Классификация химических реакций в неорганической и органической химии. Общая химия

Занятие 2

Классификация химических реакций в неорганической химии

Химические реакции классифицируют по различным признакам.

По числу исходных веществ и продуктов реакции

Разложение – реакция, в которой из одного сложного вещества образуются два и более простых или сложных веществ

2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

Соединение – реакция, в результате которой из двух и более простых или сложных веществ, образуется одно более сложное

NH 3 + HCl → NH 4 Cl

Замещение – реакция, протекающая между простыми и сложными веществами, при которой атомы простого вещества замещаются на атомы одного из элементов в сложном веществе.

Fe + CuCl 2 → Cu + FeCl 2

Обмен – реакция, при которой два сложных вещества обмениваются своими составными частями

Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O

Одна из реакций обмена реакция нейтрализации – это реакция между кислотой и основанием, в результате которой получается соль и вода.

NaOH + HCl → NaCl + H 2 O

По тепловому эффекту

Реакции, протекающие с выделением тепла, называются экзотермическими реакциями.

С + О 2 → СО 2 + Q

2) Реакции, протекающие с поглощением тепла, называются эндотермическими реакциями.

N 2 + O 2 → 2NO – Q

По признаку обратимости

Обратимые – реакции, проходящие при одних и тех условиях в двух взаимопротивоположных направлениях.

Реакции, которые протекают только в одном направлении и завершаются полным превращением исходных веществ в конечные, называются необратимыми, при этом должен выделяться газ, осадок, или малодиссоциирующее вещество- вода.

BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl

Na 2 CO 3 +2HCl → 2NaCl + CO 2 + H 2 O

Окислительно-восстановительные реакции – реакции, протекающие с изменением степени окисления.

Са + 4HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

И реакции, протекающие без изменения степени окисления.

HNO 3 + KOH → KNO 3 + H 2 O

5.Гомомгенные реакции, если исходные вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии. И гетерогенные реакции, если продукты реакции и исходные вещества находятся в разных агрегатных состояниях.

Например: синтез аммиака.

Окислительно-восстановительные реакции.

Различают два процесса:

Окисление – это отдача электронов, в результате степень окисления увеличивается. Атом молекула или ион, отдающий электрон называется восстановителем .

Mg 0 - 2e → Mg +2

Восстановление – процесс присоединения электронов, в результате степень окисления уменьшается. Атом молекула или ион, присоединяющий электрон называется окислителем .

S 0 +2e → S -2

O 2 0 +4e → 2O -2

В окислительно–восстановительных реакциях должно соблюдаться правило электронного баланса (число присоединенных электронов должно быть равно числу отданных, свободных электронов быть не должно). А так же должен соблюдаться атомный баланс (число одноименных атомов в левой части должно быть равно числу атомов в правой части)

Правило написание окислительно-восстановительных реакций.

Написать уравнение реакции

Поставить степени окисления

Найти элементы, у которых изменяется степень окисления

Выписать попарно их.

Найти окислитель и восстановитель

Написать процесс окисление или восстановления

Уравнять электроны, пользуясь правилом электронного баланса (найти н.о.к.), расставив коэффициенты

Написать суммарное уравнение

Поставить коэффициенты в уравнение химической реакции

KClO 3 → KClO 4 + KCl; N 2 + H 2 → NH 3 ; H 2 S + O 2 → SO 2 + H 2 O; Al + O 2 = Al 2 O 3 ;

Сu + HNO 3 → Cu(NO 3) 2 + NO + H 2 O; KClO 3 → KCl + O 2 ; P + N 2 O = N 2 + P 2 O 5 ;

NO 2 + H 2 O = HNO 3 + NO

. Скорость химических реакций. Зависимость скорости химических реакций от концентрации, температуры и природы реагирующих веществ.

Химические реакции протекают с разными скоростями. Изучением скорости химической реакции, а также выявлением её зависимости от условий проведения процесса занимается наука - химическая кинетика.

υ гомогенной реакции определяется изменением количества вещества в единице объёма:

υ =Δ n / Δt ∙V

где Δ n – изменение числа молей одного из веществ (чаще всего исходного, но может быть и продукта реакции), (моль);

V – объем газа или раствора (л)

Поскольку Δ n / V = ΔC (изменение концентрации), то

υ =Δ С / Δt (моль/л∙ с)

υ гетерогенной реакции определяется изменением количества вещества в единицу времени на единице поверхности соприкосновения веществ.

υ =Δ n / Δt ∙ S

где Δ n – изменение количества вещества (реагента или продукта), (моль);

Δt – интервал времени (с, мин);

S – площадь поверхности соприкосновения веществ (см 2 , м 2)

Почему скорость разных реакций не одинакова?

Для того чтобы началась химическая реакция, молекулы реагирующих веществ должны столкнуться. Но не каждое их столкновение приводит к химической реакции. Для того чтобы столкновение привело к химической реакции, молекулы должны иметь достаточно высокую энергию. Частицы, способные при столкновении, вступать в химическую реакцию, называются активными. Они обладают избыточной энергией по сравнению со средней энергией большинства частиц – энергией активации Е акт . Активных частиц в веществе намного меньше, чем со средней энергией, поэтому для начала многих реакций системе необходимо сообщить некоторую энергию (вспышка света, нагревание, механический удар).

