Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу



страница1/12
Дата08.10.2012
Размер1.62 Mb.
ТипМетодические рекомендации
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12
Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»
Бийский технологический институт (филиал)
Г.Г. Сакович, Т.И. Макрушина, Т.П. Разгоняева, А.Л. Верещагин

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА p-ЭЛЕМЕНТОВ
Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу

«Химия» для студентов специальностей 151001, 160302, 190603, 080401, 170104, 230201, 080502, 260204, 240901, 240701, 240702, 240706, 260601, 200106 всех форм обучения

Бийск 2007

УДК 546 (075.5)
Сакович, Г.Г. Химические свойства р-элементов: методические рекомендации к лабораторным рабам по курсу «Химия» для студентов специальностей 151001, 160302, 190603, 080401, 170104, 230201, 080502, 260204, 240901, 240701, 240702, 240706, 260601, 200106 всех форм обучения / Г.Г. Сакович [и др..
Алт. гос. техн. ун-т БТИ. – Бийск.

Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2007. – 100 с.

Методические рекомендации содержат основные сведения по физическим и химическим свойствам p-элементов и их соединений,
а также описание методики и правил проведения лабораторной работы по свойствам р-элементов.

Рассмотрены и одобрены на заседании

кафедры общей химии и экспертизы товаров.

Протокол № 70-78/09 от 23.05.2007 г.
Рецензент:

К.С. Барабошкин, к.т.н. ФГУП «ФНПЦ «Алтай»

© БТИ АлтГТУ, 2007

ВВЕДЕНИЕ
Все многообразие окружающей нас природы состоит из сочетаний сравнительно небольшого числа химических элементов.

Химические элементы систематизированы в периодической таблице Д.И. Менделеева. Периодическая таблица − графическое изображение периодического закона.

Главный принцип построения периодической системы − выделение в ней периодов и групп элементов.

Период − это горизонтальный, последовательный ряд элементов, размещенных в порядке возрастания заряда ядра атомов, имеющий одинаковое число электронных слоев, номер периода совпадает со значением главного квантового числа n внешнего слоя.

По вертикали периодическая система подразделяется на восемь групп.
Группы − вертикальные столбцы элементов с одинаковым числом валентных электронов, равным номеру группы.

Периодическая система содержит восемь групп элементов, каждая из которых условно подразделяется на подгруппу А (главную)
и подгруппу Б (побочную). Элементы одной группы имеют одинаковое строение внешних электронных оболочек атомов и проявляют определенное химическое сходство – электронные аналоги.

В группах, обозначенных буквой А, содержатся элементы, в которых идет заселение s- и р-подуровней − это s-элементы (группы IA
и IIA) и р-элементы (группы IIIA-VIIIA), а в группах, обозначенных буквой Б, находятся элементы, в которых заселяются d-подуровни − это d-элементы.

Р-элементами называют химические элементы, в атомах которых электрон с наивысшей энергией занимает р-орбиталь.

Каждый последующий р-элемент в группах в большей мере проявляет свойства неметалла, а его металлические свойства ослабевают. Орбитальные радиусы атомов с увеличением порядкового номера р-элемента в периоде уменьшаются, а энергия ионизации в общем возрастает.

Свойства р-элементов каждой подгруппы близки – все они являются электронными аналогами. В подгруппах с возрастанием порядкового номера р-элемента размеры атомов в общем увеличиваются,
а энергия ионизации уменьшается. Электроотрицательность элементов при переходе в периоде от группы III к VII увеличивается, а в подгруппах сверху вниз уменьшается. Таковы общие тенденции изменения рассматриваемых констант.
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Галогены
1.1.1 Общая характеристика галогенов
Элементы фтор F, хлор С1, бром Вr, йод I и астат At составляют группу VIIA Периодической системы Д. И. Менделеева. Групповое название этих р-элементов – галогены. Первые четыре элемента в виде соединений встречаются в природе. Астат получен только искусственным путем и неустойчив (радиоактивен).

На внешнем энергетическом уровне их атомы имеют по семь электронов ns2np5. Этим объясняется общность их свойств. Ниже приведены электронные конфигурации атомов галогенов:

F Is22s22p5 (второй период);

Cl ls22s22p63s23p5 (третий период);

Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5 (четвертый период);

I ls22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p5 (пятый период).

Внутри подгруппы галогенов переход от фтора к йоду сопровождается увеличением радиуса атома, наибольшее значение которого наблюдается у йода.

