Общая характеристика химических элементов
| Сдавался/использовался | 2005г., Екатеринбург, УГТУ-УПИ, кафедра общей химии, преп. Вайтнер В.В., "зачёт" |
| Загрузить архив: | |
| Файл: ref-22905.zip (16kb [zip], Скачиваний: 139) скачать |
Химия - наука, изучающая химические элементы, образуемые ими простые и сложные вещества (состав, строение, свойства), их превращения и законы, которым эти превращения подчиняются. Подразделяется на неорганическую, органическую, физическую, аналитическую, коллоидную и др. Современная химия связана с другими науками, в результате чего возникают пограничные области науки: биохимия, агрохимия, космохимия, радиохимия и др. Достижения современной химии являются стимулом интенсивного роста химической промышленности, играют важную роль в научно-техническом прогрессе всех отраслей народного хозяйства. Химия играет важную роль в решении наиболее актуальных и перспективных проблем современного общества (увеличение эффективности и безопасности искусственных удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственной продукции и проблема синтеза продуктов питания из непродовольственного сырья; освоение океанических источников сырья; разработка и создание новых источников энергии; синтез новых веществ и композиций, необходимых для решения задач в будущем; охрана окружающей среды). См №2, с334.
Объектом изучения в химии являются химические элементы и их соединения. Химическим элементом называют совокупность атомов с одинаковым зарядом ядер. В свою очередь, атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Таким образом, каждому химическому элементу соответствует определённый вид атомов. См. №3, с11.
Молекулой называют наименьшую частицу индивидуального вещества, способную к самостоятельному существованию, обладающую его основными химическими свойствами и состоящую из одинаковых или различных атомов. Молекулы могут быть одно-, двух- и многоатомными. Они являются составными частицами вещества. Если молекулы состоят из одинаковых атомов, то вещество называют простым или элементарным, например He, Ar, H2, O2, O3, S4, P4. Простое вещество является формой существования химического элемента в свободном состоянии. См. №3, с11 – с12.
Если молекула вещества состоит из разных атомов, то вещество называют сложным (или химическим соединением), например CO, H2O, NH3, H3PO4. Любое вещество характеризуется определённым составом (природой и числом атомов в его молекуле), строением (пространственным расположением атомов в молекуле) и определёнными физическими и химическими свойствами. См. №3, с12.
Химические свойства вещества характеризуют его способность участвовать в химических реакциях, то есть в процессах превращения одних веществ в другие. Для понимания этих свойств необходимо знать состав и строение веществ. См. №3, с12.
Всю таблицу Менделеева можно разделить на металлы, неметаллы и амфотерные вещества. Металлы - простые вещества, характеризующиеся способностью отдавать электроны, расположенные на внешнем энергетическом уровне (валентные электроны) и переходить в положительно заряженные ионы. Практически все металлы обладают высокой электро- и теплопроводностью, способностью хорошо отражать световые волны (чем и обуславливается их блеск и непрозрачность), пластичностью. В твёрдом состоянии обычно имеют кристаллическое строение. Связь между атомами в металле осуществляется валентными электронами, которые свободно перемещаются в кристаллической решётке, образуемой положительно заряженными ионами металла. Из 107 элементов периодической системы, 83 элемента являются металлами. Многие эксплуатационные свойства металлов зависят не только от их химических свойств, но и от структуры, которую они приобретают в результате способов получения и последующей обработки. Это создаёт возможности широкого изменения свойств металлов и делает их важнейшими конструкционными, электротехническими, механическими и другими материалами. На сегодняшний день, металлы находят широкое применение в различных областях техники. Неметаллы - простые вещества, не обладающие ковкостью, металлическим блеском, являются плохими проводниками тепла и электричества. Для атомов неметаллов преимущественно характерна способность присоединять электроны, т.е. превращаться в отрицательно заряженные ионы. К неметаллам относятся 22 элемента: H, B, C, Si, N, P, As, O, S, Se, Te, галогены и благородные газы. Оксиды неметаллов носят кислотный характер, им соответствуют кислородсодержащие кислоты. Амфотерные вещества - вещества, которым свойственно проявлять как кислотные, так и основные свойства. Амфотерное вещество, реагируя, например, с сильным основанием, может проявить кислотные свойства, в то же время, это же вещество, реагируя с сильной кислотой, может проявить основные свойства. См №2, с273, с279, с225.
Рассмотрим периодическую систему химических элементов. Она создана на основании периодического закона. Таблица состоит из 7 периодов и 8 групп.
Периоды – горизонтальные ряды таблицы, они подразделяются на большие и малые. В мылах периодах находится 2 элемента (1-й период), либо 8 элементов (2-й и 3-й периоды), в больших периодах – 18 элементов (4-й и 5-й) или 32 элемента (6-й период). 7-й период пока не закончен. Любой период начинается с типичного металла, а заканчивается типичным неметаллом и благородным газом. См №1, с271.
Вертикальные столбцы называются группами элементов. Каждая группа делится на две подгруппы – главную и побочную. Подгруппа – совокупность элементов, являющимися химическими аналогами. Часто элементы подгруппы обладают высшей степенью окисления, соответствующей номеру группы. См №1, с271.