Энергетический барьер (величина Е акт ) разных реакций различен, чем он ниже, тем легче и быстрее протекает реакция.

2. Факторы, влияющие на υ (количество соударений частиц и их эффективность).

1) Природа реагирующих веществ: их состав, строение => энергия активации

▪ чем меньше Е акт , тем больше υ;

2) Температура : при t на каждые 10 0 С, υ в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа).

υ 2 = υ 1 ∙ γ Δt/10

Задача 1. Скорость некоторой реакции при 0 0 С равна 1 моль/л ∙ ч, температурный коэффициент реакции равен 3. Какой будет скорость данной реакции при 30 0 С?

υ 2 = υ 1 ∙ γ Δt/10

υ 2 =1∙3 30-0/10 = 3 3 =27 моль/л∙ч

3) Концентрация: чем больше, тем чаще происходят соударения и υ . При постоянной температуре для реакции mA + nB = C по закону действующих масс:

υ = k ∙ С A m ∙ C B n

где k – константа скорости;

С – концентрация (моль/л)

Закон действующих масс:

Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их коэффициентам в уравнении реакции.

Задача 2. Реакция идет по уравнению А +2В → С. Во сколько раз и как изменится скорость реакции, при увеличении концентрации вещества В в 3 раза?

Решение:υ = k ∙ С A m ∙ C B n

υ = k ∙ С A ∙ C B 2

υ 1 = k ∙ а ∙ в 2

υ 2 = k ∙ а ∙ 3 в 2

υ 1 / υ 2 = а ∙ в 2 / а ∙ 9 в 2 = 1/9

Ответ: увеличится в 9 раз

Для газообразных веществ скорость реакции зависит от давления

Чем больше давление, тем выше скорость.

4) Катализаторы – вещества, которые изменяют механизм реакции, уменьшают Е акт => υ .

▪ Катализаторы остаются неизменными по окончании реакции

▪ Ферменты – биологические катализаторы, по природе белки.

▪ Ингибиторы – вещества, которые ↓ υ

1. При протекании реакции концентрация реагентов:

1) увеличивается

2) не изменяется

3) уменьшается

4) не знаю

2. При протекании реакции концентрация продуктов:

1) увеличивается

2) не изменяется

3) уменьшается

4) не знаю

3. Для гомогенной реакции А+В → … при одновременном увеличении молярной концентрации исходных веществ в 3 раза скорость реакции возрастает:

1) в 2 раза

2) в 3 раза

4) в 9 раз

4. Скорость реакции H 2 + J 2 →2HJ понизится в 16 раз при одновременном уменьшении молярных концентраций реагентов:

1) в 2 раза

2) в 4 раза

5. Скорость реакции CO 2 + H 2 → CO + H 2 O при увеличении молярных концентраций в 3 раза (CO 2) и в 2 раза (H 2) возрастает:

1) в 2 раза

2) в 3 раза

4) в 6 раз

6. Скорость реакции C (T) + O 2 → CO 2 при V-const и увеличении количеств реагентов в 4 раза возрастает:

1) в 4 раза

4) в 32 раза

10. Скорость реакции А+В → … увеличится при:

1) понижении концентрации А

2) повышении концентрации В

3) охлаждении

4) понижении давления

7. Скорость реакции Fe + H 2 SO 4 → FeSO 4 + H 2 выше при использовании:

1) порошка железа, а не стружек

2) железных стружек, а не порошка

3) концентрированной H 2 SO 4 , а не разбавленной H 2 SO 4

4) не знаю

8. Скорость реакции 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 будет выше, если использовать:

1) 3%-й раствор H 2 O 2 и катализатор

2) 30%-й раствор H 2 O 2 и катализатор

3) 3%-й раствор H 2 O 2 (без катализатора)

4) 30%-й раствор H 2 O 2 (без катализатора)

Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле-Шателье.

Химические реакции по направлению их протекания можно разделить

▪ Необратимые реакции протекают только в одном направлении (реакции ионного обмена с , ↓, мдс, горения и некоторые др.)

Например, AgNO 3 + HCl → AgCl↓ + HNO 3

▪ Обратимые реакции при одних и тех же условиях протекают в противоположных направлениях (↔).

Например, N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Состояние обратимой реакции, при котором υ → = υ ← называется химическим равновесием.

Чтобы реакция на химических производствах проходила как можно полнее, необходимо сместить равновесие в сторону продукта. Для того, чтобы определить, как тот или иной фактор изменит равновесие в системе, используют принцип Ле Шателье (1844 г.):

Принцип Ле Шателье: Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить t, р, С), то равновесие сместится в ту сторону, которая ослабит это воздействие .

Равновесие смещается:

1) при С реаг →,

при С прод ← ;

2) при p (для газов) - в сторону уменьшения объема,

при ↓ р – в сторону увеличения V;

если реакция протекает без изменения числа молекул газообразных веществ, то давление не влияет на равновесие в данной системе.

3) при t – в сторону эндотермической реакции (- Q),

при ↓ t – в сторону экзотермической реакции (+ Q).