Поскольку у галогенов до образования восьми-электронной оболочки не достает по одному электрону, они характеризуются наибольшими среди всех элементов значениями сродства к электрону.

Самой устойчивой у галогенов является степень окисления минус 1. Для фтора степень окисления минус 1 является единственно возможной в его сложных соединениях. Другие галогены в своих кислородных соединениях (и в соединениях со фтором) способны проявлять и положительные степени окисления от плюс 1 до плюс 7. Эти степени окисления менее характерны для галогенов, что объясняет неустойчивость их кислородных соединений. Простые вещества и соединения галогенов в положительных степенях окисления отчетливо проявляют окислительные свойства.

В отличие от фтора у хлора, брома и йода на внешнем уровне имеются свободные ячейки d-подуровня. Такая особенность позволяет части электронов внешнего слоя вследствие «распаривания» переходить в свободные ячейки d-подуровня внешнего уровня, когда атом оказывается в «возбужденном» состоянии. В зависимости от числа образовавшихся неспаренных электронов галогены Сl, Вr и I могут проявлять валентность 1, 3, 5 и 7. В качестве примера может служить атом хлора (рисунок 1).


Рисунок 1 – Основное и возбужденные состояния
атомов галогенов

Окислительно-восстановительные свойства галогенов и различия в химическом поведении галогенов легко понять, сравнивая эти свойства в зависимости от изменения величины заряда ядра при переходе от фтора к йоду.

Так, в ряду F, С1, Вr, I наибольшим радиусом атома (и, следовательно, наименьшим сродством к электрону) обладает йод, поэтому он обладает менее выраженными окислительными свойствами, чем бром, хлор и фтор. Следовательно, окислительные свойства в подгруппе галогенов уменьшаются от фтора к йоду, а восстановительные усиливаются (фтор вообще не обладает восстановительными свойствами):
увеличение восстановительных свойств
F Cl Вr I

Молекулы простых веществ, образуемых галогенами, состоят, как и у водорода, из двух атомов, связанных друг с другом ковалентной связью.
1.1.2 Распространение в природе
В природе галогены находятся обычно:

– в виде свободных анионов в природной воде;

– в виде кристаллических солей (фториды, хлориды, бромиды, иодиды металлов).

Йод встречается и в положительной степени окисления (NaIO3).

Название «галогены» переводят как «рожденные из соли» или «рождающие соли». Из галогенов наиболее распространен хлор. Самые распрост­раненные минералы, содержащие хлор: NaCl – галит; КСlNaCl – сильвинит; KCl·MgCl2·6H2Oкарналлит.

Следующим по распространенности является фтор. Фтор встречается только в состояниях: фторид-ионов F- и простого вещества фтора F. Фтор встречается чаще в виде плавикового шпата – CaF2 (флюорит), а также в минералах криолита Na3AlF6.

Бромиды всегда сопутствуют соединениям хлора, а также содержатся в морской воде.

Йод встречается совместно с хлоридами и бромидами, однако в значительно меньших количествах. Наиболее богатыми источниками йода являются морские водоросли и воды нефтяных скважин.
1.1.3 Физические свойства галогенов
За счет неспаренных электронов атомы галогенов объединяются
в двухатомные молекулы F2, Cl2, Br2, I2. Между молекулами в простых веществах возникают межмолекулярные взаимодействия. Эти взаимодействия усиливаются от фтора к йоду, что приводит к изменению агрегатного состояния простых веществ.

Фтор – бледно-желтый газ, хлор – газ желто-зеленого цвета. Бром – жидкость темно-бурого цвета. Йод – кристаллическое вещество серо-стального цвета с характерным блеском, при нормальном давлении возгоняется, не плавясь с образованием фиолетового газа («йодос» – «фиолетовый»).

С увеличением заряда ядра от фтора к йоду постепенно возрастают температуры плавления, кипения, электропроводность (таблица 1).

Неполярные молекулы галогенов плохо растворяются в воде, но хорошо растворяются в неполярных органических растворителях, поэтому они легко экстрагируются этими растворителями из водных растворов.

Фтор растворим в жидком водороде и кислороде. Хлор растворяется в воде (хлорная вода), спирте, эфире, четыреххлористом углероде. Бром растворяется в воде (бромная вода) в меньшей степени, чем хлор, но в большинстве органических растворителей растворяется легко. Йод мало растворим в воде, легко растворим в эфире, хло­роформе, спирте.

Все галогены обладают резким запахом и ядовиты. Вдыхание их даже в небольших количествах вызывает сильное раздражение дыхательных путей и воспаление слизистых оболочек. Более значительные количества галогенов вызывают тяжелые отравления.

