Загальна характеристика неметалів

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до самостійної роботи з дисципліни

«ХІМІЯ»

для студентів напряму підготовки 0921 – «Будівництво»

усіх спеціальностей денної та заочної форм навчання

Модуль III

Спеціальні питання хімії

Кривий Рiг

Укладачі: Мовчан В.В., канд. хім. наук, доцент

Мовчан О.Г., канд. хім. наук, доцент

Вiдповiдальний за випуск: Часова Е.В., канд. хім. наук, доцент

Рецензент: Удовенко О.П., канд. техн. наук, доцент

Методичні вказівки до самостійного вивчення дисципліни «Хімія» містять основні теоретичні відомості, а також приклади, питання для самоконтролю та задачі для самостійного розв’язування з усіх розділів загальної хімії за програмою нехімічних спеціальностей вищих навчальних закладів України. Матеріал вказівок побудований таким чином, щоб користувач міг самостійно зрозуміти закономірності хімічних процесів, виробити у себе хімічне мислення, уміння самостійно розв’язувати типові задачі з хімії.

Для студентів 1 курсу будівельних спеціальностей денної та заочної форми навчання.

РОЗГЛЯНУТО на засіданні кафедри хімії	СХВАЛЕНО на вченій раді металургійного факультету
Протокол № від «___» _______200_ р.	Протокол № від «____» ________200_ р.

ЗМІСТ

12. Хімія неметалічних елементів. 4

12.1. Загальна характеристика неметалів. 4

12.2. Карбон та його неорганічні сполуки. 6

12.3. Силіцій та його сполуки. 12

12.4. Запитання та задачі для самоконтролю.. 22

13. Твердість води. 26

13.1. Магній, Кальцій та їхні сполуки. 26

13.2. Твердість води та методи її усунення. 27

13.3. Запитання та задачі для самоконтролю.. 32

14. Неорганічні в'яжучі речовини. 34

14.1. Загальні властивості 34

14.2. Гіпсові в'яжучі речовини. 36

14.3. Вапняні в'яжучі речовини. 37

14.4. Портландцемент. 39

14.5. Корозія бетону. Методи захисту бетону від корозії 41

14.6. Запитання та задачі для самоконтролю. 43

15. Органічні сполуки. 45

15.1. Загальна характеристика. 45

15.2. Теорія хімічної будови органічних сполук О.М.Бутлерова. 45

15.4. Номенклатура. 49

15.5. Органічні полімерні матеріали в будівництві 51

15.6. Запитання та завдання для самоконтролю.. 65

Література. 67

Хімія неметалічних елементів

Загальна характеристика неметалів

До неметалів належать елементи, атоми яких мають на зовнішньому енергетичному рівні чотири й більше електронів (за винятком водню і бору; у атомів водню - один електрон, у бору - 3). Неметалів значно менше ніж металів. Із відомих 110 елементів 22 є неметалами: водень, інертні гази (Не, Ne, Аr, Кr, Хе, Rn), галогени (F, СІ, Вr, І, At), кисень, сірка, селен, телур, азот, фосфор, миш'як, вуглець, кремній, бор. У періодичній системі вони містяться в її правій верхній частині лише в головних підгрупах. Межа проходить по умовній лінії, яка з'єднала б такі елементи, як бор і астат.

Елементи-неметали належать до р-елементів, за виключенням водню і гелію, які є s-елементами. Усі неметалічні р-елементи мають загальні властивості, бо структура зовнішнього електронного шару їхніх атомів подібна: ns²np^1-5. У елементів благородних газів, на відміну від типових неметалів, р-підрівень є завершеним (має шість електронів) ns²nр⁶ Це зумовлює вкрай низьку їхню реакційну здатність, тому благородні гази не відносять до типових неметалів.

