Шпаргалка по «Неорганической химии»

 

Кремний – второй после кислорода по расположенности в земной коре элемент.

 

Число протонов и электронов: 12.

Степени окисления (выделена наиболее характерная): -4,+2,+4.

Валентность (жирным выделена наиболее характерная): II, IV .

 

Кремний дает два типа оксидов – оксид кремния (IV) и оксид кремния (II). Оксид кремния (IV) наиболее прочный, не разлагается при высоких температурах и выше 223°С переходит в парообразное состояние. Не восстанавливает его и водород. Более того: сам кремний иногда применяется в качестве восстановителя, например при получении молибдена:

2MoO3+3Si 3SiO2+2Mo

Поскольку при окислении кремния выделяется громадное количество теплоты, оксид кремния (IV) и молибден получаются в расплавленном состоянии.

При нормальных условиях кремний химически малоактивен и активно реагирует только с газообразным фтором, при этом образуется летучий тетрафторид кремния SiF4. Такая «неактивность» кремния связана с пассивацией поверхности наноразмерным слоем диоксида кремния, немедленно образующегося в присутствии кислорода, воздуха или воды (водяных паров).

Технический кремний находит следующие применения:

1. сырьё для металлургических производств: компонент сплава (бронзы, силумин); раскислитель (при выплавке чугуна); модификатор свойств металлов или легирующий элемент (например, добавка определённого количества кремния при производстве трансформаторных сталей увеличивает коэрцитивную силу готового продукта) и т. п.;
2. сырьё для производства более чистого поликристаллического кремния и очищенного металлургического кремния;
3. сырьё для производства кремнийорганических материалов, силанов;
4. иногда кремний технической чистоты и его сплав с железом (ферросилиций) используется для производства водорода в полевых условиях;
5. для производства солнечных батарей.

 

 

 

21. Общая характеристика элементов III группы главной подгруппы. Применение.

Элементы главной подгруппы III группы периодической системы – бор, алюминий, галлий, индий и таллий. На внешнем электронном слое они содержат три электрона. Бор, алюминий, галлий и индий в своих соединениях имеют степенно окисления +3. С увеличением порядкового номера металлические свойства элементов подгруппы усиливаются. Бор имеет ярко выраженные неметаллический характер.

 

Из элементов III группы только бор и алюминий используются в ветеринарной медицине. Некоторые их соединения находят применение в фармацевтической практике как лекарственные препараты.  

Соединения бора с металлами (бориды) обладают высокой твердостью и термостойкостью. Поэтому их используют для получения сверхтвердых и жаропрочных специальных сплавов. Большой термостойкостью обладают карбид и нитрид бора. Последний применяют в качестве высокотемпературной смазки.

 

 

 

22. Бор. Строение  атома, валентность. Важнейшие соединения. Применение.

Бор является микроэлементом, играющим определенную физиологическую роль в организме. В виде борной кислоты H3BO3 содержится в незначительных количествах в ягодах, фруктах, хмеле, а иногда и в вине. В ветеринарной практике соединения бора применяются в виде борной кислоты Н3ВО3 Na2B4O7, которые обладают дезинфицирующим свойством.

Химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 5.

Степени окисления +3 (валентность III).

Конфигурация электронной оболочки: 1s22s2p1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23.Алюминий  и его соединения. Применение.

Алюми́ний - элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

Алюминий - легкоплавкий серебристый металл малой плотности, обладает высокой электрической проводимостью и пластичностью. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования оксидной плёнки, защищающей поверхность от дальнейшего взаимодействия. Al - химически активный металл (МЕ). После удаления защитной плёнки Al окисляется до Al2O3 и реагирует с водой вытесняя из неё водород:

4Al + 3O2 = 2Al2O3,  2Al +6H20 +2Al(OH)3 +3H2↑

Al - амфотерный МЕ. Он реагирует и с растворами кислот и с растворами щелочей: 2Al + 6NaOH + 6H2O = 2Na3[Al(OH)6] + 3H2↑ Алюминий легко растворяется в кислотах, которые разрушают пленку, например в HCl. Но кислоты-окислители (напр. H2SO4, HNO3) наоборот стабилизирует оксидную пленку и Al в них не растворяется.

1) При взаимодействии  с водородом получается гидрид  алюминия(твердое, нелетучее полимерное  соединение), но реакцию проводят  косвенным путём: 3LiH + AlCl3 = AlH3 + 3LiCl.

