). Кристаллический бор В (как и кристаллический кремний) обладает очень высокой температурой плавления (2075°С) и большой твердостью. Электрическая проводимость бора с повышением температуры сильно увеличивается, что дает возможность широко применять его в полупроводниковой технике. Добавка бора к стали и к сплавам алюминия, меди, никеля и др. улучшает их механические свойства. Бориды (соединения с некоторыми металлами, например с титаном: TiB, TiB2) необходимы при изготовлении деталей реактивных двигателей, лопаток газовых турбин. Как видно из схемы 1, углерод ― С, кремний ― Si, ― В имеют сходное строение и обладают некоторыми общими свойствами. Как простые вещества они встречаются в двух видоизменениях ― в кристаллическом и аморфном. Кристаллические видоизменения этих элементов очень твердые, с высокими температурами плавления. Кристаллический обладает полупроводниковыми свойствами. Все эти элементы образуют соединения с металлами ― , и (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Некоторые из них обладают большей твердостью, например Fe3C, TiB. используется для получения ацетилена.
Химические свойства неметаллов
В соответствии с численными значениями относительных электроотрицательностей окислительные неметаллов увеличивается в следующем порядке: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F.
Неметаллы как окислители
Окислительные свойства неметаллов проявляются при их взаимодействии:
· с металлами: 2Na + Cl2 = 2NaCl;
· с водородом: H2 + F2 = 2HF;
· с неметаллами, которые имеют более низкую электроотрицательность: 2Р + 5S = Р2S5;
· с некоторыми сложными веществами: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O,
2FeCl2 + Cl2 = 2 FeCl3.
Неметаллы как восстановители
1. Все неметаллы (кроме фтора) проявляют восстановительные свойства при взаимодействии с кислородом:
S + O2 = SO2, 2H2 + O2 = 2H2О.
Кислород в соединении с фтором может проявлять и положительную степень окисления, т. е. являться восстановителем. Все остальные неметаллы проявляют восстановительные свойства. Так, например, хлор непосредственно с кислородом не соединяется, но косвенным путем можно получить его оксиды (Cl2O, ClO2, Cl2O2), в которых хлор проявляет положительную степень окисления. Азот при высокой температуре непосредственно соединяется с кислородом и проявляет восстановительные свойства. Еще легче с кислородом реагирует сера.
2. Многие неметаллы проявляют восстановительные свойства при взаимодействии со сложными веществами:
ZnO + C = Zn + CO, S + 6HNO3 конц = H2SO4 + 6NO2 + 2H2О.
3. Существуют и такие реакции, в которых и же неметалл является одновременно и окислителем и восстановителем:
Cl2 + H2О = HCl + HClO.
4. Фтор ― самый типичный неметалл, которому нехарактерны восстановительные свойства, т. е. способность отдавать электроны в химических реакциях.
Соединения неметаллов
Неметаллы могут образовывать соединения с разными внутримолекулярными связями.
Виды соединений неметаллов
Общие формулы водородных соединений по группам периодической системы химических элементов приведены в таблицe:
|
Летучие водородные соединения |
Общая халькогенов.
В главной подгруппе шестой группы периодической системы элементов . И. Менделеева находятся элементы: кислород (О), сера (S), селен (Se), (Te) и (Po). Эти элементы имеют общее название халькогены, что означает «образующие руды».
В подгруппе халькогенов сверху вниз с увеличением заряда атома закономерно изменяются свойства элементов: уменьшается их неметаллический и усиливаются металлические свойства. Так ― типичный неметалл, а полоний ― металл (радиоактивен).
Серый селен
Производство фотоэлементов и выпрямителей электрического тока
В полупроводниковой технике
Биологическая роль халькогенов
Сера играет важную роль в жизни растений, животных и человека. В животных организмах сера входит в состав почти всех белков, в серосодержащие ― и , а также в состав витамина В1 и гормона инсулина. При недостатке серы у овец замедляется рост шерсти, а у птиц отмечена плохая оперяемость.
Из растений больше всего потребляют серу капуста, салат, шпинат. Богаты серой также стручки гороха и фасоли, редис, репа, лук, хрен, тыква, огурцы; бедны серой и свекла.
По химическим свойствам селен и теллур очень похожи на серу, но по физиологическим являются ее антагонистами. Для нормального функционирования организма необходимы очень малые количества селена. Селен положительно влияет на сердечно-сосудистой системы, красных кровяных , повышает иммунные свойства организма. Повышенное количество селена вызывает у животных заболевание, проявляющееся в исхудании и сонливости. Недостаток селена в организме ведет к нарушению работы сердца, органов дыхания, повышается тела и может даже наступить . Существенное влияние селен оказывает на животных. Например, у оленей, которые отличаются высокой остротой зрения, в сетчатке селена содержится в 100 раз больше, чем в других частях тела. В растительном мире много селена содержат все растения. Особенно большое его накапливает растение .