Задача 3. Как надо изменить концентрации веществ, давление и температуру гомогенной системы PCl 5 ↔ PCl 3 + Cl 2 – Q , чтобы сместить равновесие в сторону разложения PCl 5 (→)

↓ С (PCl 3) и С (Cl 2)

Задача 4. Как сместиться химическое равновесие реакции 2СО + О 2 ↔ 2СО 2 + Q при

а) повышении температуры;

б) повышении давлении

1. Способ, смещающий равновесие реакции 2CuO(T) + CO Cu 2 O(T) + CO 2 вправо (→), - это:

1) увеличение концентрации угарного газа

2) увеличение концентрации углекислого газа

3) уменьшение концентрации оксида мели (I)

4) уменьшение концентрации оксида меди (II)

2. В гомогенной реакции 4HCl + O 2 2Cl 2 + 2H 2 O при повышении давления равновесие сместится:

2) вправо

3) не сместится

4) не знаю

8. При нагревании равновесие реакции N 2 + O 2 2NO – Q:

1) сместится вправо

2) сместится влево

3) не сместится

4) не знаю

9. При охлаждении равновесие реакции H 2 + S H 2 S + Q:

1) сместится влево

2) сместится вправо

3) не сместится

4) не знаю

1. Классификация химических реакций в неорганической и органической химии

   Документ

   Задания А 19 (ЕГЭ 2012 г) Классификация химических реакций в неорганической и органической химии . К реакциям замещения относится взаимодействие: 1) пропена и воды, 2) ...

2. Тематическое планирование уроков химии в 8-11 классах 6

   Тематическое планирование

   1 Химические реакции 11 11 Классификация химических реакций в неорганической химии . (С) 1 Классификация химических реакций в органической химии . (С) 1 Скорость химических реакций . Энергия активации. 1 Факторы, влияющие на скорость химических реакций ...

3. Вопросы к экзаменам по химии для студентов 1 го курса ну(К)орк фо

   Документ

   Метана, применение метана. Классификация химических реакций в неорганической химии . Физические и химические свойства и применение этилена. Химическое равновесие и условия его...

4. Неорганическая химия в реакциях. Справочник. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л.

   

   2-е изд., перераб. и доп. - М.: 2007 - 637 с.

   Справочник содержит 1100 неорганических веществ, для которых приведены уравнения важнейших реакций. Выбор веществ обосновывался их теоретической и лабораторно-промышленной важностью. Справочник организован по алфавитному принципу химических формул и четко разработанной структуре, снабжен предметным указателем, позволяющим легко найти нужное вещество. Не имеет аналогов в отечественной и зарубежной химической литературе. Для студентов химических и химико-технологических вузов. Может быть использован преподавателями вузов, аспирантами, научными и инженерно-техническими работниками химической промышленности, а также учителями и учащимися старших классов средней школы.

   Формат: pdf

   Размер: 36,2 Мб

   Смотреть, скачать: drive.google

   В справочнике представлены химические свойства (уравнения реакций) важнейших соединений 109 элементов Периодической системы от водорода до мейтнерия. Детально описано более 1100 неорганических веществ, отбор которых проводился по их промышленной важности (исходные вещества для химических процессов, минеральное сырье), широте распространенности в инженерно-технической и учебно-лабораторной практике (модельные растворители и реактивы, реагенты качественного анализа) и применению в новейших отраслях химической технологии.
   Материал справочника разбит на разделы, каждый из которых посвящен одному элементу, элементы расположены по алфавиту их символов (от актиния Ас до циркония Zr).
   Любой раздел состоит из ряда рубрик, первая из них относится к простому веществу, а все последующие - к сложным веществам, в химических формулах которых элемент раздела стоит на первом (слева) месте. Вещества каждого раздела перечисляются по алфавиту их номенклатурных формул (при одном исключении: в конце разделов кислотообразующих элементов помещены все соответствующие им кислоты). Например, в разделе «Актиний» имеются рубрики Ас, АсС13, AcF3, Ac(N03)3, Ac203, Ас(ОН)3. Формулы соединений с комплексным анионом даны в инвертируемом виде, т. е. .
   Каждая рубрика содержит краткое описание вещества, где указаны его окраска, термическая устойчивость, растворимость, взаимодействие (или его отсутствие) с распространенными реактивами и др., а также способы получения данного вещества, оформленные в виде ссылок на рубрики других веществ. В ссылках приводится символ элемента раздела, номер рубрики и верхним индексом номер уравнения реакции.
   Далее в рубрике следует пронумерованный набор уравнений реакций, отражающий главные химические свойства данного вещества. В общем случае порядок расположения уравнений следующий:
   - термическое разложение вещества;
   - обезвоживание или разложение кристаллогидрата;
   - отношение к воде;
   - взаимодействие с распространенными кислотами (при однотипности реакций приведено уравнение только для хлороводородной кислоты);
   - взаимодействие со щелочами (как правило, с гидроксидом натрия);
   - взаимодействие с гидратом аммиака;
   - взаимодействие с простыми веществами;
   - реакции обмена со сложными веществами;
   - окислительно-восстановительные реакции;
   - реакции комплексообразования;
   - электрохимические реакции (электролиз расплава и/или раствора).
   В уравнениях реакций указаны условия их проведения и протекания, когда это важно для понимания химизма и степени обратимости процесса. К таким условиям относятся:
   - агрегатное состояние реагентов и/или продуктов;
   - окраска реагентов и/или продуктов;
   - состояние раствора или его характеристика (разбавленный, концентрированный, насыщенный);
   - медленное протекание реакции;
   - интервал температур, давление (повышенное или вакуум), катализатор;
   - образование осадка или газа;
   - использованный растворитель, если он отличается от воды;
   - инертная или другая особая газовая среда.
   В конце справочника находятся список литературы и предметный указатель веществ рубрик.

