Получение кислорода и изучение его свойств 5 страница

В 1798 г. Дэви, который уже приобрел репутацию хорошего химика, был приглашен в Бристольский Пневматический институт, где изучалось действие различных газов на человеческий  организм.  Там  в  1799 г.  он  открыл  опьяняющее  действия  на  человека

«веселящего газа» (закиси азота, N2O).

Однажды в лаборатории разбилась склянка с монооксидом диазота N2О, и Дэви почувствовал сильное опьяняющее («веселящее») действие этого газа. Оказалось, что при вдыхании N2О в незначительном количестве он вызывает судорожный смех – отсюда его название «веселящий газ». Одно время среди молодых аристократов стало модным посещать лабораторию Дэви и, слегка подышав газообразным N2О, немного опьянеть от него, разразиться беспричинным смехом, судорожно двигаться и, наконец, заснуть в нелепой позе. При вдыхании большого количества N2О действует наркотически. Случилось так, что перед испытанием монооксида диазота у Дэви разболелся зуб; подышав этим газом, химик с удивлением обнаружил, что боль прошла (правда, вскоре она возвратилась).

Так впервые были открыты анестезирующие (обезболивающие) свойства этого вещества.

Дэви  испытал  на  себе  действие  водорода  Н2  и  метана  СН4.  Первая  же  порция вдыхаемого метана парализовала мускулы тела, а  вторая и

третья               привели               испытателя               в

 

бессознательное состояние. Лаборант сумел вовремя закрыть кран, и к Дэви постепенно стало возвращаться сознание. После этого Дэви тяжело болел.

В 1801 г. Дэви стал ассистентом, а в 1802 г. – профессором Королевского института. Работая  в Королевском институте, Дэви увлекся изучением действия электрического тока на различные вещества. В 1807 г. он получил металлический калий и натрий электролизом едкого кали и едкого натра, считавшихся неразложимыми веществами. В 1808 г. получил электролитическим путём амальгамы  кальция,  стронция,  бария  и  магния.  Во  время

 

Рисунок 169. Медаль Дэви – престижнейшая награда

в мире науки

опытов с неизвестными металлами в результате попадания расплавленного калия в воду произошел взрыв, в результате которого Дэви серьёзно пострадал, потеряв правый глаз.

Независимо от Ж. Гей-Люссака и Л. Тенара Дэви выделил бор из борной кислоты и в 1810 г. подтвердил элементарную природу хлора. Опровергнув взгляды А. Лавуазье, который считал, что каждая кислота обязательно содержит кислород, Дэви предложил водородную теорию кислот. В 1807 г. Дэви выдвинул электрохимическую теорию сродства, согласно которой при образовании химических соединений происходит взаимная нейтрализация зарядов, присущих простым телам; при этом чем больше разность зарядов, тем прочнее соединение.

В 1808–1809 гг. Дэви, используя мощную электрическую батарею из 2 тыс. гальванических элементов, получил электрическую дугу между двумя  угольными стержнями, соединенными с полюсами батареи (позже эту дугу назвали вольтовой). В 1815 г. он сконструировал безопасную рудничную лампу с металлической сеткой, которая спасла жизнь многим шахтерам, а в 1818 г. получил в чистом виде еще один щелочной металл – литий. В 1821 г. он установил зависимость электрического сопротивления проводника от его длины и сечения и отметил зависимость электропроводности от температуры. В 1803–1813 гг. Дэви читал курс сельскохозяйственной химии; он высказал мысль о том, что минеральные соли необходимы для питания растений, и указал на необходимость полевых опытов для разрешения вопросов земледелия.

В 1812 г., в возрасте тридцати четырех лет, за свои научные заслуги Дэви получил титул лорда. В это же время у него обнаружился и поэтический талант; он вошел в кружок английских поэтов-романтиков так называемой «озерной школы». В 1820 г. Дэви стал президентом Лондонского Королевского общества – английской академии наук.

