Застосування неметалів. Адсорбція

 

Водень: виробництво амоніаку, хлоридної кислоти, метанолу, перетворення рідких жирів на тверді, зварювання та різання тугоплавких металів, відновлення металів з руд.

Сірка: одержання сульфатної кислоти, виготовлення гуми з каучуку, виробництво сірників та чорного пороху, виготовлення лікарських препаратів.

Бор: складова нейтронопоглинаючих матеріалів ядерних реакторів, захист поверхонь сталевих виробів від корозії, у напівпровідниковій техніці, виготовлення перетворювачів теплової енергії в електричну.

Азот: для виробництва амоніаку, створення інертного середовища при зварюванні металів, у вакуумних установках, електричних лампах. Рідкий азот - як холодоагент у морозильних установках, медицині.

Фосфор: білий – для одержання червоного фосфору, у військовій справі; червоний – для виробництва сірників, у металургії.

Силіцій (кремній): в електроніці й електротехніці для виготовлення схем, діодів, транзисторів, фотоелементів, виготовлення сплавів.

Вуглець: графіт – ливарне, металургійне, радіотехнічне виробництво; виготовлення акумуляторів; адсорбція; у нафтогазовидобувній промисловості для проведення бурових робіт; виготовлення антикорозійних покриттів, технічних мастил; алмаз – виготовлення інструментів для буріння й різання, абразивний матеріал, ювелірні прикраси.

Хлор: виробництво хлоридної кислоти, багатьох органічних розчинників, ліків, мономерів для виробництва пластмас, відбілювачів; як дезінфікуючий засіб.

Адсорбція – це здатність одних речовин утримувати на своїй поверхні частинки інших речовин.

Регенерація – повернення адсорбенту (наприклад, вугіллю) здатності адсорбувати речовини.

На адсорбційній здатності вуглецю базується робота фільтрувального протигазу.

 

Хімічні властивості неметалів

1) Взаємодія з металами. У реакціях з металами неметали проявляють себе виключно як окисники: приймають електрони та набувають від’ємних ступенів окиснення.

Валентність атома неметалічного елементу у бінарній сполуці з металічним становить

вісім мінус номер групи, а ступінь окиснення – номер групи мінус вісім :

Неметал Валентність Ступінь окиснення Назва сполуки
Кисень II -2 Оксид
Фтор I -1 Фторид
Хлор I -1 Хлорид
Бром I -1 Бромід
Йод I -1 Йодид
Сірка II -2 Сульфід
Азот III -3 Нітрид
Фосфор III -3 Фосфід
Вуглець IV -4 Карбід
Кремній IV -4 Силіцид
Водень I -1 Гідрид

 

0 0 +3 -1

2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3 алюміній хлорид

2 Cu + O2 → 2 CuO купрум (ІІ) оксид

Mg + Br2 → MgBr2 магній бромід

Fe + S → FeS ферум (ІІ) сульфід

2 Cu + S → Cu2S купрум (І) сульфід

6 Li + N2 → 2 Li3N літій нітрид

3 Ca + 2 P → Ca3P2 кальцій фосфід

4 Al + 3 C → Al4C3 алюміній карбід

2 Na + H2 → 2 NaH натрій гідрид

2) Взаємодія з неметалами:

а) взаємодія з киснем :

S + O2 → SO2 сульфур (IV) оксид

4 P + 5 O2 → 2 P2O5 фосфор (V) оксид

N2 + O2 → 2 NO нітроген (ІІ) оксид

C + O2 → CO2 карбон (IV) оксид

Si + O2 → SiO2 силіцій (IV) оксид

2 Н2 + О2 → 2 Н2О гідроген оксид (вода)

Галогени (F2 , Cl2 , Br2 , I2 ) з киснем безпосередньо не сполучаються, їх оксиди отримуються іншими шляхами.

б) взаємодія з воднем:

H2 + F2 → 2 HF гідроген фторид (фтороводень)

H2 + Cl2 → 2 HCl гідроген хлорид (хлороводень)

H2 + Br2 → 2 HBr гідроген бромід (бромоводень)

H2 + I2 → 2 HI гідроген йодид (йодоводень)

H2 + S → H2S гідроген сульфід (сірководень)

N2 + 3 H2 → 2 NH3 амоніак

С + 2 Н2 → СН4 метан

Si + 2 H2 → SiH4 силан

в) взаємодія з галогенами :

Si + 2 F2 → SiF4 силіцій (ІV) фторид

S + 2 Cl2 → SCl4 сульфур (ІV) хлорид

S + 3 F2 → SF6 сульфур (VІ) фторид

2 P + 5 Cl2 → 2 PCl5 фосфор (V) хлорид

2 P + 5 S → P2S5 фосфор (V) сульфід

г) взаємодія з водою (тільки деякі неметали) :

Cl2 + H2O → HCl + HClO

хлоридна хлорна (І)

кислота кислота

 

Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном

Гідроген хлорид.

Молекулярна формула HCl

Електронна формула H δ+ : Clδ - (ковалентний полярний зв’язок)

Структурна формула H – Cl

Фізичні властивості: Гідроген хлорид – безбарвна газувата речовина, важча за повітря, з різким, задушливим запахом. Добре розчиняється у воді ( у 1 літрі води розчиняється близько 500 л гідроген хлориду). Водний розчин гідроген хлориду – хлоридна кислота. Пари гідроген хлориду подразливо діють на дихальні шляхи, слизові оболонки .

Добування:

1) взаємодія водню з хлором:

H2 + Cl2 → 2 HCl

2) дія концентрованої сульфатної кислоти на хлориди:

2 NaCl + H2SO4 конц. → Na2SO4 + 2 HCl ↑

Хлоридна кислота

Хлоридна кислота HCl утворюється при розчиненні гідроген хлориду у воді. Максимальна концентрація хлоридної кислоти 40%. Належить до сильних неорганічних кислот.