Физиологическая роль теллура для растений, животных и человека изучена меньше, чем селена. Известно, что теллур менее токсичен по сравнению с селеном и соединения теллура в организме быстро восстанавливаются до элементарного теллура, который в свою очередь соединяется с органическими веществами.
Общая характеристика элементов подгруппы азота
В главную подгруппу пятой группы входят азот (N), фосфор (P), мышьяк (As), сурьма (Sb) и (Bi).
Сверху вниз в подгруппе от азота к висмуту неметаллические свойства уменьшаются, а металлические свойства и радиус атомов ― увеличиваются. Азот, фосфор, мышьяк являются неметаллами, а относится к металлам.
Подгруппа азота
|
Сравнительные характеристики |
7 N азот |
15 Р фосфор |
33 As мышьяк |
51 Sb сурьма |
83 Bi висмут |
|||||
|
Электронное строение |
…4f145d106S26p3 |
|||||||||
|
Степень окисления |
1, -2, -3, +1, +2, +3, +4, +5 |
3, +1, +3, +4,+5 |
||||||||
|
Электро - отрицательность |
||||||||||
|
Нахождение в природе |
В свободном состоянии ― в атмосфере (N2 ― ), в связанном ― в составе NaNO3 ― ; КNO3 ― индийская селитра |
Ca3(РО4)2 ― фосфорит, Ca5(РО4)3(ОН) ― гидрооксилапатит, Ca5(РО4)3F ― фторапатит |
||||||||
|
Аллотропические формы при обычных условиях |
Азот (одна форма) |
NH3 + Н2О ↔ NH4ОН ↔ NH4+ + ОН – (гидроксид аммония); РH3 + Н2О ↔ РH4ОН ↔ РH4+ + ОН- (гидроксид фосфония). Биологическая роль азота и фосфора Азот играет исключительно важную роль в жизни растений, поскольку входит в состав аминокислот, белков и хлорофилла, витаминов группы В, ферментов, активизирующих . Поэтому недостаток азота в почве отрицательно сказывается на растениях, и в первую очередь на содержание хлорофилла в листьях, из-за чего они бледнеют. потребляют от 50 до 250 кг азота на 1 гектар площади почвы. Больше всего азота находится в цветах, молодых листьях и плодах. Важнейшим источником азота для растений являются азотные ― это в основном нитрат аммония и сульфат аммония. Следует отметить также особую роль азота как составной части воздуха ― важнейшего компонента живой природы. Ни один из химических элементов не принимает столь активного и многообразного участия в жизненных процессах растительных и животных организмов, как фосфор. Он является составной частью нуклеиновых кислот, входит в состав некоторых ферментов и витаминов. У животных и человека в костях сосредоточено до 90 % фосфора, в мышцах ― до 10 %, в нервной ― около 1 % (в виде неорганических и органических соединений). В мышцах, печени, мозге и других органах находится в виде фосфатидов и фосфорных эфиров. Фосфор принимает участие в мышечных сокращениях и в построении мышечной и костной ткани. Людям, занимающимся умственным трудом, необходимо употреблять повышенное количество фосфора, чтобы не допустить истощения нервных клеток, которые функционируют с повышенной нагрузкой именно при умственном труде. При недостатке фосфора понижается работоспособность, развивается невроз, нарушается двухвалентных германия, олова и свинца GeО, SnО, PbО ― амфотерными оксидами. Высшие оксиды углерода и кремния СО2 и SiO2 являются кислотными оксидами, которым соответствуют гидроксиды, проявляющие слабокислотные свойства ― Н2СО3 и кремниевая кислота Н2SiО3. Амфотерным оксидам ― GeО2, SnО2, PbО2 ― соответствуют амфотерные гидроксиды, причем при переходе от гидроксида германия Ge(ОН)4 к гидроксиду свинца Pb(ОН)4 кислотные свойства ослабляются, а основные усиливаются. Биологическая роль углерода и кремния Соединения углерода являются основой растительных и животных организмов (45 % углерода содержится в растениях и 26 % ― в животных организмах). Характерные биологические свойства проявляют оксид углерода (II) и оксид углерода (IV). Оксид углерода (II) ― очень токсичный газ, так как он прочно соединяется с гемоглобином крови и лишает гемоглобин возможности переносить кислород от легких к капиллярам. При вдыхании СО может получить отравления, возможен даже смертельный . Оксид углерода (IV) особенно важен для растений. В клетках растений (особенно в листьях) в присутствии хлорофилла и действием солнечной энергии происходит глюкозы из углекислого и воды с выделением кислорода. В результате фотосинтеза растения ежегодно связывают 150 млрд. т углерода и 25 млрд. т водорода, и выделяют в атмосферу до 400 млрд. т кислорода. Ученые установили, что растения получают около 25 % СО2 через корневую систему из растворенных в почве карбонатов. Кремний растения используют для построения покровных тканей. Содержащихся в растениях кремний, пропитывая клеточные стенки, делает их более твердыми и устойчивыми к повреждениям насекомыми, предохраняет их от проникновения грибной инфекции. Кремний находится почти во всех тканях животных и человека, особенно им богаты , печень, хрящи. У туберкулезных больных в костях, зубах и хрящах кремния значительно меньше, чем у здоровых людей. При таких заболеваниях, как , Боткина, отмечается уменьшение содержания кремния в крови, а при поражении толстой кишки ― наоборот, увеличение его содержания в крови. |
1. Металлы реагируют с неметаллами.