Умер Дэви 29 мая 1829 г. в Женеве. Похоронен он в Вестминстерском аббатстве в Лондоне, в месте захоронения выдающихся людей Англии. Дэви вошел в историю как основатель новой науки – электрохимии, автор открытий многих новых веществ и химических элементов, а также как учитель другого крупнейшего английского ученого – Майкла Фарадея. В честь Гемфри Дэви Лондонское Королевское общество учредило награду для выдающихся учёных – медаль Дэви.

86.  Серебро – Argentum, Ag (47)

Войско Александра Великого, более известного под именем Македонского, двигалось с боями по странам Азии (IV в. до н.э.). После того как войска вступили на территорию Индии, среди воинов начались тяжелые желудочно-кишечные заболевания.

После ряда кровопролитных сражений и пышно отпразднованных побед весной 326 г. Александр  вышел  к  берегам  Инда.  Однако  победить  главного  своего  врага  –  болезнь  –

«непобедимое» войско Александра не могло. Воины, истощенные и обессиленные, отказались идти вперед к берегам Ганга, куда влекла Александра жажда завоеваний. Осенью 326 г. войска Александра начали отступление.

Сохранившиеся описания истории походов Александра Македонского показывают, что рядовые воины болели чаще, чем военачальники, хотя последние находились в походе в одинаковых условиях с рядовыми воинами и в равной степени делили с ними все неудобства и лишения походной жизни. Только через 2250 лет причина различной заболеваемости воинов Александра Македонского была найдена. Она заключалась в разности снаряжения: рядовому воину полагался оловянный бокал, а военачальнику – серебряный.

Как известно, абсолютно нерастворимых веществ в природе нет. Правда, одни вещества растворяются хорошо, другие – хуже, третьи же, на первый взгляд, кажутся совсем нерастворимыми. Но так только кажется. Вещество, которое мы считаем нерастворимым, при более тщательном изучении обладает очень малой растворимостью. Такой малой растворимостью обладает и серебро. В отличие от других металлов незначительные, буквально невесомые количества растворенного серебра способны убивать микроорганизмы, находящиеся в воде. Среди них, конечно, могут быть и те, которые являются причиной желудочно-кишечных заболеваний. Поэтому вода, хранящаяся в серебряном сосуде, долгое время не портится. Растворившееся серебро убивает микроорганизмы, размножающиеся при гниении. Достаточно несколько миллиардных долей грамма серебра, чтобы  обезвредить литр воды. Для придания воде бактерицидных свойств достаточно кратковременного контакта с серебром.

Так, употребление серебряных кубков, хотя бы частично, предохраняло военачальствующий состав армии Александра Македонского от желудочно-кишечных расстройств и заболеваний. Возможно, что подобного рода наблюдения над своеобразными свойствами серебра привели еще раньше жителей древнего Египта (2500 лет до н.э. у них серебро ценилось дороже золота) к оригинальному способу лечения открытых ран: на раны накладывали серебряные пластинки.

В наше время обеззараживающие свойства серебра и его солей широко используются в санитарной технике и медицине для стерилизации воды, изготовления «серебряной марли»,

«серебряной ваты» для лечения кожных заболеваний, трудно заживающих ран, язв и т.д.

Количество растворенного серебра зависит от поверхности соприкосновения его с водой. Чтобы не увеличивать поверхности серебряных изделий, исследователи предложили осаждать серебро в виде тончайшей пленки на зернах обычного песка. Фильтрация воды через такой «серебряный песок» достаточна для того, чтобы вода освободилась от микробов. Затрата серебра сводится при этом к минимуму, а достигаемый результат становится максимальным.

Большую роль в нашей повседневной жизни играет зеркало. Зеркало – не предмет роскоши, а насущная необходимость. Невозможность видеть самого себя для современного человека почти немыслима. Бритье, исправление небрежностей в одежде, уход за состоянием лица и многое другое невозможно осуществить без зеркала. И неудивительно, что зеркало является одним из древних предметов человеческого обихода. Долгое время роль зеркал играли полированные металлические пластинки, чаще всего золотые или серебряные. Понятно, что такие зеркала были очень дороги и, представляя большую ценность, являлись достоянием богатых людей. После «изобретения» первого сплава – бронзы – в обиход вошли зеркала из бронзы. Бронзовые и медные зеркала были широко распространены у римлян и греков. Много таких зеркал было найдено при раскопках Помпеи. Металлические зеркала из бронзы, меди и серебра существовали на протяжении весьма долгого времени.

