Важные элементы водород и кислород и их соединения

характеристика водорода и кислорода

подготовка и производство водорода и кислорода

использование водорода и кислорода

вода

перекись водорода

 

1)Водород - первый элемент Периодической системы (1-й период, порядковый номер 1). В таблицах условно помещается в главную подгруппу I и VII группы, так как может проявлять восстановительные свойства щелочных металлов, так и окислительные свойства галогенов. Молекула водорода состоит из двух атомов и образована ковалентной неполярной связью. Атом водорода наименьший по размерам и самый легкий среди атомов всех элементов. Водород почти не растворим в воде, проявляет амфотерные свойства - металлические и неметаллические. Образует соединения со всеми элементами, кроме гелия, неона и аргона, входит в состав многочисленных оксидов, гидроксидов, солей кислородсодержащих кислот. Жизненно важный элемент для всех организмов, содержится в большинстве органических веществ, участвует во многих биохимических процессах, обеспечивающих развитие и функционирование жизни.

    В космосе водород является самым распространенным элементом. Наше солнце более чем наполовину состоит из водорода. На этой звезде, как и на многих других, из ядер атомов водорода образуются ядра атомов гелия и других химических элементов. На Земле водород содержится в виде соединений, важнейшим из которых является вода. В лаборатории водород можно получить реакцией замещения водорода в соляной или серной кислотах на цинк. Можно использовать и другие металлы, которые в ряду активности стоят слева от водорода.

    В промышленности водород применяется во многих сферах, например водород используется в качестве ракетного топлива, применяется при производстве маргарина. Реакции с водородом используют для получения различных веществ, таких как аммиак, соляная кислота, вольфрам и так далее.

 

2) Кислород – самый распространенный элемент на нашей планете, вторая по количеству и первая по значению для жизни составляющая часть воздушной оболочки Земли. Входит в состав многочисленных минералов твердой оболочки земной коры – литосферы. Кислород существует в форме О2, это газ без цвета и запаха. В жидком состоянии имеет светло-голубую окраску, в твердом – синюю. Кислород взаимодействует почти со всеми простыми веществами, кроме галогенов, благородных газов, золота и платиновых металлов. Реакции металлов и неметаллов с кислородном протекают с выделением большого количества теплоты и сопровождаются воспламенением. Почти все реакции с участием кислорода экзотермические, кроме реакции азота с кислородом, эта реакция эндотермическая. Кислород окисляет не только простые, но и сложные вещества, при этом образуются оксиды элементов, из которых они образованы. Высокая окислительная способность кислорода лежит в основе горения всех видом топлива. Кислород также участвует в процессах дыхания и медленного окисления пищи в нашем организме, которое является источником энергии, за счет которого живет организм. Кислород способен образовывать с гемоглобином соединения, в результате которых образуется оксигемоглобин, который в свою очередь доставляет во все ткани и клетки организма кислород, который окисляет белки, жиры и углеводы, образуя при этом оксид углерода и воду и освобождая энергию, необходимую для жизни организма. Растения также поглощают атмосферный кислород. Но если в темноте идет только процесс поглощения кислорода, то на свету происходит еще один процесс – фотосинтез, в результате которого растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Таким образом, содержание кислорода на Земле сохраняется, благодаря жизнедеятельности зеленых растений.

    В промышленности кислород получают из жидкого воздуха, а в лаборатории – разложением пероксида водорода в присутствии катализатора - оксида марганца, а так же разложением перманганата калия при нагревании.

    Кислород применяют в металлургической и химической промышленности для ускорения производственных процессов. Чистый кислород применяют также для получения высоких температур, при газовой сварке или резке металлов. Его используют для жизнеобеспечения на подводных и космических кораблях. В медицине кислород применяют в случаях временного затруднения дыхания.

 

3) Вода – самое распространенное в земной коре вещество. Вода – основа гидросферы нашей планеты, кроме того, она содержится в атмосфере, в виде льда образует полярные шапки Земли и высокогорные ледники, а также входит в состав различных горных пород. Массовая доля воды в человеческом организме составляет около 70 %. Вода – единственное вещество, у которого во всех трех агрегатных состояниях есть свои особые названия. Наличием водородной связи у воды объясняется аномально высокие значения её температур плавления и кипения. Вода способна расширяться при замерзании и имеет максимальную плотность при температуре +4°С. Вода обладает высокими значениями теплоты плавления и теплоты парообразования, которые академик В.И.Вернадский рассматривал, как константы планетарного значения. Вода имеет высокую теплоемкость и высокое поверхностное напряжение. Вода также является главным растворителем не только в живой, но и в неживой природе.