В главных подгруппах химические свойства элементов могут меняться в широком диапазоне от неметаллических к металлическим. В побочных подгруппах свойства элементов меняются не так быстро. См №1, с271.
В Периодической системе типичные металлы расположены в Iгруппе (Li - Fr), II (Mg - Ra) и III (In, Tl). Неметаллы расположены в VIIгруппе (F - AT), VI (O - Te), IV (N - AS), III (B). Некоторые элементы главных подгрупп (Be, Alи др.), как и многие элементы побочных подгрупп проявляют как металлические, так и неметаллические свойства, т.е. являются амфотерными. См №1, с271.
Для некоторых элементов главных подгрупп применяют групповые названия: I (Li - Fr) – щелочные металлы, II (Ca - Ra) – щелочноземельные металлы, VI (O - Po) – халькогены, VII (F - At) – галогены, VIII (He- Rn) – благородные газы. См №1, с271.
Оксиды
Оксиды – сложные вещества, молекулы которых состоят их двух элементов, одним из которых является кислород. По химическим свойствам делятся на 3 группы: основные, кислотные и амфотерные. Основные оксиды образованы только металлами (CaO, K2O, CuOCrO). Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов образуют основания при взаимодействии с водой: CaO+H2O = Ca(OH)2 Оксиды других металлов с водой не взаимодействуют и основания получают из соответствующих солей: FeSO4+2NaOH = Fe(OH)2+Na2SO4. Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами и кислотами, образуя при этом соли: Na2O+SO3=Na2SO4; CuO+2HCl=CuCl2+H2O. Кислотные оксиды образуются неметаллами (SO3, P2O5, CO2) и металлами, проявляющими высокую степень окисления (Mn2O7, CrO3). Многие кислотные оксиды образуют кислоты при взаимодействии с водой: P2O5+3H2O = 2H3PO4; Некоторые из них не реагируют с водой и кислоты получаются из соответствующих солей. Кислотные оксиды взаимодействуют с осн6овными оксидами и основаниями, образуя при этом соли: CO2+3NaOH = Na2CO3+H2O. Амфотерные оксиды, в зависимости от условий, проявляют как кислотные, так и основные свойства, реагируют с кислотами и основаниями. К ним относят ряд оксидных металлов (Al2O3, ZnO, Cr2O3 и др.):
Cr2O3+6HCl = 2CrCl3+3H2O; Cr2O3+2NaOH = 2NaCrO2+H2O
Все три типа оксидов являются солеобразующими. Также имеется особая группа оксидов, которая не проявляет ни кислотных, ни основных свойств. Их называют «Безразличными». К ним относятся: N2O, NO, SiO, COи др. См №2, 276.
Гидроксиды
Гидроксиды – сложные вещества, образованные атомами некоторых элементов (кроме фтора и кислорода) и гидрооксогруппой ON‑:
X(OH)n, где n= [1, 6];
Различают (для n>2) орто- и мета- формы гидроксидов:
|
Элемент |
Орто-годроксид |
Мета-гидроксид |
|
X+III X+IV X+V X+VI |
X(OH)3 X(OH)4 XO(OH)3 X(OH)6 |
XO(OH) XO(OH)2 XO2(OH) XO2(OH)2 |
Мета-гидрксиды отличаются меньшим «содержанием воды», т.е. фактически являются орто-гидроксидами после дегидратации.
Кислотные оксиды (кислородсодержащие кислоты) всегда содержат атомы водорода, способные замещаться на атомы металлов.
Большинство типично кислотных гидроксидов находятся в мета-форме. При записи формулы кислотного гидроксида, атомы водорода ставят на первое слева место, учитывая его электролитическую диссоциацию в воде:
SO2(OH)2 à H2SO4 PO(OH)3 à H3PO4
NO2(OH) à HNO3 CO(OH)2 à H2CO3
|
Названия основных кислородсодержащих кислот и их остатков. |
|
|
Кислота |
Кислотный остаток |
|
H2CO3 – Угольная |
CO3 - Карбонат HCO3 – Гидрокарбонат |
|
HClO – Хлорноватистая |
ClO – Гипохлорит |
|
HClO2 – Хлористая |
ClO2 – Хлорит |
|
HClO3 – Хлорноватая |
ClO3 - Хлорат |
|
HClO4 – Хлорная |
ClO4 – Перхлорат |
|
H2CrO4 – Хромовая |
CrO4 – Хромат |
|
H2Cr2O7 – Дихромовая |
Cr2O7 - Дихромат |
|
HMnO4 – Марганцевая |
MnO4 – Перманганат |
|
HNO2 – Азотистая |
NO2 – Нитрит |
|
HNO3 – Азотная |
NO3 – Нитрат |
|
NPO3 – Метафосфорная |
PO3 - Метафосфат |
|
H3PO4 – Ортофосфорная |
PO4 – Ортофосфат HPO4 – Гидроортофосфат H2PO4 – Дигидроортоффосфат |
|
H4P2O7 – Дифосфорная |
P2O7 - Дифосфат |
|
H2SO4 – Серная |