Фізичні властивості: безбарвна рідина, добре розчинна у воді, димить на повітрі, має різкий, задушливий запах, дуже їдка.

Хімічні властивості: Хлоридна кислота є типовим представником сильних неорганічних кислот і проявляє усі кислотні властивості.

1) Електролітична дисоціація: HCl ↔ H+ + Cl-

Утворені йони Н+ діють на індикатори, змінюючи їх забарвлення: лакмусу – на червоний, метилоранжу - на рожевий, фенолфталеїн залишається безбарвним.

2) Взаємодія з металами: хлоридна кислота реагує з усіма металами, що розташовані у ряду активності перед воднем:

2 Na + 2 HCl → 2 NaCl + H2

2 Na + 2 H+ + 2 Cl- → 2 Na+ + 2 Cl- + H2

2 Na + 2 H+ → 2 Na+ + H2

 

Fe + 2 HCl → FeCl2 + H2

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2

3) Взаємодія з основними та амфотерними оксидами:

CaO + 2 HCl → CaCl2 + H2O

CaO + 2 H+ + 2 Cl- → Ca2+ + 2 Cl- + H2O

CaO + 2 H+ → Ca2+ + H2O

 

Al2O3 + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2O

4) Взаємодія з основами та амфотерними гідроксидами:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

Na+ + OH- + H+ + Cl- → Na+ + Cl- + H2O

H+ + OH- → H2O

 

Al(OH)3 + 3 HCl → AlCl3 + 3 H2O

Al(OH)3 + 3 H+ + 3 Cl- → Al3+ + 3 Cl- + 3 H2O

Al(OH)3 + 3 H+ → Al3+ + 3 H2O

5) Взаємодія з солями:

Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + H2O + CO2

2 Na+ + CO3 2- + 2 H+ + 2 Cl- → 2Na+ + 2 Cl- + H2O + CO2

2 H+ + CO3 2- → H2O + CO2

 

AgNO3 + HCl → AgCl ↓ + HNO3

Ag+ + NO3- + H+ + Cl- → AgCl ↓ + H+ + NO3-

Ag+ + Cl- → AgCl ↓

Взаємодія хлоридної кислоти та її солей з розчином арґентум нітрату – якісна реакція на хлорид-йони Cl- : якщо у розчині містяться хлорид-йони, то при додавані розчину AgNO3 утворюється білий осад аргентум хлориду AgCl.

Застосування хлоридної кислоти:

1) добування хлоридів металів (Цинку, Феруму, Мангану) ;

2) очищення поверхні металів від оксидів перед лудінням (вкриття оловом), нікелюванням, хромуванням ;

3) в медицині: хлоридна кислота входить до складу шлункового соку (майже 0,3 %), сприяє перетравлюванню їжі й убиває хвороботворні бактерії. За нестачі в шлунковому соку хлоридної кислоти лікар призначає вживати її всередину (розбавлений розчин).

 

Хлориди

Хлоридна кислота утворює середні солі хлориди.

NaCl – натрій хлорид , кам’яна ( кухонна) сіль ;

KCl - калій хлорид, сильвініт ;

CaCl2 - кальцій хлорид ;

FeCl2 - ферум (ІІ) хлорид ;

FeCl3 - ферум (ІІІ) хлорид

Фізичні властивості : усі хлориди – тверді кристалічні речовини, найчастіше безбарвні . Більшість з них добре розчиняється у воді.

Добування :

1) взаємодія металів з хлором :

2 Na + Cl2 → 2 NaCl

Cu + Cl2 → CuCl2

2 Fe + 3 Cl2 → 2 FeCl3

2) взаємодія основних та амфотерних оксидів з хлоридною кислотою :

MgO + 2 HCl → MgCl2 + H2O

MgO + 2 H+ + 2 Cl- → Mg 2+ + 2 Cl- + H2O

MgO + 2 H+ → Mg 2+ + H2O

 

Al2O3 + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2O

3) взаємодія основ та амфотерних гідроксидів з хлоридною кислотою :

NaOH + HCl → NaCl + H2O

Na+ + OH- + H+ + Cl- → Na+ + Cl- + H2O

H+ + OH- → H2O

 

Zn(OH)2 + 2 HCl → ZnCl2 + 2 H2O

Zn(OH)2 + 2 H+ + 2 Cl- → Zn2+ + 2 Cl- + 2 H2O

Zn(OH)2 + 2 H+ → Zn2+ + 2 H2O

4) взаємодія солей з хлоридною кислотою :

CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2

CaCO3 + 2 H+ + 2 Cl- → Ca2+ + 2 Cl- + H2O + CO2

CaCO3 + 2 H+ → Ca2+ + H2O + CO2

 

Взаємодія хлоридної кислоти та її солей з розчином арґентум нітрату – якісна реакція на хлорид-йон Cl- : якщо у досліджуваному розчині містяться йони Cl- , то при додаванні до нього розчину арґентум нітрату утворюється білий осад AgCl :

AgNO3 + HCl → AgCl ↓ + HNO3

Ag+ + NO3 - + H+ + Cl- → AgCl ↓ + H+ + NO3

Ag+ + Cl- → AgCl ↓

 

Хімічні властивості : хлориди проявляють усі хімічні властивості солей :

1) взаємодія з металами : більш активний метал (починаючи з магнію) витісняє менщ активний метал з розчину солі :

Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu

Fe + Cu2+ + 2 Cl- → Fe2+ + 2 Cl- + Cu

Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu

2) взаємодія з солями ( реакція відбувається у розчині та за умови, що утворюється нерозчинна речовина) :

3 CaCl2 + 2 Na3PO4 → Ca3(PO4)2 ↓ + 6 NaCl

3 Ca2+ + 6 Cl- + 6 Na+ + 2 PO4 3- → Ca3(PO4)2 ↓ + 6 Na+ + 6 Cl-

3 Ca2+ + 2 PO4 3- → Ca3(PO4)2

 

