Химия элементов и их соединений. Инертные газы
Химия элементов и их соединений. Инертные газы
Самостоятельно: водород, кислород, озон, перекись водорода, вода.
Впервые инертные газы были получены в 1785 году Кавендишем. Но эти годы не были индефицированы. При проверке гипотезы Проута ( все элементы можно представить в виде сум-мы атомов водорода) выдающийся английский физик Рэлей установил различие атомных масс азота, полученного из воздуха
при разложения неорганических соединений (NH4NO2).
дальнейшим инертные газы (ИГ) впервые открыты с использованием современных спектроскопических методов Рэлеем и Ролуаем. Основные физические свойства приведены в следующей таблице:
Свойства
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Электронное строение
2
2 6
2 6
2 6
2 6
2 6
1s
2s 2p
3s 3p
4s 4p
5s 5p
6s 6p
R атома
1,22
1,6
1,92
1,98
2,18
2,14
ρ, г/л
0,18
1,9
1,78
3,71
5,85
9,73
J, э/в
24,58
21,56
15,75
14
12,13
10,75
Содержание, в Н %
5·10-4
16·10-4
0.93
10-4
10-6
10-12
Получение:
Все инертные газы полиизотопны. И.Г. в настоящее время получены при сжижении воздуха с последующей отгонкой O2 и N2.
И.Г. располагаются в несжижающейся части воздуха. Не и Ne и некоторые другие газы пполучают с помощью вымораживания или с помощью хромотографических методов разделения.
Физические свойства И.Г.
И.Г. – одноатомны, являются газообразными веществами, бесцветны, не обладают запахом и вкусом. Из этих элементов –
Rn (радон) является радиоактивным элементом. Ограничено растворение их в жидкости. Например, в 100 объемах воды растворяется 1 объем He, 6 объемов Ar, 50 объемов Rn. И.Г. имеет низкие температуры кипения и плавления. tкип He = 2,19° K
He – является «Квантовой жидкостью». Он обладает свойствами сверхтекучести и сверхпроводимости.
Химические свойства
Впервые в 30–е годы Л.Поменгом была предсказана возможность образования химических соединений при взаимодействии И.Г. с сильными окислителями (F). Но эксперименты по обнаружению их не увенчались успехом. В тоже время известно, что некоторые И.Г. образуют некоторые соединения включения или клатрат. Клатраные соединения (кристаллической структуры), в полости могут находиться атомы И.Г. В этом случае не происходит образование химической связи ковалентного типа, а образуются межмолекулярные химические связи.
Xe ∙ 6H2O
В 1967 г. Дж. Бартлетт впервые показал, что при взаимодействии сильного PtF6 происходит образование кристаллического вещества по следующей схеме:
Xe+PtF6 = Xe[PtF6] – компл. соединение (крист.оранж.цвета)
При повышении температуры и давления удалось получить:
XeF2, XeF4, XeF6, XeF8
Затем удалось получить производные Kr; KrF2; KrF4; производные Rn и, как считается в литературе, производная Ar. В настоящее время не известны соединения Ne, He. Oказалось, что эти соединения могут взаимодействовать с различными хими-ческими веществами:
XeF2 + H2 = Xe + 2HF
NeF2 + KJ = Xe + KF + J2
NeF6 + SiO2 = NeOF2 + SiF4
Все производные И.Г. c F – сильные окислители. При взаимодействии их с водой происходит образование оксидов:
XeF6 + H2O → XeO3 + HF
Оксид Xe: XeO3 – является ангидридом Xe-ой кислоты (H6XeO6), кислоты неустойчивой, но известны ее соли:
Na6XeO6, Ba3XeO6
XeO3 представляет собой сильный окислитель (кристаллическое вещество, устойчивое при нормальных условиях), обладает сильными взрывчатыми свойствами, рассматривается как перспективный окислитель ракетных топлив. В настоящее время
известно свыше 300 химических производных И.Г. (за исключением He и Ne).
Примечание:
широкое применение в ядерной энергетики, при создании аппаратов искусственного дыхания, используется при создании новых конструкционных материалов
в газосветных лампах (оранжевый цвет).
в металлургии, при получении урана, тория, циркония и др. элементов, используемых при сварке металлов, в лампах накаливания (голубой цвет)
в медицине (наркотик)
ЛЕКЦИЯ №16.
VIII – B – элементы (d-элементы). Группа железа.
Свойства
Fe
Rn
Os
Электронное строение
6 2
7 1
6 2
3d 4s
4d 5s
5d 6s
R, нм
0,126
0,134
0,135
J, эв
7,89
7,36
8,5
P, г/см3
7,8
12,4
Содержание, %
2
10-7
5·10-7
Важнейшие степени окисления:
Fe – +2, +3 (встречаются – +2,0, +4, +6)
К.ч. – 4,6
В природе Fe встречается в виде различных минералов: Fe3O4 – (магнетит) магнетич. железняк,
Fe2O3 – красный железняк,
FeCO3 – шпатовый железняк и бурые железняки FeS2 – железный колчедан
Rn (рутений) и Os (осмий) являются рассеянными элементами, соответствующими группе платиновых элементов.
Rn и Os – серебристо-белого цвета Ме, может быть (Os – го-лубовато-белый) в зависимости от строения кристаллической решетки.
Для Fe известно 4 кристаллических модификации: 1) α – Fe (до Т = 760°)
Структура – пространственно-объемно-центрированная кубическая решетка. Обладает ферро-магнитными свойствами.
2) Β – Fe (от 770 – 911°С)
Кристаллическая объемно-центрированная решетка. Рассто
яние между атомами больше. 3) γ – Fe (до Т= 1394° С)
Гранецентрированная кубическая решетка. Свойства паромагнитные.
4) δ – Fe (Т выше 1394°С до Т плавления). Происходит образование объемно-центрированной кубической решетки.
По химическим свойствам Fe – металл средней активности. Взаимодействует практически со всеми металлами и неметаллами. Например, C, N, Si, P, S, As. В этом случае образуются соединения переменного состава. Fe активно взаимодействует с разбавленными минеральными кислотами (без доступа кислорода с образованием Fe со степенью окисления +2)
Fe+3 + 1e = Fe +2
Fe не взаимодействует с концентрированными H2SO4 и HNO3 (При нагревании взаимодействует с умеренно конц. H2SO4 и H2NO3 с образованием соответствующих солей Fe (III) и выде-лением SO 2 и NO.При нормальных условиях Fe не растворяется в щелочах, Rn и Os – малоактивны.