2 Me + n Hal 2 → 2 MeHal n
4Li + O2 = 2Li2O
Щелочные металлы, за исключением лития, образуют пероксиды:
2Na + O 2 = Na 2 O 2
2. Металлы, стоящие до водорода, реагируют с кислотами (кроме азотной и серной конц.) с выделением водорода
Me + HCl → соль + H2
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2
Pb + 2 HCl → PbCl2↓ + H2
3. Активные металлы реагируют с водой с образованием щелочи и выделением водорода.
2Me + 2n H 2 O → 2Me(OH) n + n H 2
Продуктом окисления металла является его гидроксид – Me(OH) n (где n-степень окисления металла).
Например:
Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2
4. Металлы средней активности реагируют с водой при нагревании, образуя оксид металла и водород.
2Me + nH 2 O → Me 2 O n + nH 2
Продукт окисления в таких реакциях – оксид металла Me 2 O n (где n-степень окисления металла).
3Fe + 4H 2 O → Fe 2 O 3 ·FeO + 4H 2
5. Металлы, стоящие после водорода, с водой и растворами кислот (кроме азотной и серной конц.) не реагируют
6. Более активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей.
CuSO 4 + Zn = Zn SO 4 + Cu
CuSO 4 + Fe = Fe SO 4 + Cu
Активные металлы ‑ цинк и железо заместили медь в сульфате и образовали соли. Цинк и железо окислились, а медь восстановилась.
7. Галогены реагируют с водой и раствором щелочи.
Фтор в отличие от других галогенов воду окисляет:
2H 2 O + 2F 2 = 4HF + O 2 .
на холоде: Cl2+2KOH=KClO+KCl+H2OCl2+2KOH=KClO+KCl+H2O образуется хлорид и гипохлорит
при нагревании: 3Cl2+6KOH−→KClO3+5KCl+3H2O3Cl2+6KOH→t,∘CKClO3+5KCl+3H2O образуется лорид и хлорат
8 Активные галогены (кроме фтора) вытесняют менее активные галогены из растворов их солей.
9. Галогены не реагируют с кислородом.
10. Амфотерные металлы (Al, Be, Zn) реагируют с растворами щелочей и кислот.
3Zn+4H2SO4=3 ZnSO4+S+4H2O
11. Магний реагирует с углекислым газом и оксидом кремния.
2Мg + CO2 = C + 2MgO
SiO2+2Mg=Si+2MgO
12. Щелочные металлы (кроме лития) с кислородом образуют пероксиды.
2Na + O 2 = Na 2 O 2
3. Классификация неорганических соединений
Простые вещества – вещества, молекулы которых состоят из атомов одного вида (атомов одного элемента). В химических реакциях не могут разлагаться с образованием других веществ.
Сложные вещества (или химические соединения) – вещества, молекулы которых состоят из атомов разного вида (атомов различных химических элементов). В химических реакциях разлагаются с образованием нескольких других веществ.
Простые вещества разбиваются на две большие группы: металлы и неметаллы.
Металлы – группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами: твёрдые вещества (исключение составляет ртуть) имеют металлический блеск, являются хорошими проводниками теплоты и электричества, ковкие (железо (Fe), медь (Cu), алюминий (Al), ртуть (Hg), золото (Au), серебро (Ag) и др.).
Неметаллы – группа элементов: твёрдые, жидкие (бром) и газообразные веществ, которые не обладают металлическим блеском, являются изоляторы, хрупкие.
А сложные вещества в свою очередь подразделятся на четыре группы, или класса: оксиды, основания, кислоты и соли.
Оксиды – это сложные вещества, в состав молекул которых входят атомы кислорода и какого – нибудь другого вещества.
Основания – это сложные вещества, в которых атомы металлов соединены с одной или несколькими гидроксильными группами.
С точки зрения теории электролитической диссоциации, основания – сложные вещества, при диссоциации которых в водном растворе образуются катионы металла (или NH4+) и гидроксид – анионы OH-.
Кислоты – это сложные вещества, в состав молекул которых входят атомы водорода, способные замещаться или обмениваться на атомы металла.
Соли – это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов металлов и кислотных остатков. Соль представляет собой продукт частичного или полного замещения атомов водорода кислоты металлом.