   Неорганическая химия - раздел химии, который связан с изучением строения, реакционной способности и свойств всех химических элементов и их неорганических соединений. Эта область химии охватывает все соединения, за исключением органических веществ (класса соединений, в которые входит углерод, за исключением нескольких простейших соединений, обычно относящихся к неорганическим). Различия между органическими и неорганическими соединениями , содержащими , являются по некоторым представлениям произвольными. Неорганическая химия изучает химические элементы и образуемые ими простые и сложные вещества (кроме органических). Число известных сегодня неорганических веществ приближается к 500 тысячам.

   Теоретическим основанием неорганической химии является периодический закон и основанная на нём периодическая система Д. И. Менделеева . Главной задачей неорганической химии является разработка и научное обоснование способов создания новых материалов с нужными для современной техники свойствами.

   Классификация химических элементов

   Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева ) - классификация химических элементов, которая устанавливает зависимость различных свойств химических элементов от заряда атомного ядра. Система — это графическое выражение периодического закона, . Её первоначальный вариант был разработан Д. И. Менделеевым в 1869-1871 годах и назывался «Естественная система элементов», который устанавливал зависимость свойств химических элементов от их атомной массы. Всего предложено несколько сотен вариантов изображения периодической системы, но в современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в некоторой степени подобные друг другу.

   Простые вещества

   Они состоят из атомов одного химического элемента (являются формой его существования в свободном состоянии). В зависимости от того, какова химическая связь между атомами, все простые вещества в неорганической химии разделяются на две основные группы: и . Для первых характерна металлическая связь, для вторых - ковалентная. Также выделяются две примыкающие к ним группы - металлоподобных и неметаллоподобных веществ. Существует такое явление как аллотропия, которое состоит в возможности образования нескольких типов простых веществ из атомов одного и того же элемента, но с разным строением кристаллической решетки; каждый из таких типов называется аллотропной модификацией.

   Металлы

   (от лат. metallum - шахта, рудник) - группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск. Из 118 химических элементов, открытых на данный момент, к металлам относят:

   • 38 в группе переходных металлов,
   • 11 в группе лёгких металлов,
   • 7 в группе полуметаллов,
   • 14 в группе лантаноиды+ лантан,
   • 14 в группе актиноиды + актиний,
   • вне определённых групп .

   Таким образом, к металлам относится 96 элементов из всех открытых.

   Неметаллы

   Химические элементы с типично неметаллическими свойствами, занимающие правый верхний угол Периодической системы элементов. В молекулярной форме в виде простых веществ в природе встречаются

   УДК 546(075) ББК 24.1 я 7 0-75

   Составители: Клименко B.I канд. техн. наук, доц. Володчснко А Н., канд. техн. наук, доц. Павленко В И., д-р техн. наук, проф.

   Рецензент Гикунова И.В., канд. техн. наук, доц.

   Основы неорганической химии: Методические указания для студентов 0-75 дневной формы обучения. - Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. - 54 с.

   В методических указаниях подробно, с учетом основных разделов общей химии, рассмотрены свойства важнейших классов неорганических веществ.Данная работа содержит обобщения, схемы, таблицы, примеры, что будет способствовать лучшему усвоению обширного фактического материала. Особое внимание как в теоретической, гак и в практической части уделено связи неорганической химии с основными понятиями общей химии.

   Книга предназначена для студентов первого курса всех специальностей.

   УДК 546(075) ББК 24.1 я 7

   © Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов (БелГТАСМ), 2001

   ВВЕДЕНИЕ

   Познание основ любой науки и стоящих перед нею проблем - это тот минимум, который должен знать любой человек, чтобы свободно ориенти­ роваться в окружающем мире. Важную роль в этом процессе играет есте­ ствознание. Естествознание - совокупность наук о природе. Все науки делятся на точные (естественные) и изящные (гуманитарные). Первые изучают законы развития материального мира, вторые - законы развития и проявления человеческого разума. В представленной работе мы ознако­ мимся с основами одной из естественных наук 7 неорганической химии. Успешное изучение неорганической химии возможно лишь при условии знания состава и свойств основных классов неорганических соединений. Зная особенности классов соединений, можно характеризовать свойства их отдельных представителей.

   При изучении любой науки, и химии в том числе, всегда встает во­ прос: с чего начать? С изучения фактического материала: описания свойств соединений, указания условий их существования, перечисления реакций, в которые они вступают; на этой базе выводят законы, управ­ ляющие поведением веществ или, наоборот, сначала приводят законы, а затем на их основе обсуждают свойства веществ. В данной книге мы будем использовать оба приема изложения фактического материала.