 Химические свойства воды:

- Взаимодействует с щелочными и щелочноземельными металлами

- Взаимодействует с основными и кислотными оксидами

- Разлагается под действием света, тока или высоких температур (свыше 1500°С)

- Реагирует со многими оксидами неметаллов

 

4) Пероксид водорода (перекись водорода), H2O2 — простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость без запаха или со слабым своеобразным запахом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Пероксид водорода является хорошим растворителем. Из воды выделяется в виде неустойчивого кристаллогидрата. Оба атома кислорода находятся в промежуточной степени окисления −1, что и обуславливает способность пероксидов выступать как в роли окислителей, так и восстановителей. Пероксид водорода получают в промышленности при реакции с участием органических веществ, в частности, каталитическим окислением изопропилового спирта. В промышленных масштабах пероксид водорода получают электролизом серной кислоты. Применяют раствор перекиси водорода в качестве дезинфицирующего средства для промываний и полосканий. Используется как отбеливатель на текстильном производстве и при изготовлении бумаги. Также используется в качестве пенообразователя при производстве пористых металлов.

 

 

Полуметаллы — химические элементы, расположенные в периодической системе на границе между металлами и неметаллами, для них характерно наличие ковалентной кристаллической решётки и металлической проводимости По своим химическим свойствам полуметаллы являются неметаллами, но по типу проводимости относятся к проводникам. В отличие от полупроводников полуметаллы обладают электрической проводимостью при абсолютном нуле температуры, и в отличие от металлов с повышением температуры их проводимость возрастает. Основное применение в промышленности полуметаллы нашли в производстве полупроводников, без которых немыслима ни одна современная микросхема или микропроцессор.

 

К полуметаллам относят кремний, бор, германий, мышьяк, сурьму, теллур, иногда -висмут, полоний и астат, а также олово, имеющее полупроводниковую форму, и аллотропные модификации углерода - графит и фосфора - металлический фосфор. Вероятно, теннессин также является полуметаллом^[3].

По своим химическим свойствам элементы бор, кремний, мышьяк и теллур являются неметаллами, но германий и сурьма наряду с неметаллическими свойствами обладают и металлическими (например, реагируют с кислотами с образованием солей). По типу проводимости бор, кремний, германий и теллур относятся к полупроводникам, а мышьяк и сурьма обладают металлической проводимостью. Расплавы германия и кремния так же обладают металлической проводимостью. По своим внешним характеристикам ярко выраженными признаками металлов (характерный блеск, цвет) обладают германий, сурьма и теллур, у бора, кремния и мышьяка они выражены гораздо слабее. Для всех простых веществ данных элементов характерно кристаллическое строение, высокая твёрдость и хрупкость.

В отличие от полупроводников полуметаллы обладают электрической проводимостью вблизи абсолютного нуля температуры, в то время как полупроводники (тем более диэлектрики) в этих условиях — изоляторы.

Характерной особенностью полуметаллов является слабое перекрытие валентной зоны и зоны проводимости, что приводит, с одной стороны, к тому, что полуметаллы остаются проводниками электрического тока вплоть до абсолютного нуля температуры, а с другой стороны — с повышением температуры число носителей тока (электронов и дырок) возрастает, но всё-таки остаётся небольшим, достигая концентрации 10¹⁸—10²⁰см⁻³, или 10⁻³ на атом.

Носители тока в полуметаллах отличаются большой подвижностью и малой эффективной массой. Благодаря этому полуметаллы — наиболее подходящие объекты для наблюдения размерных эффектов, фазовых переходов полуметалл — диэлектрик в сильных магнитных полях и ряда других явлений.

Полуметаллы бывают разных типов: элементы, более близкие по свойствам к металлам (германий, сурьма, полоний), элементы, средние по свойствам, то есть имеющие металлические внешние признаки, а по химическим реакциям более близкие к неметаллам (бор, кремний, мышьяк, теллур), элементы, почти полностью являющиеся металлами, но проявляющие слегка заметные неметаллические признаки (бериллий, алюминий, висмут, олово, галлий, цинк) и элементы, проявляющие неметаллические свойства, но по некоторым аллотропным модификациям сходные с металлами (водород (неметалл полностью по всем внешним признакам, но в химических реакциях ведёт себя как металл), углерод (мод. графит), фосфор (мод. чёрный фосфор), селен (мод. серый селен) и йод). Получается, что к классу «неметаллы» полностью относятся только азот, кислород, фтор, сера, хлор, бром и все инертные газы.

Билет 6 Переходные и внутренне переходные металлы — важные d-элементы и их соединения, координационные соединения (терминология, значение), характеристика р-элементов, ядерная энергия

6. Struktura, vlastnosti a chování d prvků

d – prvky (nejdůležitější prvky – železo, měď, zlato, stříbro, rtuť)

charakteristika, výskyt, výroba, použití

6. Строение, свойства и поведение d—элементов
 d–элементы (самые важные элементы – железо, медь, золото, серебро, ртуть)

характеристика, распространенность, производство, использование

К d-элементам относятся 32 элемента периодической системы, в электронных конфигурациях которых заполняется d -подуровень. D-элементы принято называть переходными. Все d -элементы в свободном виде являются металлами, обладающими высокой твердостью, прочностью, высокими температурами плавления и кипения, высокими значениями тепло- и электропроводности. Высокая прочность и твердость кристаллических решеток d -металлов объясняется большой долей ковалентных связей. Многие d -элементы растворяются в минеральных кислотах- не окислителях, в ряду стандартных потенциалов стоят до водорода. Но есть и устойчивые металлы, которые с кислотами не реагируют.