Если в периодической таблице элементов Д.И.Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали будут находиться элементы-металлы (к ним же относятся элементы побочных подгрупп, выделены синим цветом), а справа вверху – элементы-неметаллы (выделены желтым цветом). Элементы, расположенные вблизи диагонали – полуметаллы или металлоиды (B, Si, Ge, Sb и др.), обладают двойственным характером (выделены розовым цветом).
Как видно из рисунка, подавляющее большинство элементов являются металлами.
По своей химической природе металлы – это химические элементы, атомы которых отдают электроны с внешнего или предвнешнего энергетического уровней, образуя при этом положительно заряженные ионы.
Практически все металлы имеют сравнительно большие радиусы и малое число электронов (от 1 до 3) на внешнем энергетическом уровне. Для металлов характерны низкие значения электроотрицательности и восстановительные свойства.
Наиболее типичные металлы расположены в начале периодов (начиная со второго), далее слева направо металлические свойства ослабевают. В группе сверху вниз металлические свойства усиливаются, т.к увеличивается радиус атомов (за счет увеличения числа энергетических уровней). Это приводит к уменьшению электроотрицательности (способности притягивать электроны) элементов и усилению восстановительных свойств (способность отдавать электроны другим атомам в химических реакциях).
Типичными металлами являются s-элементы (элементы IА-группы от Li до Fr. элементы ПА-группы от Мg до Rа). Общая электронная формула их атомов ns 1-2 . Для них характерны степени окисления + I и +II соответственно.
Небольшое число электронов (1-2) на внешнем энергетическом уровне атомов типичных металлов предполагает легкую потерю этих электронов и проявление сильных восстановительных свойств, что отражают низкие значения электроотрицательности. Отсюда вытекает ограниченность химических свойств и способов получения типичных металлов.
Характерной особенностью типичных металлов является стремление их атомов образовывать катионы и ионные химические связи с атомами неметаллов. Соединения типичных металлов с неметаллами — это ионные кристаллы «катион металлаанион неметалла», например К + Вг — , Сa 2+ О 2-. Катионы типичных металлов входят также в состав соединений со сложными анионами — гидроксидов и солей, например Мg 2+ (OН —) 2 , (Li +)2СO 3 2-.
Металлы А-групп, образующие диагональ амфотерности в Периодической системе Ве-Аl-Gе-Sb-Ро, а также примыкающие к ним металлы (Gа, In, Тl, Sn, Рb, Вi) не проявляют типично металлических свойств. Общая электронная формула их атомов ns 2 np 0-4 предполагает большее разнообразие степеней окисления, большую способность удерживать собственные электроны, постепенное понижение их восстановительной способности и появление окислительной способности, особенно в высоких степенях окисления (характерные примеры — соединения Тl III , Рb IV , Вi v). Подобное химическое поведение характерно и для большинства (d-элементов, т. е. элементов Б-групп Периодической системы (типичные примеры — амфотерные элементы Сr и Zn).
Это проявление двойственности (амфотерности) свойств, одновременно металлических (основных) и неметаллических, обусловлено характером химической связи. В твердом состоянии соединения нетипичных металлов с неметаллами содержат преимущественно ковалентные связи (но менее прочные, чем связи между неметаллами). В растворе эти связи легко разрываются, а соединения диссоциируют на ионы (полностью или частично). Например, металл галлий состоит из молекул Ga 2 , в твердом состоянии хлориды алюминия и ртути (II) АlСl 3 и НgСl 2 содержат сильно ковалентные связи, но в растворе АlСl 3 диссоциирует почти полностью, а НgСl 2 — в очень малой степени (да и то на ионы НgСl + и Сl —).
Общие физические свойства металлов
Благодаря наличию свободных электронов («электронного газа») в кристаллической решетке все металлы проявляют следующие характерные общие свойства:
1) Пластичность — способность легко менять форму, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы.
2) Металлический блеск и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл светом.
3) Электропроводность . Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. При нагревании электропроводность уменьшается, т.к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение «электронного газа».
4) Теплопроводность. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность — у висмута и ртути.
5) Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло); самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.
6) Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и больше радиус атома. Самый легкий — литий (ρ=0,53 г/см3); самый тяжелый – осмий (ρ=22,6 г/см3). Металлы, имеющие плотность менее 5 г/см3 считаются «легкими металлами».
7) Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т.пл. = -39°C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t°пл. = 3390°C). Металлы с t°пл. выше 1000°C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.
Общие химические свойства металлов
Сильные восстановители: Me 0 – nē → Me n +
Ряд напряжений характеризует сравнительную активность металлов в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах.
I. Реакции металлов с неметаллами
1) С кислородом:
2Mg + O 2 → 2MgO
2) С серой:
Hg + S → HgS
3) С галогенами:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2
4) С азотом:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2
5) С фосфором:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2
6) С водородом (реагируют только щелочные и щелочноземельные металлы):
2Li + H 2 → 2LiH
Ca + H 2 → CaH 2
II. Реакции металлов с кислотами
1) Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H восстанавливают кислоты-неокислители до водорода:
Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2
2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2
6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2
2) С кислотами-окислителями:
При взаимодействии азотной кислоты любой концентрации и концентрированной серной с металлами водород никогда не выделяется!