Стеклянные зеркала, несмотря на то, что стекло было изобретено очень давно, появились сравнительно поздно. Это объясняется тем, что для изготовления стеклянного зеркала нужны были уже достаточные знания, которыми в древности еще не располагали. Стеклянное зеркало по сути дела тоже является металлическим. Ведь отражающим в стеклянном зеркале является металл, только в виде тонкого слоя, нанесенного на гладкую стеклянную поверхность. Стекло, таким образом, лишь прозрачная основа, держащая на себе тончайшее металлическое зеркало. Для изготовления стеклянного зеркала необходимо было иметь совершенно бесцветное, чистое, прозрачное, гладкое стекло с одной стороны, тончайший слой металла, собственно зеркало – с другой. Идеальное и прочное покрытие стеклянной поверхности металлом было третьим необходимым условием для изготовления такого обычного в нашем обиходе, стеклянного зеркала. Впервые более или менее удовлетворительно эти условия были осуществлены около 600 лет назад, когда и стали появляться первые стеклянные зеркала.

Отражательная поверхность первых зеркал готовилась из  свинцово-сурьмяного сплава, однако он быстро тускнел на воздухе и терял необходимые для зеркала свойства. 200 лет спустя был найден ртутно-оловянный сплав. Он обладал хорошей отражательной способностью и несмотря на большую вредность производства (наводчики зеркал отравлялись при изготовлении этого сплава парами ртути) почти до середины XIX в. являлся незаменимым в зеркальном деле.

В 1846 г. был найден способ покрытия стекла тонким слоем серебра. В течение десяти лет совершенствовался этот способ. И только после 1856 г., когда французский химик Птижан и выдающийся немецкий химик Либих нашли простые рецепты для нанесения серебра на стекло, серебряное зеркало на стеклянной основе получило повсеместное распространение. Этими зеркалами пользуетесь и Вы, уважаемый читатель. Но зеркало – но только предмет быта, украшение квартиры. Зеркало – это инструмент врачей, необходимая деталь многих точных измерительных и регистрирующих физических приборов, оно – необходимейшая часть микроскопов и телескопов, с помощью которых человек исследует два мира, противоположных по размерам и одинаковых по беспредельности познания.

Нитрат серебра – ляпис используется в медицинской практике. Мелкораспыленное серебро в виде водных взвесей успешно применяется при лечении ряда тяжелых заболеваний.

Серебро употребляется для изготовления частей заводской аппаратуры в некоторых химических производствах. Серебряные тигли незаменимы для плавки щелочей, которые при высоких температурах «разъедают» почти все остальные металлы.

Издавна применялось серебро и в ювелирном деле, где из него изготовлялись предметы роскоши – пудреницы, табакерки, ручки для вееров, а также художественно выполненные предметы домашнего обихода – чайные и столовые сервизы, ложки, бокалы, кубки и т.д.

Серебро не утратило роли ювелирного металла и в наши дни.

Большие количества серебра расходуются на изготовление разменной монеты. С целью увеличения прочности (серебро – мягкий металл) монеты чеканятся из сплава серебра с медью в соотношении 1:1. Известны случаи чеканки монет из чистого серебра. Такая чеканка имела место в России во времена уральского магната Акинфия Демидова, сына знаменитого тульского кузнеца Никиты Антуфьева, которому Петр I за искусно сделанный на образец заморского «пистоль» даровал земли на Урале, «где руды железные и иные быть могут обнаружиться». Руды действительно обнаружились, и не только железные, но и серебряные. По государственным законам того времени залежи серебра, кем бы и на чьей бы земле они обнаружены ни были, должны были перейти в собственность «императорского двора».  Акинфий  Демидов,  сочетавший  в  себе  гений  первого  русского  промышленника,

основателя русской металлургии на Урале, с нечеловеческой, звериной жестокостью крепостника-заводчика, единовластно распоряжавшегося жизнью тысяч рабов, согнанных в его рудники по чужой воле, решил не отдавать в собственность царского двора найденные залежи серебра.