   1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

   Что же составляет предмет химии, что изучает эта наука? Су­ ществует несколько определений химии.

   С одной стороны, химия - это наука о веществах, их свойствах и превращениях. С другой стороны, химия - одна из естественных наук, изучающих химическую форму движения материи. Химическая форма движения материи - это процессы ассоциации атомов в молекулы и диссо­ циации молекул. Химическую организацию материи можно представить следующей схемой (рис. 1 ).

   Рис. 1. Химическая организация материи

   Материя - это объективная реальность, данная человеку в его ощущениях, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от нас. Материя как объективная реальность существует в двух формах: в форме вещества и в форме поля.

   Поле (гравитационное, электромагнитное, внутриядерных сил) - это форма существования материи, которая характеризуется и проявляется прежде всего энергией, а не массой, хотя и обладает последней.Энергия - это количественная мера движения, выражающая способность материаль­ ных объектов совершать работу.

   Масса (лат. massa - глыба, ком, кусок) - физическая величина, одна из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные и гравитационные свойства.

   Атом - это низший уровень химической организации материи.Атом - наименьшая частица элемента, сохраняющая его свойства. Он состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов; в целом атом элекгронейтрален.Химический элемент - это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Известно 109 элементов, из них 90 существует в природе.

   Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая химиче­ скими свойствами этого вещества.

   Число химических элементов ограничено, а их комбинации дают все

   многообразие веществ.

   Что же такое вещество?

   В широком смысле вещество - это конкретный вид материи, обла­ дающий массой покоя и характеризующийся при данных условиях опре­ деленными физическими и химическими свойствами. Известно около 600 тысяч неорганических веществ и около 5 млн органических веществ.

   В более узком смысле вещество - это определенная совокупность атомных и молекулярных частиц, их ассоциатов и агрегатов, находя­ щихся в любом из трех агрегатных состояний.

   Вещество достаточно полно определяется тремя признаками: 1 ) занимает часть пространства;2 ) обладает массой покоя;

   3) построено из элементарных частиц.

   Все вещества можно разделить на простые и сложные.

   менты образуют не одно, а несколько простых веществ. Такое явле­ ние называется аллотропией, а каждые из этих простых веществ - аллотропным видоизменением (модификацией) данного элемента. Ал­ лотропия наблюдается у углерода, кислорода, серы, фосфора и ряда других элементов. Так, графит, алмаз, карбин и фуллерены - аллотроп­ ные видоизменения химического элемента углерода; красный, белый, черный фосфор - аллотропные видоизменения химического элемента фосфора. Простых веществ известно около 400.

   Простое вещество является формой существования химических

   элементов в свободном состоянии

   Простые вещества делятся на металлы и неметаллы. Принадлежность химического элемента к металлам или неметаллам можно определить, пользуясь периодической системой элементов Д.И. Менделеева. Прежде чем это сделать, давайте немного вспомним строение периодической си­ стемы.

   1.1. Периодический закон и периодическая система Д.И.Менделеева

   Периодическая система элементов - это графическое выражение периодического закона, открытого Д.И.Менделеевым 18 февраля 1869 г. Периодический закон звучит так: свойства простых веществ, а также свойства соединений, находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элемента.

   Существует более 400 вариантов изображения периодической си­ стемы. Наиболее распространены клеточные варианты (короткий вариант - 8 -клеточный и длинные варианты - 18- и 32-клеточные). Короткопе­ риодная периодическая система состоит из 7 периодов и8 групп.

   Элементы, имеющие аналогичное строение внешнего энергетического уровня, объединяются в группы. Различают главные (А) и побочные (В)

   группы. Главные группы составляют s- и p-элементы, а побочные -d- элементы.

   Период представляет собой последовательный ряд элементов, в ато­ мах которых происходит заполнение одинакового числа электронных слоев одного и того же энергетического уровня. Различие в последовательности заполнения электронных слоев объясняет причину различной длины пе­ риодов. В связи с этим периоды содержат разное количество элементов: 1-й период - 2 элемента; 2-й и 3-й периоды - по8 элементов; 4-й и 5-й

   периоды - по 18 элементов и 6 -й период - 32 элемента.

   Элементы малых периодов (2 -й и 3-й) выделяют в подгруппу типиче­ ских элементов. Так как уd- и /элементов заполняются 2-й и 3-й снаружи элгк-

   лочке их атомов, а следовательно, большая способность к присоедине­ нию электронов (окислительная способность), передаваемая высокими значениями их электроотрицательности. Элементы с неметаллическими свойствами занимают правый верхний угол периодической системы

   Д.И.Менделеева. Неметаллы могут бьггь газообразными (F2 , О2 , CI2 ), твердыми (В, С, Si, S) и жидкими (Вг2).

   Элемент водород занимает особое место в периодической си­

   стеме и не имеет химических аналогов. Водород проявляет металлические

   и неметаллические свойства, и поэтому в периодической системе его

   помещают одновременно в IA и VIIA группу.