Елементи-неметали виявляють значну спорідненість до електрона і значно більш високу енергію іонізації порівняно з елементами-металами. Вступаючи в хімічну взаємодію, атоми неметалів, як правило, приєднують електрони, виявляючи властивості окисників. Здатність приєднувати електрони підвищується зі збільшенням порядкового номера неметалу в періоді, та зменшується з його зростанням у групі. Отже, в періоді зліва направо відбувається посилення неметалічних властивостей елементів, а в групах зверху вниз - послаблення. За здатністю приєднувати електрони елементи можна розташувати в такій послідовності:

F > O > Cl > N > S > C > P > H > Si,

Атоми неметалів, крім фтору й кисню, здатні також віддавати електрони, тому в сполуках можуть мати як негативні так і позитивні ступені окиснення. Наприклад:

Уявлення про метали і неметали досить умовне. Деякі хімічні елементи (германій, сурьма) виявляють властивості, за якими їх можна віднести як до металів, так і до неметалів. Телур і йод - типові неметали, але мають деякі властивості притаманні металам.

При переході від одного елемента до іншого в підгрупі або періоді періодичної системи простежується плавна зміна металічних і неметалічних властивостей.

Неметали як прості речовини. Прості речовини неметали існують у вигляді двохатомних або багатоатомних молекул. Атоми елементів неметалів 2-го періоду, а також водень, утворюють між собою хімічні зв'язки лише за рахунок неспарених s-електронів (водень) і р-електронів і тому вони двоатомні, наприклад водень (Н₂), кисень (О₂), азот (N₂) та молекули галогенів (F₂), (С1₂) тощо. Виняток становлять бор і вуглець як тверді речовини. Елементи неметали 3-го періоду утворюють додаткові зв'язки за рахунок вакантних d-орбіталей, тому їхні прості речовини багатоатомні за звичайних умов, наприклад, білий фосфор Р₄, сірка S₈.

Більшість неметалів у твердому стані мають молекулярну структуру (молекулярні кристалічні решітки). За звичайних умов — це гази (водень, азот, фтор, хлор, кисень), рідини (бром), або тверді речовини (йод, сірка, фосфор) з низькими температурами плавлення. Бор, вуглець (алмаз), кремній, миш'як, селен, телур - мають атомну структуру (атомні кристалічні решітки). Тому вони є дуже твердими речовинами з високими температурами плавлення. Неметали з молекулярною структурою являються діелектриками, аз атомною структурою — напівпровідниками і лише графіт є провідником. Усі неметали є крихкими і погано проводять тепло.

Хімічні властивості неметалів. Типові неметали взаємодіють з металами, утворюючи сполуки з іонним зв'язком (NaCl, MgO, CaS), а також взаємодіють між собою, утворюючи сполуки з ковалентним зв'язком. Наприклад, у воді Н₂О, аміаку NH₃, зв'язок ковалентний полярний, в метані СН₄ - ковалентний малополярний. З киснем неметали утворюють оксиди, переважна більшість яких належить до кислотних, гідроксиди цих оксидів є кислотами. З воднем неметали утворюють леткі водневі сполуки: НС1, НВr, H₂S, NH₃, CH₄.

Для неметалів характерні реакції-сполучення й заміщення. Ці реакції є окисно-відновними.

Поширеність у природі і добування неметалів. Найбільш активні неметали — галогени зустрічаються у природі виключно у вигляді сполук, головним чином з лужними металами (карналіт KCl∙MgCl₂∙6H₂O, флюоріт CaF₂, кам'яна сіль NaCl); кисень, сірка, кремній також активні мінералоутворювачі (вапняки СаСО₃, пірит FeS₂, силікати і алюмосилікати Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O, сульфати (гіпс CaSO₄∙2H₂O). Деякі неметали зустрічаються в природі також і у вільному стані — вуглець, кисень, азот, сірка та інші.

Більшість простих речовин неметалів добувають з природних сполук внаслідок окисно-відновних процесів.

Наприклад, хлор добувають електролізом хлориду натрію NaCl або окисненням НС1 діоксидом марганцю МnО₂:

4НС1 + MnO₂ → MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂↑.

Далі ми більш детально розглянемо властивості сполук карбону та силіцію, тому що вони широко застосовуються в будівництві.