Понимая, что любые серебряные изделия, изготовляемые им тайно, рано или поздно наведут правительство на мысль о наличии в его распоряжении месторождений серебра, Демидов решил чеканить свои монеты, ничем не отличающиеся от царских. Отличие на самом деле было. Демидовские деньги содержали больше серебра, чем государственные, и с этой точки зрения их нельзя было назвать фальшивыми.

В Невьянске, в глубоком подвале, под высокой башней с курантами, ничем не отличающейся своей архитектурой от сооружений русского средневековья, день и ночь работал демидовский «монетный двор». Демидовские деньги «ходили» в стране наряду с царскими, и даже трудно было сказать, каких из них было больше. Однако слухи о таком монетном дворе, каким-то образом выйдя из Невьянска, доползли и до столицы. Конечно, никто не заикался о ревизии Демидова или расследовании слухов. Даже царица Анна Иоановна предпочитала молчать. Однажды только, играя с Демидовым в карты и получая выигрыш совершенно новенькими монетами, она неожиданно спросила его:  «Твоей  или моей работы, Никитич?».

Предание повествует: «Никитич» встал из-за стола, приятно улыбнулся, развел руками и, покорно наклонившись, ответил: «Мы все твои, матушка императрица... И я – твой, и все мое – твое!».

Всякой истории приходит конец. Пришел конец и тайному «монетному двору». Один из мастеров, спасая свою жизнь от гнева Акинфия, бежал из Невьянска в Петербург. Гонцы от Акинфия имели наказ: «Догнать! Убить! А в случае неудачи – скакать в столицу и сообщить царице «радостную весть» об открытии серебряных залежей».

Пришлось сообщить «радостную весть». В Невьянск была снаряжена комиссия для приема «серебряных богатств». За два дня до ее приезда Акинфий распорядился открыть шлюзы, отделявшие подвал, где был монетный двор, от озера, и главные свидетели демидовского преступления – триста прикованных к стенам рабов – людей без племени и роду – остались под водой.

Таков вкратце рассказ об одном эпизоде из «биографии» серебра, известного человеку с глубокой древности. Встречаясь в самородном состоянии, оно давным-давно обратило на себя внимание человека, и с той поры интерес человека к серебру не ослабевал. Наибольший самородок серебра весил 13,5 т. Главная же масса серебра получается не из собственно серебряных руд, а из сернистых руд цинка, свинца и меди.

В чистом виде серебро – белый, мягкий, тягучий металл, из грамма которого можно вытянуть проволоку длиной в 1800 м и прокатать лист толщиною в 0,002 мм. Серебро обладает наибольшей тепло - и электропроводностью.

Свое название серебро ведет от санскритского слова «аргента», что значит «светлый»; от этого слова произошло и латинское «аргентум» – серебро, вошедшее в употребление химиков всех стран.

С серебром связано происхождение некоторых общепринятых понятий и названий. Так, например, в древней Руси мерой стоимости различных предметов являлись бруски серебра. В случаях, когда тот или иной предмет торговли стоил меньше всего бруска, от бруска отрубали часть, соответствующую стоимости вещи. Эти отрубленные части назывались «рублями», от них и пошло название принятой в нашей стране денежной единицы – рубль. От серебра произошло название и одной из стран Южной Америки – Аргентины.