MgCl2 + 2 AgNO3 → Mg(NO3)2 + 2 AgCl ↓

Mg2+ + 2 Cl- + 2 Ag+ + 2 NO3- → Mg2+ + 2 NO3- + 2 AgCl ↓

Ag+ + Cl- → AgCl ↓

 

3) взаємодія з лугами (реакція відбувається у розчині та за умови, що утворюється нерозчинна речовина) :

FeCl3 + 3 NaOH → Fe(OH)3 ↓ + 3 NaCl

Fe3+ + 3 Cl- + 3 Na+ + 3 OH- → Fe(OH)3 ↓ + 3 Na+ + 3 Cl-

Fe3+ + 3 OH- → Fe(OH)3

4) взаємодія з сульфатною кислотою (у безводному середовищі) :

2 NaCl тв. + H2SO4 конц. → Na2SO4 + 2 HCl ↑

Застосування хлоридів :

1) добування хлору, хлоридної кислоти, соди (NaCl) ;

2) у харчовій промисловості (NaCl ) ;

3) у медицині ( розчини NaCl , CaCl2 ) ;

4) як добриво (KCl ) ;

5) очистка поверхні металів при паянні ( ZnCl2 ) ;

6) просочування деревини щоб запобігти її гниттю (ZnCl2 ) ;

7) виготовлення фотоплівок (AgCl)

 

Амоніак ( аміак)

Молекулярна формула : NH3

¨

Електронна формула : Н : N : Н (ковалентні полярні зв’язки Nδ- : Нδ+)

¨

Н

 

Структурна формула : H – N – H

I

H

 

Молекула амоніаку має форму трикутної піраміди :

Фізичні властивості : Амоніак – безбарвна газоподібна речовина з різким характерним запахом, отруйна, майже вдвічі легша за повітря. Амоніак дуже добре розчиняється у воді (у 1 літрі води розчиняється близько 700 літрів амоніаку, це найвища розчинність у воді серед усіх газів). Водний розчин амоніаку називають нашатирний спирт. Короткочасне вдихання парів амоніаку може вивести людину із стану непритомності. Більш тривале вдихання парів амоніаку викликає ураження очей і набряк легень, ушкоджує нервову систему.

Добування амоніаку :

1) взаємодія простих речовин азоту та водню :

N2 + 3 H2 ↔ 2 NH3

Зазначеним способом амоніак добувають у промисловості. Реакція зворотна, найкращий вихід амоніаку досягається при підвищеному тиску (800 атм) , високій температурі (450°С) та відведенні теплоти. Каталізатори – платина Pt та ванадій оксид V2O5 .

2) взаємодія солей амонію з лугами при нагріванні:

2 NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2 NH3 ↑ + 2 H2O

NH4NO3 + NaOH → NaNO3 + NH3 ↑ + H2O

За допомогою таких реакцій амоніак добувають в лабораторних умовах .

Хімічні властивості амоніаку:

1) окиснення: амоніак горить на повітрі, утворюючи азот і воду:

4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O

У присутності каталізаторів, наприклад платини Pt, відбувається каталітичне окиснення амоніаку з утворенням нітроген (ІІ) оксиду:

4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O

2) взаємодія з водою: утворюється амоній гідроксид

NH3 + H2O ↔ NH4OH

Амоній гідроксид належить до слабких основ. Деяка кількість його молекул знаходиться у розчині у дисоційованому стані :

NH4OH ↔ NH4+ + OH-

Завдяки наявності гідроксид-йонів ОН- розчин амоніаку має лужне середовище. При додаванні фенолфталеїну до розчину амоніаку виникає малинове забарвлення, а при додаванні лакмусу – синє.

Катіон NH4+ називається катіон амонію. Він має форму правильного тетраедра, усі зв’язки ковалентні полярні, рівноцінні, мають однакову довжину. На відміну від звичайного ковалентного зв’язку, коли кожен атом надає у спільне користування один електрон, катіон амонію виникає за донорно-акцепторним механізмом. Атом Нітрогену (донор) надає відразу два електрони, а катіон Гідрогену (акцептор) надає для них електронну орбіталь:

3) взаємодія з кислотами: утворюються солі амонію. Ця властивість підтверджує основні властивості амоніаку.

NH3 + HCl ↔ NH4Cl амоній хлорид

NH3 + HNO3 → NH4NO3 амоній нітрат

2 NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 амоній сульфат

2 NH3 + H2O + CO2 → (NH4)2CO3 амоній карбонат

3 NH3 + H3PO4 → (NH4)3PO4 амоній фосфат

Застосування амоніаку:

1) як добриво ;

2) виробництво мінеральних добрив ( селітра, карбамід) ;

3) виробництво нітратної кислоти ;

4) виробництво соди ;

5) виробництво вибухових речовин ;

6) у медицині ( нашатирний спирт).

 

Солі амонію

Солі амонію утворені катіоном амонію NH4+ та аніонами кислотних залишків.

Як зазначено раніше, солі амонію утворюються при взаємодії амоніаку або амоній гідроксиду з кислотами.

NH3 + HBr ↔ NH4Br амоній бромід

2 NH3 + H2S → (NH4)2S амоній сульфід

2 NH3 + H2O + SO2 → (NH4)2SO3 амоній сульфіт

 

Фізичні властивості: усі солі амонію є твердими, кристалічними речовинами, добре розчиняються у воді.

Хімічні властивості:

1) сильні електроліти, дисоціюють у водному розчині:

NH4Cl ↔ NH4+ + Cl

NH4NO3 ↔ NH4+ + NO3-

(NH4)2SO4 ↔ 2 NH4+ + SO4 2-

 

2) взаємодія з лугами:

NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3 ↑ + Н2O

NH4 + + Cl- + Na+ + OH- → Na+ + Cl- + NH3 ↑ + Н2O

NH4 + + OH- → NH3 ↑ + Н2O

 

(NH4)2SO4 + 2 KOH → K2SO4 + 2 NH3 ↑ + 2 H2O

2 NH4 + + SO4 2- + 2 K+ + 2 OH- → 2K+ + SO4 2- + 2 NH3 ↑ + 2 H2O

2 NH4 + + 2 OH- → 2 NH3 ↑ + 2 H2O ( :2)

NH4 + + OH- → NH3 ↑ + H2O

Взаємодія солей амонію з лугами при нагріванні – якісна реакція на катіон амонію NH4 + . При додаванні до розчину, що містить йон NH4 + розчину лугу (при нагріванні) відчувається характерний запах амоніаку. Також амоніак можна виявити за почервонінням вологого фенолфталеїнового папірця.