   В силу большого своеобразия химических свойств выделяют от­

   дельно благородные газы (аэрогены) - элементы VIIIA группы
   дической	системы. Исследования последних лет позволяют тем не ме­
   нее причислить некоторые из них (Кг, Хе, Rn) к неметаллам.
   Характерным свойством металлов является то, что валентные
   троны слабо связаны с конкретным атомом, и			внутри каждого
   существует так называемый электронный			Поэтому все
   обладают	высокой электропроводностью,	теплопроводностью

   тичностью. Хотя есть и хрупкие металлы (цинк, сурьма, висмут). Ме­ таллы проявляют, как правило, восстановительные свойства.

   Сложные вещества (химические соединения) - это вещества, мо­ лекулы которых образованы атомами различных химических элемен­ тов (гетероатомные или гетероядерные молекулы). Например, С 02, КОН. Известно более 10 млн сложных веществ.

   Высшей формой химической организации материи являются ассоциаты и агрегаты. Ассоциаты - это объединения простых молекул или ионов в более сложные, не вызывающие изменения химической при­ роды вещества. Ассоциаты существуют главным образом в жидком и газообразном состоянии, а агрегаты-в твердом.

   Смеси - системы, состоящие из нескольких равномерно распреде­ ленных соединений, связанных между собой постоянными соотношения­ ми и не взаимодействующие друг с другом.

   1.2. Валентность и степень окисления

   Составление эмпирических формул и образование названий хи­ мических соединений основано на знании и правильном использовании понятий степень окисления и валентность.

   Степень окисления - эго условный заряд элемента в соединении, вычисленный из предположения, что соединение состоит из ионов. Эго величина условная, формальная, так как чисто ионных соедине­ ний практически нет. Степень окисления по абсолютной величине может быть целым или дробным числом; а по заряду может быть положительной, отрицательной и равной нулю величиной.

   Валентность - это величина, определяемая количеством неспарен­ ных электронов на внешнем энергетическом уровне или числом свобод­ ных атомных орбиталей, способных участвовать в образовании химиче­ ских связей.

   Некоторые правила определения степеней окисления химических элементов

   1. Степень окисления химического элемента в простом веществе

   равна 0 .

   2. Сумма степеней окисления атомов в молекуле (ионе) равна 0

   (заряду иона).

   3. Элементы I-III А групп имеют положительную степень окис­ ления, соответствующую номеру группы, в которой находится данный элемент.

   4. Элементы IV -V IIА групп, кроме положительной степени окис­ ления, соответствующей номеру группы; и отрицательной степени окис­ ления, соответствующей разнице между номером группы и числом8 , имеют промежуточную степень окисления, равную разности между номером группы и числом2 (табл.1 ).

   Таблица 1

   Степени окисления элементов IV -V IIА подгрупп

   			Степень окисления
   			Промежуточная

   5. Степень окисления водорода равна +1, если в соединении есть хотя бы один неметалл; - 1 в соединениях с металлами (гидридах); 0 в Н2.

   Гидриды некоторых элементов

   	ВеН2
   NaH MgH2 АШ3
   	СаН2	GaH3	GeH4	AsH3
   	SrH2	InH3	SnH4	SbH3
   	ВаН2
   Соединения Н			Промежуточные		Соединения i t
   			соединения

   6 . Степень окисления кислорода, как правило, равна -2, за ис­ ключением пероксидов (-1), надпероксидов (-1/2), озонидов (-1/3), озона (+4), фторида кислорода (+2).

   7. Степень окисления фтора во всех соединениях, кроме F2> равна -1. В соединениях с фтором реализуются высшие формы окисления мно­ гих химических элементов (BiF5, SF6, IF?, OsFg).

   8 . В периодах орбитальные радиусы атомов с возрастанием по­ рядкового номера уменьшаются, а энергия ионизации возрастает. При этом усиливаются кислотные и окислительные свойства; высшие сте­

   пени окисления элементов становятся менее устойчивыми.

   9. Для элементов нечетных групп периодической системы харак­ терны нечетные, а для элементов четных групп - четные степени

   окисления.

   10. В главных подгруппах с возрастанием порядкового номера элемента размеры атомов в общем увеличиваются, а энергия иониза­ ции - уменьшается. Соответственно усиливаются основные и ослабевают окислительные свойства. В подгруппах ^-элементов с увеличением порядкового номера участие «.^-электронов в образовании связей

   уменьшается, а следовательно, уменьшается					абсолютное значение степе­
   ни окисления (табл. 2 ).
   							Таблица 2
   Значения степеней окисления элементов VA подгруппы
   				Степень окисления
   Li, К, Fe, Ва	Кислотные С 02, S 0 3
   Неметаллы
   	Амфотсрные ZnO ВеО
   Амфигены	Двойные Fe304
   Be, AL Zn
   	яолеобразующие
   Аэрогены	СО, NO, SiO, N20
   Основания Ва(ОН)2
   Кислоты HNO3		ГИДРОКСИДЫ
   Амфолиты Zti(OH)2
   Средние КагСОз,
   Кислые МаНКЮз,
   Основные (СиОН)гСОз, 4--------
   Двойные CaMg(COs)2
   Смешанные СаСГСЮ

   > w h o w J 3 w »

   Рис, 2. Схема важнейших классов неорганических веществ

   Курс химии в школах начинается в 8-м классе с изучения общих основ науки: описываются возможные виды связи между атомами, типы кристаллических решеток и наиболее распространенные механизмы реакций. Это становится фундаментом для изучения важного, но более специфического раздела - неорганики.