Металлическое серебро                                                                       Рисунок 170. Слитки серебра    Рисунок 171. Серебро.      Рисунок 172. Самородное Братина московской                        серебро работы. 1-я половина XVII в. Оружейная палата. Москва Соединения серебра
Рисунок 173. Осаждение в водном растворе хлорида серебра AgCl	Рисунок 174. Сульфид серебра Ag2S	Рисунок 175. Руда серебра

 

§28. Молярная масса

Определение молярной массы

Молярная масса – масса 1 моль любого вещества. Молярная масса обозначается символом M и равна отношению массы вещества m к количеству вещества n:

 

                                                                      

Из приведенной формулы несложно определить единицы измерения молярной массы. С учетом того, что масса вещества может измеряться в граммах или килограммах, а количество вещества в моль, то единица измерения молярной массы: г/моль или кг/кмоль.

Молярная масса вещества, выраженная в г/моль, численно равна относительной молекулярной (формульной) массе Mr для веществ молекулярного и ионного строения. Для веществ атомного строения молярная масса равна относительной атомной массе Ar.

Например, молекулярная масса оксида серы (IV) равна 64:

Mr(SO2) = Ar(S) + 2Ar(O) = 32 + 2·16 = 64.

С учетом вышесказанного, молярная масса оксида серы (IV) равна 64 г/моль. То есть, 1 моль этого вещества имеет массу 64 грамма.

Рассмотрим пример вещества с атомным строением, железо. Относительная атомная массе железа равна 56. Следовательно, масса 1 моль железа равна  56 грамм.  Молярная  масса  железа  равна 56 г/моль.

Исходя  из  приведенной  формулы,  можно выразить массу вещества и количество вещества:

Рисунок 176. Массы веществ, количеством вещества 1 моль

                                                       

Вам  уже  известно,  что  количество  вещества  может  быть  рассчитано  при  помощи значения количества частиц вещества и постоянной Авогадро:

�

𝛎 =

�𝐀

Таким образом, количество вещества можно

рассчитать, если известно количество частиц вещества, или масса вещества. Сопоставим эти формулы:

�   𝐦

=

�𝐀      �

Из этой пропорции можно выразить любую величину; так, выражение для расчета

молярной массы вещества примет вид:

� = 𝐦 ∙ �𝐀

�

Формулы для расчетов можно комбинировать и другим способом. Например, формула

для расчета массы вещества:

𝐦 = 𝛎 ∙ �

Если в условии не дано количество вещества, и его необходимо рассчитать при помощи

известного количества частиц, можем скомбинировать две формулы в одну:

𝛎 = � ;         𝐦 = 𝛎 ∙ �        ®   𝐦 =  �  ∙ �

�𝐀

�𝐀

Примеры решения задач

Задача 1.   Определите  количество  вещества  оксида  алюминия  Al2O3  в  его  образце, массой 20,4 г.

Решение:

Для решения задачи воспользуемся формулой:

m

n =

M

Масса оксида известна из условия. Дополнительно рассчитаем молярную

массу оксида алюминия:

M = Mr

Mr(Al2O3) = 2Ar(Al) + 3Ar(O) = 2·27 + 3·16 = 102

M(Al2O3) = 102 г/моль.

Определим количество вещества оксида алюминия:

20,4 г

 

Ответ: 0,2 моль.

n =

102 г/моль

= 0,2 моль.

Задача 2.   Определите  количество  молекул  углекислого  газа,  которые  содержатся  в порции углекислого газа массой 4,4 г.

Решение:

Количество каких либо частиц, в данному случае – молекул, определяется по формуле: N = nNA.

Для расчета необходимо знать количество вещества углекислого газа. С

учетом  того,  что  в  условии  дана  масса  этого  вещества,  количество вещества рассчитаем по формуле:

m

n =

M

М(СО2) = Mr(CO2)

Mr(CO2) = Ar(C) + 2Ar(O) = 12 + 2·16 = 44

M(CO2) = 44 г/моль.

4,4 г

n =

44 г/моль

= 0,1 моль.

Подставим полученное значение в первую формулу:

N = 0,1 моль·6,02·1023 молекул = 0,602·1023 или 6,02·1022 молекул

моль

Расчет можно было провести проще, использовав комбинацию формул: N = nNA  и n = m/M

N = mNA/M

 

4,4 г

N =

44 г/моль

молекул

23                                     23

·6,02·10             = 0,602·10

моль

 

Ответ: 6,02·1022 молекул

или 6,02·1022 молекул

 

Подведем итоги

Вопросы, упражнения и задачи

Определите количество вещества воды, содержащееся в порциях воды массой: а) 1 мг; б) 1 г; в) 1 кг.