Таблица 1 – Физические свойства галогенов

Поряд-ковый номер

Элемент

Символ

Атомная масса

Температура, оС

Плотность, г/см3

Степень окисления

плавления

кипения

9

фтор

F

18,988

-220

-188

1,13

-1,0

17

хлор

Cl

35,453

-101

-35

2,07(р)

±1,0,+3,+5, +7

35

бром

Br

79,909

-7

+59

4,82

±1,0,+3,+5, +7

53

йод

I

126,904

+133

+184

6,25

±1,0,+3,+5, +7

85

астат

At

[210]

+227

+317

9,50

±1,0,+3,+5, +7


1.1.4 Получение галогенов
Фтор получен в свободном состоянии в 1886 г., но его соединения известны давно и широко применялись в металлургии и производстве стекла. Первые упоминания о флюорите под названием плавиковый шпат относятся к XVI в.

Единственно возможным способом получения фтора является электролиз расплава фторидов и гидрофторидов щелочных металлов, где фтор выделяется на аноде:
.
Соединения хлора, прежде всего поваренная соль и нашатырь, известны очень давно. К более позднему времени относится знакомство с соляной кислотой. В конце XVI в. (1595) о ней упоминает в своей «Aлхимии» Либавиус, в XVII в. – Василий Валентин.

Свободный хлор, возможно, был получен И. Глаубером, а затем Ван Гельмонтом и Р. Бойлем, однако честь официального открытия хлора несомненно принадлежит К. Шееле в 1774 г.

В промышленности хлор получают электролизом растворов или расплавов поваренной соли – NaCl. Реакцию электролиза раствора NaCl можно представить следующим уравнением:
.
Хлор в лабораторных условиях обычно получают нагреванием смеси соляной кислоты с различными окислителями. В качестве окислителей могут быть использованы МnО2, NaМnО4, NaС1О3. Реакции протекают по схеме:
,

,

.
Бром (brome от греческого – зловонный) впервые был получен в 1825 г. Левигом. Он выделил бром из воды источника, воздействуя на нее хлором.

В промышленности для получения брома применяют реакцию окисления бромидов хлором. Для этого через насыщенный раствор бромида пропускают хлор:
.
Йод был открыт фабрикантом мыла и селитры Куртуа в 1811 г.

Основным промышленным источником получения йода являются морские водоросли и нефтяные буровые воды. В нашей стране был разработан метод получения йода из йодоносных буровых вод нефтяных скважин.

В лабораторных условиях бром и йод получают одним и тем же способом, а именно действием оксида марганца (IV) на бромиды или йодиды в кислой среде:
.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Похожие:

Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу iconМетодические указания к лабораторным работам для студентов Казань 2004 Составители: М. Г. Габидуллин, Д. С. Смирнов удк 691: 620
Проектирование составов и испытания тяжелых бетонов и строительных растворов. Методические указания к лабораторным работам по курсу...
Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу iconМетодические указания к лабораторным работам
Дискретная математика: Методические указания к лабораторным работам / Рязанская государственная радиотехническая академия; Сост....
Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу iconМетодические указания к лабораторным работам «спектрофотометрический анализ»
Методические указания к лабораторным работам «спектрофотометрический анализ» по спецкурсу «оптические методы анализа» для студентов...
Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу iconМеханика методические указания к лабораторным работам по физике для бакалавров Челябинск 2007 Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе
Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе
Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу iconМетодические указания к лабораторным работам по дисциплине «Моделирование систем» для студентов всех форм обучения специальности
Имитационное моделирование систем управления с помощью пакета программ vissim: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине...
Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу iconМетодические указания к лабораторным работам №1,2,3,4 для студентов 3-го курса физико-технического факультета Екатеринбург 2000
Механика сплошных сред: Методические указания к лабораторным работам для студентов 3-го курса физико-технического факультета
Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу iconМетодические указания к лабораторным работам по гидравлике для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения специальностей
Описание экспериментальной установки для проведения лабораторных работ по курсу гидравлики
Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу iconМетодические указания к лабораторным работам по курсу «Основы технологии машиностроения»
...
Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу iconМетодические указания к лабораторным работам по курсу «Схемотехника эвм»
В данных методических указаниях приведены необходимые для выполнения работ общие теоретические сведения, логические структуры и принципиальные...
Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу iconМетодические указания к лабораторным работам для студентов строительных специальностей
Древесина методические указания к лабораторным работам для студентов строительных специальностей
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org