Zn + 2H 2 SO 4(К) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
4Zn + 5H 2 SO 4(К) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
3Zn + 4H 2 SO 4(К) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O
2H 2 SO 4(к) + Сu → Сu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
4HNO 3 (к) + Сu → Сu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
III. Взаимодействие металлов с водой
1) Активные (щелочные и щелочноземельные металлы) образуют растворимое основание (щелочь) и водород:
2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2
Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2
2) Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:
Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2
3) Неактивные (Au, Ag, Pt) — не реагируют.
IV. Вытеснение более активными металлами менее активных металлов из растворов их солей:
Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2
Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4
В промышленности часто используют не чистые металлы, а их смеси - сплавы , в которых полезные свойства одного металла дополняются полезными свойствами другого. Так, медь обладает невысокой твердостью и малопригодна для изготовления деталей машин, сплавы же меди с цинком (латунь ) являются уже достаточно твердыми и широко используются в машиностроении. Алюминий обладает высокой пластичностью и достаточной легкостью (малой плотностью), но слишком мягок. На его основе готовят сплав с магнием, медью и марганцем — дуралюмин (дюраль), который, не теряя полезных свойств алюминия, приобретает высокую твердость и становится пригодным в авиастроении. Сплавы железа с углеродом (и добавками других металлов) — это широко известные чугун и сталь.
Металлы в свободном виде являются восстановителями. Однако реакционная способность некоторых металлов невелика из-за того, что они покрыты поверхностной оксидной пленкой , в разной степени устойчивой к действию таких химических реактивов, как вода, растворы кислот и щелочей.
Например, свинец всегда покрыт оксидной пленкой, для его перехода в раствор требуется не только воздействие реактива (например, разбавленной азотной кислоты), но и нагревание. Оксидная пленка на алюминии препятствует его реакции с водой, но под действием кислот и щелочей разрушается. Рыхлая оксидная пленка (ржавчина ), образующаяся на поверхности железа во влажном воздухе, не мешает дальнейшему окислению железа.
Под действием концентрированных кислот на металлах образуется устойчивая оксидная пленка. Это явление называется пассивацией . Так, в концентрированной серной кислоте пассивируются (и после этого не реагируют с кислотой) такие металлы, как Ве, Вi, Со, Fе, Мg и Nb, а в концентрированной азотной кислоте — металлы А1, Ве, Вi, Со, Сг, Fе, Nb, Ni, РЬ, Тh и U.
При взаимодействии с окислителями в кислых растворах большинство металлов переходит в катионы, заряд которых определяется устойчивой степенью окисления данного элемента в соединениях (Nа + , Са 2+ ,А1 3+ ,Fе 2+ и Fе 3+)
Восстановительная активность металлов в кислом растворе передается рядом напряжений. Большинство металлов переводится в раствор соляной и разбавленной серной кислотами, но Сu, Аg и Нg — только серной (концентрированной) и азотной кислотами, а Рt и Аи — «царской водкой».
Коррозия металлов
Нежелательным химическим свойством металлов является их , т. е. активное разрушение (окисление) при контакте с водой и под воздействием растворенного в ней кислорода (кислородная коррозия). Например, широко известна коррозия железных изделий в воде, в результате чего образуется ржавчина, и изделия рассыпаются в порошок.
Коррозия металлов протекает в воде также из-за присутствия растворенных газов СО 2 и SО 2 ; создается кислотная среда, и катионы Н + вытесняются активными металлами в виде водорода Н 2 (водородная коррозия ).
Особенно коррозионно-опасным может быть место контакта двух разнородных металлов (контактная коррозия). Между одним металлом, например Fе, и другим металлом, например Sn или Сu, помещенными в воду, возникает гальваническая пара. Поток электронов идет от более активного металла, стоящего левее в ряду напряжений (Ре), к менее активному металлу (Sn, Сu), и более активный металл разрушается (корродирует).
Именно из-за этого ржавеет луженая поверхность консервных банок (железо, покрытое оловом) при хранении во влажной атмосфере и небрежном обращении с ними (железо быстро разрушается после появления хотя бы небольшой царапины, допускающей контакт железа с влагой). Напротив, оцинкованная поверхность железного ведра долго не ржавеет, поскольку даже при наличии царапин корродирует не железо, а цинк (более активный металл, чем железо).
Сопротивление коррозии для данного металла усиливается при его покрытии более активным металлом или при их сплавлении ; так, покрытие железа хромом или изготовление сплава железа с хромом устраняет коррозию железа. Хромированное железо и сталь, содержащая хром (нержавеющая сталь ), имеют высокую коррозионную стойкость.