2) При взаимодействии Al с галогенами получаются галогениды алюминия, среди них отличается по свойствам  - фторид алюминия AlF3(термодинамически устойчивое соед. с высокой температурой плавления, малорастворим в воде)

3) с O2 Al образует Al2O3(cуществует в нескольких кристаллических модификациях и аморфном состоянии)

4)образование гидроксида Al(существует в нескольких кристалльческих состояниях):

a) аморфный гидроксид в виде студенистого белого осадка  AlCl3 + 3NH4OH = Al(OH)3↓ + 3NH4Cl

b) гиббсит(гидрагиллит) образуется при медленном пропускании газообразного оксида углерода (IV) в раствор гидроксоалюминатов щелочных МЕ, т.е. при очень осторожном снижении рН этих растворов:  Na[Al(OH)4(OH2)2] + H2O + CO2 → [Al(OH)3(OH2)3] + NaHCO3

5)образование комплексных соединений: LiH + AlH3 = Li[AlH4] тетрагидроалюминат(III) лития или аланат; 3NaF +AlF3 = Na3[AlF6] гексафтораюминат натрия

Применение: Al находит самое широкое применение. Он используется: в электротехнике, в самолето- и машиностроении, в производстве теплообменных аппаратов, в радиотехнике. Алюминием покрывают изделия, создавая тем самым защиту от коррозии, гидроксид Al применяют для очистки воды.

 

 

24. Общая характеристика элементов  главной подгруппы II группы. Применение.

Ко II группе период. системы элементов относятся бериллий, щелочноземельные Ме: магний, кальций, стронций, барий, радий. Щелочноземельными эти МЕ являются, потому что их оксиды (земли)дают с водой щелочные растворы. Для этих элементов характерна сравнительно низкая температура плавления и высокая летучесть. Растворимость гидроксидов щелочнозем. МЕ  увеличивается от Mg к Ba: гидроксид магния почти не растворяется в воде, гидрокс. кальция растворяется слбо, гидроксид бария - хорошо. Растворимость же многих солей уменьшается от магния к радию: сульфат магния хорошо растворяется в воде, сульфат кальция - плохо, сульфаты стронция, бария, радия - почти нерастворимы.

Металлический Be применяется для изготовления окон к рентгеновским установкам, т.к. он поглощает рентгеновские лучи в 17 раз слабее алюминия. Добавка бериллия к сплавам увеличивает их твердость и электропроводность. Нитрат стронция применяется в пиротехнике, его карбонат и оксид используют в сахарной промышленности. Хлорид бария используют в лабораторной практике, сульфат бария - в рентгеноскопии органов пищеварения. Соединения радия применяют для получения радона, обладающего целебными свойствами. Соли радия применяют в исследовательских целях. Благодаря способности кадмия образовывать защитную оксидную пленку он является устойчивым антикоррозионным покрытием. Магний применяют для получения различных легких сплавов; его добавляют для улучшения механических свойств; магний - восстановитель редких МЕ. Кальций применяется в металлургии; он восстанавливает оксиды и хлориды в производстве многих редких МЕ; в промышленности оксид кальция применяют как выжущий материал.

 

 

25. Жесткость воды и способы её  устранения.

 

Различают временную (устранимую) и постоянную жесткость воды. Временную жесткость, вызванную наличием кидрокарбонатов кальция и магния, можно устранить кипячением:

Ca(HCO3)2  = CaCO3↓ +CO2↑ + H2O

при этом образуется осадок - труднорастворимая соль карбонат кальция (магния), и содержание кальция(магния) в воде снижается, т.е. жесткость воды уменьшается. Временную жесткость называют также карбонатной жесткостью.

Наличие в воде сульфатов и хлоридо кальция и магния обусловливает постоянную жетскость воды. Эти соли не выделяются в осадок кипячением, для их устранения необходимо проводить специальную очистку воды. Различают кальциевую жесткость воды - обусловлена наличием кальциевых солей, и магниевую - из-за магниевых солей. Суммарная кальциевая и магниевая жескость называется общей жесткостью. Жесткость воды выражают в мг-экв/л и находят по формуле:  Общ.ж. = [Ca2+]/20,04 + [Mg2+]/12,16 , где  [Ca2+] и [Mg2+] - содержание кальция и магния в 1л воды.  Для умягчения воды применяют два метода: осаждение и ионный обмен. Для осаждения Mg и Ca аиболее широко применяют соду, известь, фосфат Na и др. Известь взаимодействует с солями Mg и осаждает Mg в виде гидроксида: MgCl2 +Ca(OH)2 = Mg(OH)2↓ + CaCl2.