1) Железо – металл средней активности, в своих соединениях проявляет степени окисления +2 и +3, также существует степень окисления +6. Температура плавления 1539°С, очень пластичный, обладает способностью намагничиваться и размагничиваться. Ему можно придать большую твердость и плотность методами термического и механического воздействия. Железо взаимодействует с кислотами, кислородом, с галогенами, с неметаллами. Железо восстанавливает металлы, которые в ряду активности стоят правее него, из растворов солей. В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита и магнетита. Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс. Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства. Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов. В живых организмах железо является важным микроэлементом, катализирующим процессы обмена кислородом (дыхания).

2) Медь - золотисто-розовый пластичный металл, находится в 4-м периоде, в 1 группе, побочной подгруппе, наиболее устойчивые степени окисления +1 и +2. В необычных условиях можно получить соединения со степенью окисления +3 и даже +5. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления и в широком диапазоне температур слабо зависит от нее; является диамагнетиком. Медь является слабым восстановителем, не вступает в реакцию с водой и разбавленной соляной кислотой. Окисляется концентрированнымисерной и азотнойкислотами, «царской водкой», кислородом, галогенами, халькогенами, оксидаминеметаллов. Вступает в реакцию при нагревании с галогеноводородами. Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз. Медь широко применяется в электротехнике для изготовления кабелей, проводов или других проводников. Медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов. В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям.

3) Золото - мягкий металлжёлтого цвета, наиболее устойчивая степень окисления золота в соединениях +3, относительно устойчивы также соединения со степенью окисления +1,существуют соединения золота со степенью окисления −1, называемые ауридами. Золото обладает высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением. Очень тяжёлый металл, с высокой плотностью и пластичностью. Температура плавления золота 1064 °C, кипит при 2856. Плотность жидкого золота меньше, чем твёрдого, и составляет 17 г/см³ при температуре плавления. Жидкое золото довольно летуче, и активно испаряется задолго до температуры кипения. При нормальных условиях оно не взаимодействует с большинством кислот и не образует оксидов, поэтому его относят к благородным металлам. Из чистых кислот золото растворяется только в концентрированной селеновой кислоте при 200 °C, кроме того растворяется в хлорной воде и ртути. Сравнительно легко реагирует с кислородом и другими окислителями при участии комплексообразователей. При нагревании может реагировать с хлором.

Для получения золота используются его основные физические и химические свойства: присутствие в природе в самородном состоянии, способность реагировать лишь с немногими веществами. С развитием современных технологий более популярными становятся химические способы – амальгамация, цианирование и регенерация. Имеющееся в настоящее время в мире золото распределено так: около 10 % — в промышленных изделиях, остальное делится приблизительно поровну между централизованными запасами (в основном, в виде стандартных слитков химически чистого золота), собственностью частных лиц в виде слитков и ювелирными изделиями.

 

4) Серебро - элемент 11 группы, пятого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 47. Ковкий, пластичныйблагородныйметалл серебристо-белого цвета с температурой плавления — 962 °. Обладает самой высокой тепло- и электропроводностью среди всех известных металлов. Наиболее устойчивой степенью окисления серебра в соединениях является +1. Более высокие степени окисления (+2, +3) серебро проявляет только в соединении с кислородом и фтором. Не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах. Однако в окислительной среде (в азотной, горячей концентрированной серной кислоте, а также в соляной кислоте в присутствии свободного кислорода) серебро растворяется, растворяется оно также в хлорном железе и в ртути. Не окисляется кислородом даже при высоких температурах, однако может быть окислено кислородной плазмой или озоном в виде тонких пленок. За счет своих свойств, серебро активно применяется в электротехнике, так же серебро используют в качестве ювелирных украшений. Используется как дезинфицирующее вещество, в основном для обеззараживания воды.

 

5) Ртуть - элемент шестого периода периодической системы химических элементов с атомным номером 80. Переходныйметалл, при комнатной температуре представляющий собой тяжёлую серебристо-белую жидкость, пары которой чрезвычайно ядовиты. Обладает свойствами диамагнетика, образует со многими металлами жидкие и твёрдые сплавы — амальгамы. Для ртути характерны две степени окисления: +1 и +2. Ртуть — малоактивный металл. Она не растворяется в растворах кислот, не обладающих окислительными свойствами, но растворяется в царской водке и азотной кислоте. При нагревании до 300 °C ртуть вступает в реакцию с кислородом, при этом образуется оксид ртути(II) красного цвета. Реакция разложения оксида ртути исторически является одним из первых способов получения кислорода. Ртуть также реагирует с галогенами (причём на холоде — медленно). Ртуть можно окислить также щелочным раствором перманганата калия и различными хлорсодержащими отбеливателями. Ртуть получают обжигомкиновари (сульфида ртути(II)) или металлотермическим методом. Ртуть используется как рабочее тело в ртутных термометрах, Парами ртути заполняют люминесцентные лампы, поскольку пары светятся в тлеющем разряде.

 

Билет 7 Углерод как основа органической химии — состав, структура, обычные свойства и классификация органических соединений, изомерия, типы формул органических соединений, основа терминологии органических соединений, основные химические реакции