электрометаллургия , т. е. получение металлов электролизом расплавов (для наиболее активных металлов) или растворов солей;
пирометаллургия , т. е. восстановление металлов из руд при высокой температуре (например, получение железа в доменном процессе);
гидрометаллургия , т. е. выделение металлов из растворов их солей более активными металлами (например, получение меди из раствора СuSO 4 действием цинка, железа или алюминия).
В природе иногда встречаются самородные металлы (характерные примеры — Аg, Аu, Рt, Нg), но чаще металлы находятся в виде соединений (металлические руды ). По распространенности в земной коре металлы различны: от наиболее распространенных — Аl, Nа, Са, Fе, Мg, К, Тi) до самых редких — Вi, In, Аg, Аu, Рt, Rе.
ЕГЭ. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕМЕТАЛЛОВ
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДОРОДА
1. С МЕТАЛЛАМИ
(Li, Na, К, Rb, Cs, Са, Sr, Ва) → с щелочными и щелочноземельными металлами при нагревании образует твёрдые нестойкие вещества гидриды, остальные металлы не реагируют.
2K + H₂ = 2KH (гидрид калия)
Ca + H₂ = CaH₂
2. С НЕМЕТАЛЛАМИ
с кислородом, галогенами при нормальных условиях, при нагревании реагирует с фосфором, кремнием и углеродом, с азотом при наличии давления и катализатора.
2Н₂ + O₂ = 2Н₂O Н₂ + Cl₂ = 2HCl
3Н₂ + N₂↔ 2NH₃ H ₂ + S = H₂S
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ
С водой не реагирует
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ
Восстановливает оксиды металлов (неактивных) и неметаллов до простых веществ:
CuO + H₂ = Cu + H₂O 2NO + 2H₂ = N₂ + 2H₂O
SiO₂ + H₂ = Si + H₂O
5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
С кислотами не реагирует
6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ
С щелочами не реагирует
7.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ
Восстанавливает малоактивные металлы из солей
CuCl₂ + H₂ = Cu + 2HCl
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ
С щелочными металлами при нормальных условиях – оксиды и пероксиды (литий – оксид, натрий – пероксид, калий, цезий, рубидий – надпероксид
4Li + O2 = 2Li2O (оксид)
2Na + O2 = Na2O2 (пероксид)
K+O2=KO2 (надпероксид)
С остальными металлами главных подрупп при нормальных условиях образует оксиды со степенью окисления, равной номеру группы
2 С a+O2=2 С aO
4Al + O2 = 2Al2O3
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ
С металлами побочных подгрупп образует при нормальных условиях и при нагревании оксиды разной степени окисления, а с железом железную окалину Fe 3 O 4 ( FeO ∙ Fe 2 O 3)
3Fe + 2O2 = Fe3O4 4Cu + O₂ = 2Cu₂⁺¹O (красный);
2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O (чѐрный); 2Zn + O₂ = ZnO
4Cr + 3О2 = 2Cr2⁺³О3
образует оксиды – часто промежуточной степени окисления
C + O ₂(изб)= CO ₂; C + O ₂ (нед) = CO
S + O₂ = SO₂ N₂ + O₂ = 2NO - Q
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ
С водой не реагирует
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ
Окисляет низшие оксиды до оксидов с более высокой степенью окисления
Fe⁺²O + O2 = Fe2⁺³O3; C⁺²O + O2 = C⁺⁴O2
5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
Безводные бескислородные кислоты (бинарные соединения) сгорают в атмосфере кислорода
2H2S + O2 = 2S + 2H2O 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O
В кислородсодержащих повышает степень окисления неметалла.
2HN⁺³O2 + O2 = 2HN⁺⁵O3
6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОСНОВАНИЯМИ
Окисляет неустойчивые гидроксиды в водных растворах до более высокой степени окисления
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
7.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ И БИНАРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
Вступает в реакции горения.
4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
Каталитическое окисление
NH3 + O2 = NO + H2O
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЛОГЕНОВ
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ
С щелочными при нормальных условиях, с F , Cl , Br воспламеняются:
2 Na + Cl 2 = 2 NaCl (хлорид)
Щелочноземельные и алюминий реагируют при нормальных условиях:
С a+Cl2= С aCl2 2Al+3Cl2 = 2AlCl3
Металлы побочных подгрупп при повышенных температурах
Cu + Cl₂ = Cu⁺²Cl₂
2Cu + I₂ = 2Cu⁺¹I (не бывает йодида меди (II)!)
2Fe + ЗС12 = 2Fe⁺³Cl3 хлорид железа (III)
Фтор реагирует с металлами (часто со взрывом), включая золото и платину.