Сода взаимод. с солями кальция, образуя труднорастворимый карбонат кальция: CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4

Для устранения временной жесткости методом осаждения используют:

а)известковый метод Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ +H2O,  Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O

b) Натронный метод Ca(HCO3)2+2NaOH=CaCO3↓+Na2CO3+2H2O,   Mg(HCO3)2+4NaOH=Mg(OH)2↓+2Na2CO3+2H2O

c)Содовый метод: Ca(HCO3)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaHCO3, Mg(HCO3)2 +Na2CO3 = MgCO3↓ + 2NaHCO3.

Для устранения постоянной жесткости используют содовый и фосфатный медоды: CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4,

 MgSO4 + Na2CO3 = MgCO3↓ + Na2SO4.

3CaSO4 +2Na3PO4 - Ca3PO4 = Ca3(PO4)2↓ + 3Na2SO4,  3MgSO4 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2↓ +3Na2SO4.

Ионный обмен - ионообменные смолы Ионный обмен и ионообменные смолы применяются с 60 годов. Но промышленная деминерализация и умягчение воды стали применятся только с развитием производства и расширением ассортимента ионообменных смол. Ионообменные смолы сорбенты – иониты – твердые, нерастворимые, вещества в виде мелкодисперсных шариков. В основе этих смол – лежит синтетическая матрица (каркас), содержащая положительный или отрицательный заряд, и противоин компенсирующий заряд матрицы.

Очистка воды происходит в результате обмена элементов (положительно или отрицательно зараженных) матрицы ионообменной смолы на элементы растворенных в воде загрязнений. Таким образом, концентрация растворенных загрязнений существенно падает. В последствии, во время регенерации систем водоподготовки накопленные загрязнения из воды сбрасываются в дренаж.

 

 

26.Щелочные  МЕ. Изменение потенциала ионизации. Роль в окислительно-восстановительных  процессах. Важнейшие соединения, биологическая  роль, применение.

 

Щелочные МЕ:  литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций. Данные МЕ назвали щелочными, т.к. при взаимодействии с водой они образуют растворимые в воде основания – щелочи. Щелочные МЕ – это элементы главной подгруппы первой группы периодической системы.

Они легко отдают электроны, поэтому являются очень сильными восстановителями. Во всех соединениях проявляют степень окисления +1. От лития к цезию восстановительные свойства усиливаются, активный металл цезий. Это наиболее типичные представители металлов: металлические свойства выражены у них особенно ярко.

Для МЕ характерна мягкость, труднее всего резать литий, тогда как натрий и калий легко поддаются скальпелю.  В природе щелочные металлы находятся в виде соединений, потому что обладают высокой химической активностью, которая в свою очередь, зависит от особенностей электронного строения атомов (наличие одного неспаренного электрона на внешнем энергетическом уровне)

Щелочные металлы взаимодействуют как с простыми веществами, и сложными. Активно взаимодействуют почти со всеми неметаллами ( с галогенами, водородом, образуя гидриды). Из сложных веществ с водой – образуя растворимые в воде основания – щелочи и с кислотами.  2Na + O2 = Na2O2,  2Na + H2 = 2NaH,   KCI + NaNO3 = KNO3 + NaCI и т.д.

Щелочные металлы и их соединения широко используются в технике. Литий применяется в ядерной энергетике. Цезий и рубидий применяются для изготовления фотоэлементов. Гидроксид натрия - один из важнейших продуктов основной химической промышленности. NaOH применяется при производстве искусственного волокна в мыловаренной промышленности, бумажной, текстильной и др.  Пероксид натрия (NaHO2)  применяется для отбелки тканей, шерсти, шëлка и т. п. Поваренная соль NaCl.  Главные потребители гидроксида калия(КОН) - мыловарение. КСI - наиболее концентрированное калийное удобрение. Нитрат калия (калийная селитра) КNO3, метафосфат калия КРО3, сульфат калия К2SO4, карбонат калия (или поташ) К2СО3 - это всё удобрения.

 

 

27. Хром. Строение атома. Возможные  степени окисления. Кислотно-основные  свойства. Применение.

Сг -  элемент побочной подгруппы шестой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов. В свободном виде — голубовато-белый металл, отличающийся большой твердостью и хрупкостью. Конфигурация внеш. электронных оболочек атома 3d54s1; степени окисления +2, +3, +6, реже +4, +5, +1. При нагревании Cr  взаимодействует с O2, галогенами, N2, C, S и др.  4Cr + 3O2 = 2Cr2O3 (оксид хрома), 2Cr + 3Cl2=2CrCl3 (хлорид хрома),