3) взаємодія з кислотами: (більш сильна кислота витісняє слабшу з розчинів солей):

(NH4)2CO3 + 2HCl → 2NH4Cl + Н2O + CO2

2NH4+ + CO32− + 2H+ + 2Cl → 2NH4+ + 2Cl + Н2O + CO2

2H+ + CO32− → Н2O + CO2

 

4) взаємодія з солями: (за умови, що початкові солі розчинні, а серед утворених солей є нерозчинна) :

 

(NH4)2SO4 + Ba(NO3)2 → BaSO4 ↓ + 2NH4NO3

2NH4+ + SO42− + Ba2+ + 2NO3 → BaSO4 ↓ + 2NH4+ + 2NO3

Ba2+ + SO42− → BaSO4

5) розкладання при нагріванні :

 

а) якщо кислота летка

NH4Cl → NH3↑ + HCl

(NH4)2CO3 → 2 NH3↑ + Н2O­ + CO2

 

б) якщо аніон проявляє окиснювальні властивості

NH4NO3 → N2O↑ + 2Н2O

(NH4)2Cr2O7 → N2↑ + Cr2O3 + 4Н2O

 

Застосування солей амонію:

1) як мінеральні добрива ( NH4NO3 – амонійна селітра, (NH4)2SO4 , NH4H2PO4 ) ;

2) як складові вибухових сумішей (NH4NO3 ) ;

3) у виробництві гальванічних елементів ;

4) при паянні (NH4Cl) ;

5) у хлібопекарському виробництві як розпушувач тіста ( (NH4)2CO3 ) .

 

 

Оксиди неметалічних елементів

 

Найбільш характерними для неметалічних елементів є такі оксиди :

 

SO2 сульфур (IV) оксид

SO3 сульфур (VІ) оксид

 

N2O нітроген (І) оксид

NO нітроген (ІІ) оксид

N2O3 нітроген (ІІІ) оксид

NO2 нітроген (IV) оксид

N2O5 нітроген (V) оксид

 

P2O3 фосфор (ІІІ) оксид

P2O5 фосфор (V) оксид

 

CO карбон (ІІ) оксид

CO2 карбон (ІV) оксид

 

SiO2 силіцій (IV) оксид

 

Такі оксиди, як N2O , NO , CO належать до несолетвірних. Для них не існує відповідних кислот. Решта оксидів неметалічних елементів є кислотними, кожному з них відповідає певна кислота:

 

Кислотний оксид Кислота

 

SO2 H2SO3 (сульфітна, сірчиста )

SO3 H2SO4 (cульфатна, сірчана)

 

N2O3 HNO2 (нітритна, азотиста )

NO2 HNO2 , HNO3

N2O5 HNO3 (нітратна, азотна )

 

P2O5 HPO3 (метафосфатна, метафосфорна)

Н3РО4 (ортофосфатна, ортофосфорна)

 

CO2 Н2СО3 (карбонатна, вугільна )

 

SiO2 H2SiO3 (силікатна, кремнієва) .

 

Несолетвірні оксиди

 

Карбон (ІІ) оксид ( чадний газ )

 

Серед несолетворних оксидів найбільше значення має карбон (ІІ) оксид СО , відомий також під назвою «чадний газ» .

 

Фізичні властивості : газ без кольору й запаху, малорозчинний у воді, густина майже така, як і у повітря.

 

Фізіологічна дія : дуже отруйна речовина. У повітрі смертельним є вміст чадного газу 0,2%. Має здатність сполучатись з гемоглобіном крові міцніше, ніж кисень. Внаслідок цього гемоглобін втрачає здатність транспортувати кисень до клітин організму. Ознаками отруєння чадним газом є незвично яскравий колір крові, сильний головний біль, іноді втрата свідомості. Перша допомога при ураженні – забезпечити надходження свіжого повітря.

 

Добування :

1) утворюється при неповному згоранні палива у печах, двигунах транспортних засобів :

 

2 С + О2 → 2 СО

 

2 С8Н18 + 17 О2 → 16 СО + 18 Н2О

 

2) при проходженні вуглекислого газу над розжареним вугіллям :

 

СО2 + С → 2 СО

 

 

Хімічні властивості :

 

1) горіння : утворюється карбон (ІV) оксид

 

2 СО + О2 → 2 СО2

 

2) відновлення металів з їх оксидів ( реакція відбувається за високої температури ) :

 

FeO + CO → Fe + CO2

 

MnO2 + 2 CO → Mn + 2 CO2

 

У цих реакціях атоми Карбону виступають як відновник :

+2 +4

С - 2 е- → С

 

Застосування карбон (ІІ) оксиду :

 

1) як відновник металів у металургії :

2) як паливо у суміші з іншими горючими газами .

 

Нітроген (ІІ) оксид

 

Молекулярна формула : NO

 

Електронна формула :

۬

 

Молекула лінійна , її будову описують двома рівнозначними структурами, кожна з яких має неспарений електрон.

 

Фізичні властивості : безбарвний газ, малорозчинний у воді.

 

Добування :

 

1) взаємодія азоту з киснем ( за високих температур, також утворюється при грозових розрядах) :

 

N2 + O2 → 2 NO

 

2) каталітичне окиснення амоніаку ( платиновий каталізатор ) :

 

4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O

 

3) взаємодія розведеної нітратної кислоти з малоактивними металами :

 

3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

 

Хімічні властивості : належить до несолетвірних оксидів, не взаємодіє з водою, кислотами й лугами.