2Au + 3F₂ = 2AuF
2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
С кислородом непосредственно не взаимодействуют(исключение F₂) , реагируют с серой, фосфором, кремнием. Химическая активность у брома и йода выражена слабее, чем у фтора и хлора:
Н2 + F 2 = 2Н F ; Si + 2 F 2 = SiF 4.; 2 P + 3 Cl 2 = 2 P ⁺³ Cl 3; 2 P + 5 Cl 2 = 2 P ⁺⁵ Cl 5; S + 3 F 2 = S ⁺⁶ F 6;
S + Cl2 = S⁺²Cl2
F ₂
Реагирует с кислородом: F 2 + O 2 = O ⁺² F 2
Реагирует с другими галогенами: Cl ₂ + F ₂ = 2 Cl ⁺¹ F ¯¹
Реагирует даже с инертными газами 2 F ₂ + Xe = Xe ⁺⁸ F ₄¯¹.
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ
Фтор при нормальных условиях образует плавиковую кислоту + + О₂
2F2 + 2H2O → 4НF + О2
Хлор при повышении температуры образует хлороводородную кислоту + О₂,
2Сl₂ + 2H₂O → 4HCl + O₂
при н.у. - «хлорная вода»
Сl2 + Н2О ↔ НСl + НСlO (хлороводородная и хлорноватистая кислоты)
Бром при нормальных условиях образует «бромную воду»
Br2 + Н2О ↔ НBr + HBrО (бромоводородная и бромноватистая кислоты
Йод →реакция не идет
I2 + H₂O ≠
5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ
РЕАГИРУЕТ только фтор F₂ , вытесняя кислород из оксида, образуя фториды
SiO2‾² + 2F2⁰ = SiF4‾¹ + O2⁰
6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ.
реагируют с бескислородными кислотами, вытесняя менее активные неметаллы.
H2S‾² + I2⁰ → S⁰↓+ 2HI‾
7.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ
ФТОР образует фторид + кислород и воду
2F2 + 4NaOH = 4NaF¯¹ + O2 + 2H2O
ХЛОР при нагревании образует хлорид, хлорат и воду
3 Cl ₂ + 6 KOH = 5 KCl ¯¹ + KCl ⁺⁵ O 3 + 3 H 2 O
На холоде хлорид, гипохлорат и воду, с гидроксидом кальция хлорную известь и воду
Cl2 + 2KOH-(холод)= KCl¯¹ + KCl⁺¹O + H2O
Cl2 + Ca(OH) 2 = CaOCl2(хлорная известь– смесь хлорида, гипохлорита и гидроксида) + H2O
Бром при нагревании → бромид, бромат и и воду
3Br2 + 6KOH =5KBr¯¹ + KBr ⁺⁵O3 + 3H2O
Йод при нагревании → иодид, иодат и воду
3I2 + 6NaOH = 5NaI¯¹ + NaI ⁺⁵O3 + 3H2O
9.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ
Вытеснение менее активные галогены из солей
2KBr + Cl2 → 2KCl + Br2
2KCl + Br2 ≠
2KCl + F2→ 2KF + Cl2
2KBr + J2≠
Окисляют в солях неметаллы до более высокой степени окисления
2Fe⁺²Cl2 + Cl2⁰ → 2Fe⁺³Cl 3 ‾¹
Na2S⁺⁴O3 + Br2⁰ + 2H2O →Na2S⁺⁶O4 + 2HBr‾
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРЫ
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИреагирует при нагревании даже с щелочными металлами, с ртутью при нормальных условиях: с серой – сульфиды:
2K + S = K2S
2Cr + 3S = Cr2⁺³S3 Fe + S = Fe⁺²S
2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
При нагревании с водородом, c кислородом (сернистый газ) c галогенами (кроме йода), с углеродом, азотом и кремнием и не реагирует
S + Cl₂ = S⁺²Cl₂ ; S + O₂ =S⁺⁴O₂
H₂ + S = H₂S¯² ; 2P + 3S = P₂S₃¯²
С + 3S = CS₂¯²
С ВОДОЙ, ОКСИДАМИ, СОЛЯМИ
НЕ РЕАГИРУЕТ
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
Окисляется серной кислотой при нагревании до сернистого газа и воды
2H2SO4 ( конц ) = 2H2O + 3S⁺⁴O2
Азотной кислотой при нагревании до серной кислоты, оксида азота (+4) и воды
S + 6HNO3( конц ) =H2SO4 + 6N⁺⁴O2 + 2H2O
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ
При нагревании образует сульфит, сульфид + вода
3S + 6KOH = K2SO3 + 2K2S + 3H2O
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТА
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИреакции протекают при нагревании (исключение: литий с азотом при нормальных условиях) :
С азотом – нитриды
6Li + N2 = 3Li2N (нитрид лития) (н.у.) 3Mg + N2 =Mg3N2 (нитрид магния) 2Cr + N2 = 2CrN
У железа в данных соединениях степень окисления +2
2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
(из-за тройной связи азот очень малоактивен). При обычных условиях с кислородом не реагирует. Реагирует с кислородом только при высокой температуре (электрическая дуга), в природе – во время грозы
N2+O2=2NO ( эл . дуга , 3000 0C)
С водородом при высоком давлении, повышенной температуре и в присутствии катализатора:
