Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.

Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ ПО НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Сорокина О.В. Утверждено библиотечным Советом МИТХТ им. М.В. Ломоносова Московская Государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова (МИТХТ), 2006 г. IА И IIА ГРУППЫ

ПРИСТУПАЯ К ИЗУЧЕНИЮ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ КАКОЙ ЛИБО ГРУППЫ СЛЕДУЕТ РАССМОТРЕТЬ: 1. положение этих элементов в Периодической системе 2. электронное строение 3. величину и характер изменения размеров изолированных атомов 4. энергетические характеристики отдельных атомов: - энергии ионизации - сродство к электрону - электроотрицательность

4*. степени окисления 5. простые вещества, характер химической связи в них 6. свойства простых веществ: - агрегатное состояние, энергетические характеристики плавления и испарения - температуры плавления, кипения, плотность и другие физические характеристики 7. химические свойства простых веществ: - окислительно-восстановительные свойства - взм. с простыми веществами - взм. с Н2О - взм. с кислотами и основаниями 7*. получение простых веществ

8. свойства важнейших соединений 8*. синтезы 9. нахождение в природе: - кларки - минералы 10. практическое значение соединений данной группы элементов, основные технологии 11. токсичность

ЭЛЕКТРОННАЯ ФОРМУЛА

ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА Кроме Ве – все активные металлы A) реагируют как восстановители с простыми и сложными веществами: M – ne = Mn+ (n = 1,2) Б) в ЭХРН – самые левые:

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

«ЗВЕЗДА» ЭIA, IIA МГ МГ2 Г2 (горение) O2 (на возд.) MO2 (K, Rb, Cs) Li2O Na2O2 MgO, BeO CaO, CaO2… BaO2 S M2S MS N2 M3N, Li3N (tкомн.) M3N2 H2O MOH+H2 M(OH)2 (M: Li-Cs, Ca-Ra) H2 MH MH2

ГОРЕНИЕ МАГНИЯ В ВОДЕ © МИТХТ

ГИДРИДЫ: - ионные крист. (щ.м., щ.-з.м.) - полимеры [(Be, Mg)H2]n LiH + H2O = LiOH + H2 НИТРИДЫ: Mg3N2 + 8H2O = 3Mg(OH)2 + 2NH3 . H2O t t NH3 H2O

НИТРИДЫ ИОННЫЕ N3- 6Li(т) + N2(г) = 2Li3N(т) (при 200С) 3Mg(т)(Ra) + N2(г) = Mg3N2(т) (при t0) (Na÷Cs) Mg3N2 + 6H2O(г) = 3Mg(OH)2 + 2NH3 (на воздухе)

ГИДРИДЫ ИОННЫЕ H- LiH ÷ CsH (t) и CaH2 ÷ RaH2 (t) (Be, Mg) CaH2(т) + 2H2O(ж) = Ca(OH)2(т) + 2H2(г)

КАРБИДЫ (АЦЕТИЛЕНИДЫ) [–C≡C–]2- Li(Ca)(т) + С(т) = Li2C2(CaC2)(т) tº CaC2(т) + 2H2O(ж) = Сa(OH)2(т) + C2H2(г)

КАРБИДЫ (МЕТАНИДЫ) ПОЛУЧЕНИЕ: 4Al + 3C(графит) = Al4C3 1500 - 1700C Al4C3(т) + 12H2O(ж) = 4Al(OH)3(т) + 3CH4(г) 4Li + C(графит) = Li4C (Be2C) tC

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА (с водой) c H2O без t0 все, кроме Be и Mg 2Na(т) + 2H2O(ж) = 2NaOH(p) + H2(г) Be + Н2О≠ ПРВе(ОН)2 = 8,0 . 10-22 Mg + 2H2O ≠ НО: Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2(г) ПРMg(ОН)2 = 6,8 . 10-12

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА (с кислотами-неокислителями) Mg + 2H3O+ = 2Mg2+ + H2 + 2H2O только в случае образования растворимой соли

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА (с кислотами-окислителями) Be – пассивируется (как Al) 4Mg + 10HNO3(o.p.) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O 4Mg + 5H2SO4(к) = 4MgSO4 + H2S + 4H2O

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА (с основаниями) с основаниями – только Be Be(т) + 2NaOH(p) + 2H2O = Na2[Be(OH)4](p) + H2(г)

АМФОТЕРНОСТЬ БЕРИЛЛИЯ Be + 2H3O+ + 2H2O = [Be(H2O)4]2+(p) + H2 Be + 2OH- + 2H2O = [Be(OH)4]2-(p) + H2

ДИАГОНАЛЬНАЯ ПЕРИОДИЧНОСТЬ

КИСЛОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ IA ОКСИД O2- ПЕРОКСИД O22- НАДПЕРОКСИД O2- 4Li(т) + O2(г) = 2Li2O(т) 2Na(т) + О2(г) = Na2О2(т) K(Rb, Cs)(т) + О2(г) = KО2(т) t t t

КИСЛОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ IIA ОКСИД ПЕРОКСИД 2Be(Sr)(т) + О2(г) = ВеО(SrO)(т) Ba(т) + O2(г) = BaO2(т) Сa(OH)2(т) + H2O2(конц.) = CaO2(т) + 2H2O(ж)

СОЕДИНЕНИЯ

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПЕРОКСИДОВ Na2O2 + 2H2O + 2e = 2Na+ + 4OH-  = 1,2B Na2O2 - 2e = 2Na+ + O2  = -0,56B 3Na2O2 + 2KCr(SO4)2 + 4KOH = 2K2CrO4 + K2SO4 + 3Na2SO4 + 2H2O ОБЛАДАЮТ ДВОЙСТВЕННЫМИ ОВ СВОЙСТВАМИ +IV +VI

ОЗОНИДЫ MOH + O3  MO3 + H2O + O2 M = K, Rb, Cs

ГИДРОКСИД МАГНИЯ Mg + 2H2O ≠ Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2(г) НО: t И ВОЗМОЖНО: Mg + NH4Cl + 2H2O  Mg(OH)2(T) + NH4Cl + H2(г)

СЛОЖНЫЕ ВЕЩЕСТВА 1. Mn+–катионы (в ион. крист.) КРОМЕ Be2+ 2. M2O, MOH MO, M(OH)2 имеют основный характер (кроме Be) 3. В водном р-ре – сильные электролиты (растворимые гидроксиды – сильные основания) 4. 5. Соли – MX, MX2; аквакатионы – непротолиты (кроме Be, Mg)

ПЕРОКСИДЫ С ВОДОЙ Na2O2 + H2O  NaHO2 + NaOH

ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА BaO2 + CO2 + H2O = H2O2 + BaCO3

ПРИМЕНЕНИЕ Na2O2 + CO2 = Na2CO3 + 1/2O2 2NaO2 + CO = Na2CO3 + O2  Na2O2 + CO = Na2CO3 

СОЛИ МАЛОРАСТВОРИМЫ: LiF, Li3PO4, Li2CO3, Cs3Bi2I9, Na[Sb(OH)6], K3[Co(NO2)6], Ca, Sr, Ba – карбонаты, сульфаты, хроматы…

РАСТВОРИМОСТЬ

КАРБОНАТЫ MO(т.)+CO2(г.)  MCO3(т.)

КАРБОНАТЫ MCO3(т.)  M2+(p.) + CO32- CO32- + CO2 + H2O  2HCO3- MCO3(т.) + CO2 + H2O = M(HCO3)2(p.) M(HCO3)2 = MCO3(T) + CO2 + H2O

РАСТВОРИМОСТЬ Гидрокарбонаты ЩЗМ – хорошо растворимы. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ ПЕРЕНОС КАРБОНАТОВ В ПРИРОДЕ

ХРОМАТЫ MСrO4(т.)  M2+(p.) + CrO42-(p.) CrO42- + H2O  HCrO4- + OH- 2HCrO4-  H2O + Cr2O72- 2MСrO4(т.) + 2HCl = MCr2O7(p.) + MCl2 + H2O H+ H+ H3O+ H3O+ H3O+ (CH3COOH, HCl)

ХРОМАТЫ (продолжение) CaCrO4 – растворим (13,2 г. в 100 гр. Н2О)

РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ Кларк – среднее относительное содержание химического элемента в земной коре (в масс. долях, %). 2 - 4% ОСТАЛЬНЫЕ: от 5 . 10-12% Ва до 10-21% Fr – редкие и рассеянные Минералы – природные химические соединения, образовавшиеся в результате геохимических процессов. NaCl - галит; KCl - сильвин KCl . MgCl2 . 6H2O - карналит CaCO3 - кальцит; CaSO4 . 2H2O – гипс Руда – минерал промышленного использования.

В ПРИРОДЕ

МИНЕРАЛЫ Li – алюмосиликаты (сподумен) Na - галит NaCl; мирабилит Na2SO4.10H2O K - сильвин KCl; сильвинит KCl.NaCl Mg - карналлит KCl.MgCl2 ; доломитMgCO3.CaCO3 Ca - гипс CaSO4.2H2O; ангидрит CaSO4 флюоритCaF2 ; кальцитCaCO3 Sr - стронцианит SrCO3; целестин SrSO4 Ba - барит BaSO4

ПОЛУЧЕНИЕ электролиз расплавов солей

ПРИМЕНЕНИЕ ЛЕБЛАН (1791 г.) Na2SO4(т.) + CaCO3(т.) +2C2(т.)  Na2CO3(ж.) + CaS(ж.) + 2CO2 1000ºC СОЛЬВЕ (1863г.) NaCl(p.) + NH3 + H2O + CO2  NaHCO3 + NH4Cl Na2SO4 (NH4)2SO4 CaCO3  CaO + CO2 1000ºC CaO + NH4Cl(H2O)  CaCl2 + NH3 + H2O t 2NaHCO3  Na2CO3 + CO2 + H2O 160ºC