 

Взаємодіє з киснем, окиснюючись до нітроген (IV) оксиду :

 

2 NO + O2 → 2 NO2

 

Застосування : як проміжний продукт у промисловому виробництві нітратної кислоти.

 

Кислотні оксиди

 

Переважна більшість оксидів неметалічних елементів є кислотними оксидами (інша назва – ангідриди кислот). Найважливішими з них є оксиди карбону (ІV), сульфуру (ІV) та (VІ), нітрогену (ІV) , фосфору (V) а також силіцію (IV).

 

 

Карбон (ІV) оксид ( вуглекислий газ )

 

Молекулярна формула : СО2

 

Електронна формула : О : : С : : О

 

Структурна формула : О = С = О

 

Фізичні властивості : безбарвний газ, без запаху, має кислуватий присмак, у 1,5 рази важчий за повітря, добре розчиняється у воді. Під тиском вуглекислий газ не зріджується, а переходить з газоподібного стану зразу у твердий. Утворюється снігоподібна тверда речовина, яку називають «сухий лід». Вона повільно випаровується, сильно охолоджуючи навколишній простір.

 

Способи добування :

 

1) горіння вуглецю :

 

С + О2 → СО2

 

2) горіння карбон (ІІ) оксиду :

 

2 СО + О2 → 2 СО2

 

3) горіння органічних речовин :

 

СН4 + 2 О2 → СО2 + 2 Н2О

 

4) взаємодія карбонатів та гідрогенкарбонатів з кислотами :

 

CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2

 

NaHCO3 + HNO3 → NaNO3 + H2O + CO2

 

5) термічний розклад карбонатів та гідрогенкарбонатів :

 

CaCO3 → CaO + CO2

 

Хімічні властивості : є типовим представником кислотних оксидів і проявляє усі їх властивості:

 

1) взаємодія з водою : утворюється карбонатна кислота

 

СО2 + Н2О ↔ Н2СО3

 

Утворена карбонатна кислота дуже нестійка і може існувати тільки у розчині. У вільному стані за звичайних умов не утворюється. Отримана тільки за наднизьких температур ( - 110°С) у безводному середовищі протонуванням калій гідрогенкарбонату .

 

2) взаємодія з лугами : залежно від молярних співвідношень утворюються солі карбонатної кислоти, карбонати та гідрогенкарбонати :

 

2 KOH + CO2 → K2CO3 + H2O

 

KOH + CO2 → KHCO3

 

3) взаємодія з основними оксидами :

 

Li2O + CO2 → Li2CO3

 

 

Також крім кислотних властивостей карбон (ІV) оксид може проявляти властивості окисника, наприклад при взаємодії з магнієм :

 

CO2 + 2 Mg → 2 MgO + C

 

Застосування :

 

1) газування води й напоїв ;

2) зарядка вогнегасників ;

3) «сухий лід» для зберігання харчових продуктів.

 

 

Сульфур (IV) оксид (сірчистий газ )

 

Молекулярна формула : SO2

 

Структурна формула :

 

Фізичні властивості: за звичайних умов — безбарвний газ з різким, задушливим запахом. Добре розчиняється у воді. Під час охолодження до — 10°С зріджується у безбарвну рідину. У рідкому стані його зберігають у стальних балонах.

 

Способи добування :

 

1) горіння сірки :

S + O2 → SO2

 

2) повне окиснення сульфідів :

 

2 H2S + 3 O2 → 2 SO2 + 2 H2O

 

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

 

 

3) взаємодія сульфітів з сильними кислотами :

 

Na2SO3 + H2SO4 → Na2SO4 + SO2 ↑ + Н2O

 

4) взаємодія малоактивних металів з концентрованою сульфатною кислотою :

Cu + 2H2SO4 → CuSО4 + SO2 ↑ + 2Н2О

 

Хімічні властивості :

1) каталітичне окиснення :

+4 +6

2SO2 + O2 ⇄ 2SO3.

У цій реакції сульфур змінює ступінь окиснення від +4 до +6, отже, для SO2 характерні відновні властивості.

2) властивості кислотних оксидів :

а) взаємодія з водою :

SO2 + H2O ↔ H2SO3

Утворена сульфітна кислота H2SO3 – кислота середньої сили. Так само як і карбонатна кислота, сульфітна кислота дуже нестійка і може існувати лише у водному розчині.

б) взаємодія з лугами : у залежності між молярних співвідношень реагентів можливе утворення як сульфітів ( середні солі) так і гідрогенсульфітів ( кислі солі) :

Ca(OH)2 + SO2 → CaSO3 + H2O

Ca(OH)2 + 2 SO2 → Ca(HSO3)2

в) взаємодія з основними оксидами :

BaO + SO2 → BaSO3

Застосування :

1) знищення цвілевих грибків у сирих приміщеннях (погреби, підвали і т.д.) ;

2) як консервуючий засіб у виробництві сиропів та сухофруктів ;

3) відбілювач тканин ;

4) лікування свійських тварин від деяких шкіряних захворювань.

 

 

Сульфур ( VI) оксид

Відомий також під назвою сірчаний ангідрид.

Молекулярна формула : SO3

 

Структурна формула :

Молекула має форму плоского трикутника, кути між зв’язками складають 120°

Фізичні властивості : безбарвна рідина, що перетворюється при температурі нижчій 17 °С на тверду кристалічну масу. Він дуже сильно поглинає вологу, утворюючи сульфатну кислоту, тому його зберігають у запаяних колбах. Токсична речовина, яка уражає слизові оболонки і дихальні шляхи.