SO4 – Сульфат HSO4 – Гидросульфат |
|
H2S2O7 – Дисерная |
S2O7 – Дисульфат |
|
H2SiO3 – Метакремниевая |
SiO3 – Метасиликат |
|
H4SiO4 – Ортокремниевая |
SiO4 – Ортосиликат |
Основные оксиды содержат гидрооксогруппы, способные замещаться на кислотные остатки. Все основные оксиды находятся в ортоформе, они образованы катионами металлов Mn+, где n=1,2 реже 3,4:
LiOH - Гидроксид лития
Ba(OH)2 - Гидрокид бария
Cu(OH)2 - Гидрокид меди (II)
La(OH)3 - Гидрокид лантана (III)
Важнейшее химическое свойство основных и кислотных гидроксидов – взаимодействие их между собой с образованием солей (реакция нейтрализации или солеобразования):
a) Ca(OH)2+H2SO4 (разб) = CaSO2↓+2H2O
b) Ca(OH)2+2H2SO4 (конц) = Ca(HSO4)2 ↓+2H2O
c) 2Ca(OH)2 + H2SO4 (разб) = Ca2SO4(OH)2↓+2H2O
В реакции (a) протекает полная нейтрализация обоих гидроксидов (после реакции оказываются замещёнными все группы OH и все атомы H). В реакциях (b) и (c) – неполная нейтрализация кислотного и основного гидроксидов соответственно (два из четырёх атомов H или групп OHявляются замещёнными). См №1, с 298
Соли
Соли – сложные вещества, в состав которых входят катионы металлов и анионы кислотных остатков. В том случае, если кислотный остаток не содержит водорода, соли называют средними:
CaSO4 – Сульфат кальция
Средние соли являются продуктом полной нейтрализации гидроксидов:
3Ba(OH)2+2H3PO4 = Ba3(PO4)2↓+6H2O
Средние соли вступают в реакцию двойного обмена с кислотными и основными гидроксидами и с другими солями:
Ag2CO3+2NO3 = 2AgNO3+CO2+H2O
CuSO4+2NaOH = Cu(OH)2+Na2SO4
Ca(NO3)2+Na2CO3 = CaCO3+2NaNO3
Реакции, приведённые выше, являются распространёнными способами получения солей. Кроме того, средние соли образуются при взаимодействии металлов с кислотами:
Fe+H2SO4 (разб) = FeSO4+H2
Соли, содержащие кислотные остатки с незамещёнными атомами водорода, называются кислыми:
Ca(HSO4)2 – гидросульфат кальция
Fe(HCO3)2 – гидрокарбонат железа (II)
Кислые соли – продукты неполной нейтрализации гидроксидов:
Ba(OH)2+2H3PO4 = Ba(H2PO4)2+2H2O
Возможна и дальнейшая нейтрализация кислых солей избытком основного гидроксида:
Ba(H2PO4)2+Ba(OH)2 = 2BaHPO4+2H2O
Сильные кислоты разрушают кислые соли слабых кислот, например:
Ba(H2PO4)2+H2SO4 = BaSO4+2H3PO4
Соли, содержащие в своём составе гидрооксогруппу, называются основными:
Ca2SO4(OH)2 – дигидроксид-сульфат кальция
CoNO3(OH) – гидроксид-нитрат кобальта (II)
Основные соли – продукты неполной нейтрализации гидроксидов:
Co(OH)2+HNO3 = CoNO3(OH)+H2O
Возможна и дальнейшая нейтрализация основных солей избытком кислотного гидроксида:
CoNO3(OH)+HNO3 = Co(NO3)2+H2O
Щелочи разрушают основные соли малорастворимых гидроксидов, если растворимость одного из продуктов меньше, чем растворимость исходной соли:
CoNO3(OH)+NaOH = Co(OH)2+NaNO3 См №1, с 298-299
Заключение
Таким образом, в своём реферате я повторил общую характеристику химических элементов и их соединений. В моём реферате кратко описаны: простые и сложные вещества, металлы и неметаллы, их положение в периодической системе, также описаны оксиды, гидроксиды, соли, их состав, номенклатура, классификация и способы получения.
Список используемой литературы:
· Справочник школьника: 5-11 Классы – М.: АСТ – ПРЕСС, 2000 – 704 с. Т II. Использована при подготовке материала про гидроксиды и соли. (№1)
· Большая школьная энциклопедия. 6-11 кл. Т. 2 – М.: ОЛМА – ПРЕСС, 2000. Использована при подготовке материала про оксиды, металлы и неметаллы. (№2)
·
Общая химия: Учебник для технических
направлений и специальностей вузов / Н.В. Коровин – М.: Высшая школа, 2002. (№3)
Содержание
|
Введение…………………………………………………………………………… Металлы……………………………………………………………………………. Неметаллы, амфотерные вещества, структура периодической системы. Оксиды……………………………………………………………………………… Гидроксиды………………………………………………………………………… Соли…………………………………………………………………………………. Заключение………………………………………………………………………… Список литературы……………………………………………………………….. |
1 2 3 4 5 7 9 10 |