t,p,kat
3N2+3H2 ↔ 2NH3
С ВОДОЙ, ОКСИДАМИ, КИСЛОТАМИ, ЩЕЛОЧАМИ И СОЛЯМИ
НЕ РЕАГИРУЕТ
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФОРА
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ
реакции протекают при нагревании с фосфором – фосфиды
3Ca + 2P =K3P2, У железа в данных соединениях степень окисления +2
2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
Горение в кислороде
4P + 5O₂ = 2P₂⁺⁵O₅ 4P + 3O₂ = 2P₂⁺³O₃
С галогенами и серой при нагревании
2P + 3Cl₂ = 2P⁺³Cl₃ 2P + 5Cl₂ = 2P⁺⁵Cl₅; 2P + 5S = P₂⁺⁵S₅
С водородом, углеродом, кремнием непосредственно не взаимодействует
С ВОДОЙ И ОКСИДАМИ
НЕ РЕАГИРУЕТ
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
С концентрированной азотной кислотой оксид азота (+4), с разбавленной оксид азота (+2) и фосфорная кислота
3P + 5HNO₃(конц) =3H₃PO₄ + 5N⁺⁴O₂
3P + 5HNO₃ + 2H₂O =3H₃PO₄ + 5N⁺²O
С концентрированной серной кислотой образуется фосфорная кислота, оксид серы (+4) и вода
3P + 5H₂SO₄(конц.) =3H₃PO₄ + 5S⁺⁴O₂+ 2H₂O
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ
С растворами щелочей образует фосфин и гипофосфит
4P⁰ + 3NaOH + 3H2O = P¯³H 3 + 3NaH 2 P ⁺1 O 2
5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ
5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ
С сильными окислителями, проявляя восстановительные свойства
3P⁰ + 5NaN⁺⁵O₃ = 5NaN⁺³O₂ + P₂⁺⁵O₅
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДА
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ
реакции протекают при нагревании
Металлы – d-элементы образуют с углеродом соединения нестехиометрического состава типа твердых растворов: WC, ZnC, TiC – используются для получения сверхтвёрдых сталей
с углеродом карбиды 2Li + 2C = Li2C2,
Са + 2С = СаС2
2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
Из галогенов непосредственно реагирует только с фтором, с остальными при нагревании.
С + 2F₂ = CF₄.
Взаимодействие с кислородом:
2С + О₂ (недост) = 2С⁺²О (угарный газ),
С + О₂(изб) = С⁺⁴О₂(углекислый газ).
Взаимодействие с другими неметаллами при повышенной температуре, не взаимодействует с фосфороМ
C + Si = SiC¯⁴ ; С + N₂ = C₂⁺⁴N₂ ;
C + 2H₂ = C¯⁴H₄ ; С + 2S = C⁺⁴S₂;
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ
Пропускание водяных паров через раскаленный уголь – образуется угарный газ и водород (синтез-газ
C + H₂O = CO + H₂
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ
УГЛЕРОД ВОССТАНАВЛИВАЕТ ПРИ НАГРЕВАНИИ МЕТАЛЛЫ И НЕМЕТАЛЛЫ ИЗ ОКСИДОВ ДО ПРОСТОГО ВЕЩЕСТВА (КАРБОТЕРМИЯ), в углекислом газе уменьшает степень окисления
2ZnO + C = 2Zn + CO; 4 С + Fe₃O₄ = 3Fe + 4CO ;
P₂O₅ + C = 2P + 5CO; 2 С + SiO₂ = Si + 2CO;
С + C⁺⁴O₂ = 2C⁺²O
5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
Окисляется концентрированными азотной и серной кислотой до углекислого газа
C +2H2SO4(конц)=C⁺⁴O2+ 2S⁺⁴O2+ 2H2O; C+4HNO3 (конц) =C⁺⁴O2 + 4N⁺⁴O2 + 2H2O.
С ЩЕЛОЧАМИ И СОЛЯМИ
НЕ РЕАГИРУЕТ
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЯ
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ
реакции протекают при нагревании: с кремнием реагируют активные металлы – силициды
4Cs + Si = Cs4Si,
1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ
Из галогенов непосредственно только с фтором.
С хлором реагирует при нагревании
Si + 2F2 = SiF4; Si + 2Cl2 = SiCl4;
Si + O₂ = SiO₂; Si + C = SiC; 3Si + 2N₂ = Si₃N;
С водородом не взаимодействует
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ
взаимодействует только со смесью плавиковой и азотной кислот, образуя гексафторокремниевую кислоту
3Si + 4HNO₃ + 18HF = 3H₂ + 4NO + 8H₂O
Взаимодействие с галогеноводородами (это не кислоты) – вытесняет водород, образуются галогениды кремния и водород
С фтороводородом реагирует при обычных условиях.
Si + 4HF = SiF₄ + 2H₂
4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ
Растворяется при нагревании в щелочах, образуя силикат и водород:
Si +2NaOH +H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂
Похожие статьи