Добування : каталітичне окиснення сульфур (IV) оксиду :

2SO2 + O2 ⇄ 2SO3

Хімічні властивості : є типовим представником кислотних оксидів і проявляє усі їм притаманні властивості :

1) взаємодія з водою :

SO3 + H2O → H2SO4

Далі надлишок SO3 може розчинятись у концентрованій сульфатній кислоті, утворюючи олеум :

H2SO4 + n SO3 → H2SO4 ∙ n SO3

2) взаємодія з лугами ( залежно від молярних співвідношень між реагентами можливе утворення як середніх (сульфати) так і кислих (гідроген сульфати) солей :

NaOH + SO3 → NaHSO3

2 NaOH + SO3 → Na2SO4 + H2O

Ca(OH)2 + 2 SO3 → Ca(HSO4)2

Ca(OH)2 + SO3 → CaSO4

3) взаємодія з основними та амфотерними оксидами :

BaO + SO3 → BaSO4

Fe2O3 + 3 SO3 → Fe2(SO4)3

Застосування :

1) як проміжний продукт у промисловому виробництві сульфатної кислоти ;

2) як окисник .

Нітроген (ІV) оксид

Молекулярна формула : NO2

Структурна формула :

Молекула має кутову форму. За рахунок неспареного електрона має здатність утворювати димер N2O4 з слабким зв’язком між атомами нітрогену:

2 NO2 ↔ N2O4

За температур, вищих 140°С існує тільки NO2 , а за температур, нижчих від - 12°С існує тільки N2O4 .

 

Фізичні властивості : газ червоно-бурого кольору з різким, задушливим запахом, дуже токсичний, більш як у 1,5 рази важчий за повітря, добре розчиняється у воді.

Добування :

1) окиснення нітроген (ІІ) оксиду :

2 NO + O2 → 2 NO2

2) взаємодія малоактивних металів з концентрованою нітратною кислотою :

Cu + 4 HNO3 → Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O

3) термічний розклад нітратів :

2 Cu(NO3)2 → 2 CuO + 4 NO2 ↑ + O2

2 AgNO3 → 2 Ag + 2 NO2 ↑ + O2

 

Хімічні властивості : є типовим представником кислотних оксидів :

1) взаємодія з водою – утворює дві кислоти : нітратну HNO3 (сильна кислота ) , та нітритну HNO2 (слабка кислота )

2 NO2 + H2O → HNO3 + HNO2

За наявності кисню утворюється тільки нітратна кислота :

4 NO2 + 2 H2O + O2 → 4 HNO3

2) взаємодія з лугами – утворюються одночасно нітрит та нітрат металу :

2 KOH + 2 NO2 → KNO2 + KNO3 + H2O

калій нітрит калій нітрат

2 Сa(OH)2 + 4 NO2 → Ca(NO2)2 + Ca(NO3)2 + 2 H2O

3) взаємодія з основними оксидами :

Li2O + 2 NO2 → LiNO2 + LiNO3

 

Застосування :

1) як проміжний продукт у виробництві нітратної кислоти ;

2) у виробництві сульфатної кислоти (окиснює SO2 до SO3);

3) окисник ракетного палива .

 

Фосфор (V) оксид

Молекулярна формула : P2O5

Структурна формула :

 

За звичайних умов існує у вигляді більш стійкої форми P4O10 .

Фізичні властивості : твердий білий гігроскопічний ( здатний вбирати вологу ) порошок, сильний водо поглинальний засіб.

 

Добування : утворюється при окисненні фосфору за наявності надлишку кисню :

4 P + 5 O2 → 2 P2O5

 

Хімічні властивості : є типовим представником кислотних оксидів :

1) взаємодія з водою : залежно від температури реакційного середовища може утворювати як метафосфатну кислоту НРО3 , так і ортофосфатну кислоту Н3РО4 .

Р2О5 + Н2О → 2 НРО3

Р2О5 + 3 Н2О → 2 Н3РО4

При нагріванні утворюється тільки ортофосфатна кислота.

2) взаємодія з лугами : залежно від молярних співвідношень реагентів можливе утворення трьох видів солей :

 

2NaOH + P2O5 → 2 NaH2PO4 + H2O

натрій дигідрогенортофосфат

4 NaOH + P2O5 → 2 Na2HPO4 + H2O

натрій гідрогенортофосфат

6 NaOH + P2O5 → 2 Na3PO4 + 3 H2O

натрій ортофосфат

3) взаємодія з основними оксидами :

3 CaO + P2O5 → Ca3(PO4)2

CaO + SO3 → CaSO4

Застосування : як осушувач газів та рідин.

 

Силіцій (IV) оксид

Молекулярна формула : SiO2

Структурна формула : O = Si = O

Структуру SiO2 в площинному зображенні можна представити так:

 

Силіцій (IV) оксид має атомну кристалічну гратку.

Фізичні властивості : тверда безбарвна речовина з високою температурою кипіння (1710°С), нерозчинний у воді. Широко розповсюджений у природі у двох видозмінах:1) кристалічний кремнезем — у вигляді мінералу кварцу і його різновидів (гірський кришталь, халцедон, агат, яшма, кремінь); кварц є основою кварцових пісків, які широко використовуються в будівництві та силікатній промисловості; 2) аморфний кремнезем — у вигляді мінералу опалу складу SiO2 ∙ nН2О.

Хімічні властивості : належить до кислотних оксидів.

1) взаємодія з водою: на відміну від більшості кислотних оксидів, безпосередньо з водою не реагує :

SiO2 + H2O ≠

Відповідна даному оксиду силікатна кислота H2SiO3 утворюється іншими способами, найчастіше при взаємодії силікатів з кислотами :

Na2SiO3 + 2 HCl → 2 NaCl + H2SiO3

2 Na+ + SiO3 2- + 2 H+ + 2 Cl - → 2 Na+ + 2 Cl - + H2SiO3

2 H+ + SiO3 2- → H2SiO3

2) взаємодія з лугами :

2 KOH + SiO2 → K2SiO3 + H2O

Ca(OH)2 + SiO2 → CaSiO3 + H2О

3) взаємодія з основними оксидами :

BaO + SiO2 → BaSiO3

Застосування :

1) будівельна промисловість ( пісок) ;

2) виробництво скла ;

3) виготовлення напівпровідників у мікроелектроніці ;

4) як харчова добавка, що запобігає злежуванню твердих харчових продуктів.