Определите количество вещества оксида кальция CaO, масса которого 8 г.

Определите массу кислорода, которая содержится в 0,275 моль.

Определите количество молекул брома Br2, которые содержатся в образце брома массой 4,0 г.

Имеется образец оксида бора B2O3 массой 1,75 г. Определите количество атомов бора и кислорода в данной массе оксида.

Какую массу будут иметь 18,06·1023 атомов натрия?

Вычислите количество атомов углерода в алмазе массой 1 карат (1 карат = 0,2 г).

На левую чашку весов поместили 0,5 моль ртути, а на правую чашку – 5,5 моль магния. С помощью расчетов укажите, в сторону какой чашки отклонится стрелка весов.

Сколько моль железа содержится в гире массой 1 кг, если она состоит на 95% из железа?

Какую  массу  железа  необходимо  взять,  чтобы  в  этом  образце  металла  содержалось столько же атомов, сколько их содержится в 1 г водорода?

Рассчитайте количество (моль) для каждого из указанных ниже веществ, если дано:

1) оксид меди (II) СuО массой 160 г;

2) оксид углерода (IV) СO2 массой 8,8 г;

3) серная кислота H2SO4 массой 9,8 г;

4) соляная кислота НСl массой 3,65 г.

Рассчитайте массу, если известно количество вещества: а) 2 моль железа (Fe);

б) 4 моль азота (N2);

в) 0,1 моль хлора (Сl2);

г) 5 моль серной кислоты (H2SO4).

Выполните соответствующие вычисления и заполните таблицу:

 

m(H2SO4), г	M(H2SO4), г/моль	n(H2SO4), моль	n(H), моль	n(S), моль	n(O), моль	N(H2SO4)	N(H)	N(S)	N(O)
49

Выполните соответствующие вычисления и заполните таблицу:

 

m[Ca(NO3)2], г	M[Ca(NO3)2], г/моль	n[Ca(NO3)2], моль	n(Cа2+), моль	n(NO3⎺), моль	N(Cа2+)	N(NO3⎺)
4,1

По  таблице  составьте  и  решите  задачи.  Заполните  в  таблице  клеточки  со  знаками вопроса:

№ п/п	Вещество	Молярная масса М, г/моль	Масса m, г	Количество вещества n, моль	Число частиц (атомов, молекул) N
1.	O2	32 г/моль	3,2 г	?	?
2.	Zn	65 г/моль	130 г	?	?
3.	Н2O	18 г/моль	180 г	?	?
4.	N2	?	?	0,5 моль	?
5.	СO2	?	?	0,2 моль	?
6.	HNO3	?	?	3 моль N	?
7.	SO2	?	?	?	0,602·1023, …
8.	NO2	?	?	?	…, 12,04·1023
9.	NO	?	?	?	…, 180,3·1023
10.	P4	?	?	?	…, 1,803·1023

Составьте  и  решите  задачи  по  таблице.  Заполните  в  таблице  клеточки  со  знаками вопроса:

 

№ п/п	Вещество	Мr(Аr)	М, г/моль	n, моль	m, г	N
1.	Са	?	?	0,5 моль	?	?
2.	Cl2	?	?	?	7,1 г	?
3.	SO2	?	?	?	?	18,06·1023 молекул
4.	Р2O5	?	?	2 моль	?	?
5.	?	?	?	5 моль	60 г	?

Вычислите, какова молярная масса вещества, если его масса 5,4 г, а количество вещества 0,3 моль? Какое это вещество?

Рассчитайте количество вещества сахара (С12Н22О11) в своем утреннем чае, если в одной ложечке содержится 5 г сахара.

Вычислите  массу  воды,  если  ее  количество  равно  количеству  вещества  кислорода, взятого массой 96 г.