   Что это такое

   Это наука, которая рассматривает принципы строения, основные свойства и реакционную способность всех элементов таблицы Менделеева. Важную роль в неорганике играет Периодический закон, который упорядочивает систематическую классификацию веществ по изменению их массы, номера и типа.

   Курс охватывает и соединения, образуемые при взаимодействии элементов таблицы (исключение составляет только область углеводородов, рассматриваемая в главах органики). Задачи по неорганической химии позволяют отработать полученные теоретические знания на практике.

   

   Наука в историческом аспекте

   Название "неорганика" появилось в соответствии с представлением, что она охватывает часть химического знания, которая не связана с деятельностью биологических организмов.

   Со временем было доказано, что большая часть органического мира может производить и «неживые» соединения, а углеводороды любого типа синтезируются в условиях лаборатории. Так, из аммония цианата, являющегося солью в химии элементов, немецкий ученый Велер смог синтезировать мочевину.

   Во избежание путаницы с номенклатурой и классификацией типов исследований обеих наук программа школьного и университетского курсов следом за общей химией предполагает изучение неорганики в качестве фундаментальной дисциплины. В научном мире сохраняется аналогичная последовательность.

   Классы неорганических веществ

   Химия предусматривает такую подачу материала, при которой вводные главы неорганики рассматривают Периодический закон элементов. особого типа, которая основана на предположении, что атомные заряды ядер оказывают влияние на свойства веществ, причем данные параметры изменяются циклически. Изначально таблица строилась как отражение увеличения атомных масс элементов, но вскоре данная последовательность была отвергнута ввиду ее несостоятельности в том аспекте, в котором требуют рассмотрения данного вопроса неорганические вещества.

   Химия, помимо таблицы Менделеева, предполагает наличие около сотни фигур, кластеров и диаграмм, отражающих периодичность свойств.

   В настоящее время популярен сводный вариант рассмотрения такого понятия, как классы неорганической химии. В столбцах таблицы указываются элементы в зависимости от физико-химических свойств, в строках - аналогичные друг другу периоды.

   Простые вещества в неорганике

   Знак в таблице Менделеева и простое вещество в свободном состоянии - чаще всего разные вещи. В первом случае отражается только конкретный вид атомов, во втором - тип соединения частиц и их взаимовлияние в стабильных формах.

   Химическая связь в простых веществах обуславливает их деление на семейства. Так, можно выделить две обширные разновидности групп атомов - металлы и неметаллы. Первое семейство насчитывает 96 элементов из 118 изученных.

   

   Металлы

   Металлический тип предполагает наличие одноименной связи между частицами. Взаимодействие основано на обобществлении электронов решетки, которая характеризуется ненаправленностью и ненасыщаемостью. Именно поэтому металлы хорошо проводят тепло, заряды, обладают металлическим блеском, ковкостью и пластичностью.

   Условно металлы находятся слева в таблице Менделеева при проведении прямой линии от бора к астату. Элементы, близкие по расположению к этой черте, чаще всего носят пограничный характер и проявляют двойственность свойств (например, германий).

   Металлы в большинстве образуют основные соединения. Степени окисления таких веществ обычно не превышают двух. В группе металличность повышается, а в периоде уменьшается. Например, радиоактивный франций проявляет более основные свойства, чем натрий, а в семействе галогенов у йода даже появляется металлический блеск.

   Иначе дело обстоит в периоде - завершают подуровни перед которыми находятся вещества с противоположными свойствами. В горизонтальном пространстве таблицы Менделеева проявляемая реакционная способность элементов меняется от основной через амфотерную к кислотной. Металлы - хорошие восстановители (принимают электроны при образовании связей).

   Неметаллы

   Данный вид атомов включают в основные классы неорганической химии. Неметаллы занимают правую часть таблицы Менделеева, проявляя типично кислотные свойства. Наиболее часто данные элементы встречаются в виде соединений друг с другом (например, бораты, сульфаты, вода). В свободном молекулярном состоянии известно существование серы, кислорода и азота. Существует также несколько двухатомных газов-неметаллов - помимо двух вышеупомянутых, к ним можно отнести водород, фтор, бром, хлор и йод.

   

   Являются наиболее распространенными веществами на земле - особенно часто встречаются кремний, водород кислород и углерод. Иод, селен и мышьяк распространены очень мало (сюда же можно отнести радиоактивные и неустойчивые конфигурации, которые расположены в последних периодах таблицы).

   В соединениях неметаллы ведут себя преимущественно как кислоты. Являются мощными окислителями за счет возможности присоединения дополнительного числа электронов для завершения уровня.

   в неорганике

   Помимо веществ, которые представлены одной группой атомов, различают соединения, включающие несколько различных конфигураций. Такие вещества могут быть бинарными (состоящими из двух разных частиц), трех-, четырехэлементными и так далее.