 

Кислотні дощі

Важливою екологічною проблемою стало випадання кислотних дощів. Щорічно

при спалюванні палива в атмосферу надходить до 15 млн. т двоокису сірки,

який, сполучаючись з водою, утворює слабкий розчин сульфатної кислоти, що

разом з дощем випадає на землю. Кислотні дощі негативно впливають на

людей, врожай, споруди і т. ін.

Кислотні дощі також виникають у результаті поєднання з атмосферним киснем

двоокису сірки та оксидів азоту, які викидаються у атмосферу працюючими

на вугіллі та нафті електростанціями, металургійними заводами, а також

автомобільним транспортом. Добуті таким шляхом зневоднені сульфатна та

нітратна кислоти відносяться вітрами у вигляді дощів та нерідко мають

значну кислотність. Фільтруючись у ґрунті, вода кислотних дощів уносить

багато поживних речовин: кальцій, магній, калій та натрій. Їх місце

займають токсичні метали, які під дією дощів стають розчинними та

вбивають мікроорганізми, які розкладають органічні залишки і ґрунт

залишається без поживних речовин.

 

Оксиди сульфуру та нітрогену, що потрапляють в атмосферу внаслідок роботи ТЕС,

автомобільних двигунів, сполучаючись з атмосферною вологою, утворюють

дрібні капельки сульфатної та нітратної кислот, які переносяться вітрами у

вигляді кислотного туману й випадають на Землю у вигляді кислотних

дощів. Ці дощі мають шкідливу дію на фактори навколишнього середовища:

 

врожайність багатьох с/г культур знижується на 3-8% внаслідок ушкодження

листя кислотами;

 

кислі опади спричинюють вимивання з грунтів кальцію, калію та магнію, що

веде до деградації флори і фауни;

 

деградують і гинуть ліси;

 

отруюється вода озер і ставків, у яких гине риба і численні види комах;

 

зникнення комах у водоймах призводить до щезання птахів і тварин, які

ними живляться;

 

зникнення лісів у гірських районах зумовлює збільшення кількості

гірських зсувів і селей;

 

різко прискорюється руйнування пам’ятників архітектури, житлових

будинків;

 

вдихання людьми повітря, забрудненого кислотним туманом, спричинює

захворювання дихальних шляхів, подразнення очей тощо.

 

Парниковий ефект

Парниковий ефект —відкрив у 1829 Жозеф Фур'є і визначив це поняття так - це явище в атмосфері Землі, при якому енергія сонячних променів, відбиваючись від поверхні Землі, не може повернутися в космос, оскільки затримується молекулами різних газів.

 

Головний внесок у формування парникового ефекту вносять водяна пара і вуглекислий газ, що містяться в атмосфері. Відомо, також, що спектр поглинання атмосфери у вікнах прозорості визначається не тільки впливом вуглекислого газу, але і таких газових компонентів, як озон, фреони і багато інших, включаючи й аерозолі.

 

 

Причини виникнення парникового ефекту:

1) Зростання концентрацій в атмосфері багатьох газових компонентів, які присутні у промислових викидах: оксидів азоту, сірки, метану, чотири хлористого і чотири фтористого вуглецю, фреонів і ін.;

2) заміна лісів культурними посадками;

3) спалювання викопного палива для виробництва енергії;

4) збільшення кількості пилу в атмосфері, особливо дрібнодисперсних аерозолів у стратосфері.

 

Наслідки дії праникового ефекту:

1) На поверхні Землі підвищується температура. Парниковий ефект змінить кількість опадів, вітру, хмар, океанські плини: внутрішні райони континентів стануть більш сухими, а узбережжя — вологими, зими — коротшими і теплішими, а літо — довшим і жаркішим;

2) Основні кліматичні зони змістяться на північ приблизно на 400 км, що може викликати потепління в зоні тундри, танення льоду вічної мерзлоти у високих широтах;

3) Затоплення більшої частини найбільш придатних для життя й оброблення земель;

4) Ерозія, засолення й опустелювання сільськогосподарських угідь.

Викиди парникових газів в атмосферу України складають 250 млн. тонн у рік, і по цьому показнику наша країна входить у першу десятку держав — найбільших емітентів "парникових газів". Ріст обсягів промислового виробництва через відсталість українських технологій вважається небезпечним. Поновлення ж цих технологій в Україні найближчим часом не передбачається, оскільки передчасно очікувати іноземних інвестицій у ті галузі, що саме і є зараз головними джерелами викидів шкідливих речовин — машинобудування, агропромисловий комплекс, нафтопереробна промисловість, транспорт.

 

Одні вчені, як, наприклад, У.Болдерс — президент Національного центру вивчення атмосфери (США), вважають, що парниковий ефект неминучий, інші вчені-кліматологи налаштовані більш оптимістично.

 

Гідрати оксидів неметалічних елементів

Гідрати оксидів неметалічних елементів є кислотами. Найважливіші з них : сульфатна кислота H2SO4 , нітратна кислота HNO3 , ортофосфатна кислота H3PO4 .

 

Сульфатна кислота

Молекулярна формула : H2SO4

Структурна формула :

Фізичні властивості : безбарвна, важка, масляниста рідина. Густина сульфатної кислоти при +20 °С дорівнює 1,84 г/см3. Ця сполука дуже гігроскопічна, тобто здатна поглинати вологу з навколишнього середовища. При цьому виділяється велика кількість теплової енергії. Якщо долити воду до сульфатної кислоти, може виділитися стільки енергії, що кислота закипить і почне розбризкуватися навсібіч, тому для того, щоб розвести концентровану сульфатну кислоту, слід кислоту додавати невеликими порціями до води.

 

Сульфатна кислота здатна розчиняти близько 65% сульфатного ангідриду SO3. При цьому утворюється олеум.

Добування : у промисловості сульфатну кислоту добувають у три стадії. Сировиною є пірит FeS2

1) випалювання піриту :

4FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2

2) окиснення SO2 (використовують каталізатор V2O5) :

2 SO2 + O2 → 2 SO3

3) поглинання утвореного SO3 водою :

SO3 + H2O → H2SO4

Хімічні властивості: належить до сильних кислот (одна з найсильніших) і проявляє всі властивості кислот :

1) електролітична дисоціація (відбувається ступінчато) :

H2SO4 ↔ H+ + HSO4

гдрогенсульфат –йон

HSO4 ↔ H+ + SO4 2-

сульфат-йон

_________________________________________________

H2SO4 ↔ 2H+ + SO4 2-

Утворені йони Н+ діють на індикатори, змінюючи їх забарвлення: лакмусу – на червоний, метилоранжу - на рожевий, фенолфталеїн залишається безбарвним.

2) взаємодія з металами : розведена сульфатна кислота реагує з усіма металами, що розташовані у ряду активності металів перед воднем :

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

Zn + 2 H+ + SO4 2- → Zn2+ + SO4 2- + H2

Zn + 2 H+ → Zn2+ + H2

 

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

2 Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2

3) взаємодія з основними та амфотерними оксидами :

CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O

CaO + 2 H+ + SO4 2- → CaSO4 ↓ + H2O

 

Li2O + H2SO4 → Li2SO4 + H2O

Fe2O3 + 3 H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3 H2O

 

4)взаємодія з основами та амфотерними гідроксидами. Залежно від молярних співвідношень реагентів можливе утворення як середніх солей (сульфати) так і кислих солей (гідрогенсульфати) :

2 NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2 H2O

натрій сульфат

2Na+ + 2 OH- + 2 H+ + SO4 2- → 2 Na+ + SO4 2- + 2 H2O

H+ + OH- → H2O

 

NaOH + H2SO4 → NaHSO4 + H2O

натрійгідроген сульфат

Na+ + OH- + 2H+ + SO4 2- → Na+ + HSO4 - + H2O

OH- + 2H+ + SO4 2- → HSO4 - + H2O

 

2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6 H2O

2 Al(OH)3 + 6 H+ + 3 SO4 2- → 2 Al3+ + 3 SO4 2- + 6 H2O

2 Al(OH)3 + 6 H+ → 2 Al3+ + 6 H2O

Al(OH)3 + 3 H+ → Al3+ + 3 H2O

5) взаємодія з солями : сульфатна кислота як більш сильна та нелетка, витісняє практично усі кислоти з їх солей. Витіснення зазвичай відбувається у безводному середовищі, за участі концентрованої сульфатної кислоти та кристалічної солі:

NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl↑

2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl↑

2 KNO3 + H2SO4 → K2SO4 + 2 HNO3

NaNO3 + H2SO4 → NaHSO4 + HNO3.

Витіснення слабких кислот може відбуватись і в розчині:

Na2S + H2SO4 → Na2SO4 + H2S↑

2 Na+ + S2- + 2H+ + SO4 2- → 2 Na+ + SO4 2- + H2S↑

2H+ + S2- → H2S↑

Особливі хімічні властивості концентрованої сульфатної кислоти

Концентрована сульфатна кислота має ряд особливих хімічних властивостей:

1) обвуглювання органічних речовин (цукор, папір і т.д.) : внаслідок надзвичайно високої гігроскопічності концентрована сульфатна кислота відщеплює воду від багатьох органічних речовин :

C12H22O11 + n H2SO4 → 12C + n H2SO4 ∙ 11 H2O

сахароза (цукор)

2) взаємодія з металами : концентрована сульфатна кислота взаємодіє навіть з деякими металами, що розташовані у ряду активності металів після водню, наприклад з міддю :

0 +6 +2 +4

Cu + 2 H2SO4 → CuSO4 + SO2↑ + 2 H2O

Cu0 -2e- → Cu+2 відновник (процес окиснення)

S+6 +2e- → S+4 окисник (процес відновлення)

Водень при цьому не виділяється, утворюється вода.

Атом сульфуру молекули сульфатної кислоти перебуває у ступені окиснення +6. Під дією металів він може відновлюватись до ступеню окиснення +4 (утворюється SO2), до 0 (утворюється сірка S) , до -2 (утворюється H2S). Загальна схема взаємодії концентрованої сульфатної кислоти з металами має вигляд:

SO2

M + H2SO4 конц. → МSO4 + S + H2O

H2S

Концентрована сульфатна кислота не діє на золото та платину. Також деякі метали, що знаходяться у ряду активності перед воднем (залізо, алюміній, хром) під дією концентрованої сульфатної кислоти вкриваються оксидною плівкою (пасивуються), практично не реагуючи за звичайних умов. Взаємодія цих металів з концентрованою сульфатною кислотою можлива лише при нагріванні:

0 +6 +3 +4

2 Fe + 6 H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3 SO2 + 6 H2O

2 Fe0 -6e- → 2 Fe+3 │ 1 відновник (процес окиснення)

S+6 +2e- → S+4 │ 3 окисник (процес відновлення)

Застосування сульфатної кислоти: за різноманітністю застосування сульфатна кислота посідає перше місце серед кислот.

1) для добування фосфорних та азотних добрив;

2) для добування інших кислот — хлоридної, плавикової, ортофосфатної, ацетатної тощо;

3)для очищення нафтопродуктів — бензину, гасу, мастил — від шкідливих домішок;

4) у машинобудуванні сульфатною кислотою очищають поверхню металів від оксидів перед покриттям (нікелюванням, хромуванням тощо);

5) у виробництві вибухових речовин, штучного волокна, барвників, пластмас та ін. 6) для заливання акумуляторів;

7) у сільському господарстві вона застосовується для боротьби з бур’янами (гербіцид).

 

Сульфати

Сульфатна кислота утворює середні солі – сульфати.

Багато сульфатів зустрічаються у природі у вигляді кристалогідратів.