   Двухэлементные вещества

   Особенное значение бинарности связи в молекулах придает химия. Классы неорганических соединений также рассматриваются с точки зрения образованной между атомами связи. Она может быть ионной, металлической, ковалентной (полярной или неполярной) или смешанной. Обычно такие вещества четко проявляют основные (при наличии металла), амфортерные (двойственные - особенно характерно для алюминия) или кислотные (если есть элемент со степенью окисления от +4 и выше) качества.

   Трехэлементные ассоциаты

   Темы неорганической химии предусматривают рассмотрение и данного вида объединения атомов. Соединения, состоящие из более чем двух групп атомов (чаще всего неорганики имеют дело с трехэлементными видами), обычно образуются при участии компонентов, значительно отличающихся друг от друга по физико-химическим параметрам.

   

   Возможные виды связи - ковалентный, ионный и смешанный. Обычно трехэлементные вещества по поведению похожи на бинарные за счет того, что одна из сил межатомного взаимодействия значительно прочнее другой: слабая формируется во вторую очередь и имеет возможность диссоциировать в растворе быстрее.

   Классы неорганической химии

   Подавляющее большинство изучаемых в курсе неорганики веществ можно рассмотреть по простой классификации в зависимости от их состава и свойств. Так, различают оксиды и соли. Рассмотрение их взаимосвязи лучше начать со знакомства с понятием окисленных форм, в которых могут оказаться почти любые неорганические вещества. Химия таких ассоциатов рассматривается в главах об оксидах.

   

   Оксиды

   Окись представляет собой соединение любого химического элемента с кислородом в степени окисленности, равной -2 (в пероксидах -1 соответственно). Образование связи происходит за счет отдачи и присоединения электронов с восстановлением О 2 (когда наиболее электроотрицательным элементом является кислород).

   Могут проявлять и кислотные, и амфотерные, и основные свойства в зависимости от второй группы атомов. Если в оксиде он не превышает степени окисления +2, если неметалл - от +4 и выше. В образцах с двойственной природой параметров достигается значение +3.

   Кислоты в неорганике

   Кислотные соединения имеют реакцию среды меньше 7 за счет содержания катионов водорода, которые могут перейти в раствор и впоследствии замениться ионом металла. По классификации являются сложными веществами. Большинство кислот можно получить путем разбавления соответствующих оксидов водой, например, при образовании серной кислоты после гидратации SO 3 .

   

   Основная неорганическая химия

   Свойства данного вида соединений обусловлены наличием гидроксильного радикала ОН, который дает реакцию среды выше 7. Растворимые основания называются щелочами, они являются наиболее сильными в этом классе веществ за счет полной диссоциации (распада на ионы в жидкости). Группа ОН при образовании солей может заменяться кислотными остатками.

   Неорганическая химия - это двойственная наука, которая может описать вещества с разных точек зрения. В протолитической теории основания рассматриваются в качестве акцепторов катиона водорода. Такой подход расширяет понятие об этом классе веществ, называя щелочью любое вещество, способное принять протон.

   Соли

   Данный вид соединений находится межу основаниями и кислотами, так как является продуктом их взаимодействия. Так, в качестве катиона выступает обычно ион металла (иногда аммония, фосфония или гидроксония), а в качестве анионного вещества - кислотный остаток. При образовании соли водород замещается другим веществом.

   В зависимости от соотношения количества реагентов и их силы по отношению друг к другу рационально рассматривать несколько видов продуктов взаимодействия:

   • основные соли получаются, если гидроксильные группы замещены не полностью (такие вещества имеют щелочную реакцию среды);
   • кислые соли образуются в противоположном случае - при недостатке реагирующего основания водород частично остается в соединении;
   • самыми известными и простыми для понимания являются средние (или нормальные) образцы - они являются продуктом полной нейтрализации реагентов с образованием воды и вещества только с катионом металла или его аналогом и кислотным остатком.

   Неорганическая химия - это наука, предполагающая деление каждого из классов на фрагменты, которые рассматриваются в разное время: одни - раньше, другие - позже. При более углубленном изучении различают еще 4 вида солей:

   • Двойные содержат единственный анион при наличии двух катионов. Обычно такие вещества получаются в результате сливания двух солей с одинаковым кислотным остатком, но разными металлами.
   • Смешанный тип противоположен предыдущему: его основой является один катион с двумя разными анионами.
   • Кристаллогидраты - соли, в формуле которых есть вода в кристаллизованном состоянии.
   • Комплексы - вещества, в которых катион, анион или оба из них представлены в виде кластеров с образующим элементом. Такие соли можно получить преимущественно у элементов подгруппы В.

   

   В качестве других веществ, включенных в практикум по неорганической химии, которые можно классифицировать как соли или как отдельные главы знания, можно назвать гидриды, нитриды, карбиды и интерметаллиды (соединения нескольких металлов, сплавом не являющиеся).

   Итоги

   Неорганическая химия - это наука, которая представляет интерес для каждого специалиста данной сферы вне зависимости от его интересов. Она включает в себя первые главы, изучаемые в школе по данному предмету. Курс неорганической химии предусматривает систематизацию больших объемов информации в соответствии с понятной и простой классификацией.