’ими€ ’ими€
’ими€ –≈‘≈–ј“џ –≈ ќћ≈Ќƒ”≈ћ  
 
“ема
 • √лавна€
 • јвиаци€
 • јстрономи€
 • Ѕезопасность жизнеде€тельности
 • Ѕиографии
 • Ѕухгалтери€ и аудит
 • √еографи€
 • √еологи€
 • ∆ивотные
 • »ностранный €зык
 • »скусство
 • »стори€
 •  улинари€
 •  ультурологи€
 • Ћингвистика
 • Ћитература
 • Ћогистика
 • ћатематика
 • ћашиностроение
 • ћедицина
 • ћенеджмент
 • ћеталлурги€
 • ћузыка
 • ѕедагогика
 • ѕолитологи€
 • ѕраво
 • ѕрограммирование
 • ѕсихологи€
 • –еклама
 • —оциологи€
 • —трановедение
 • “ранспорт
 • ‘изика
 • ‘илософи€
 • ’ими€
 • ÷енные бумаги
 • Ёкономика
 • ≈стествознание




’ими€


†јтомно-молекул€рное учение и его законы
’ими€ - наука о веществах,
изучающа€ их состав, строение, свойства, а также превращени€ веществ, на
сопровождающиес€ изменением состава атомных €дер.
»спользование дл€ нужд
человека природных ресурсов Ч руд, каменного угл€, нефти, природного газа,
известн€ков, глин, песка Ч тесно св€зано с их химической переработкой. »з
природного сырь€ производ€тс€ разнообразные вещества, используемые во всех
отрасл€х техники, в сельском хоз€йстве и быту.
’имизаци€ народного
хоз€йства €вл€етс€ одним из решающих факторов технического прогресса.
»спользование новейших достижений химии позвол€ет значительно повысить выплавку
металлов из руд, создать сплавы высокой прочности и термостойкости. –азвитие, в
частности, атомной энергетики и космической техники, тесно св€зано с
применением новых материалов, высококалорийного топлива и т. д. –астЄт
потребность в различных пластических массах и синтетических материалах, которые
во всЄ больших масштабах производ€тс€ химической промышленностью.
1. јтомно-молекул€рное учение
ѕредставление о том, что все
вещества состо€т из отдельных частиц, возникло задолго до нашей эры.
ƒревнегреческие философы считали, что вещества построены из мельчайших
неделимых частиц Ч атомов, наход€щихс€ в непрерывном движении. ¬† промежутках между атомами находитс€ пустое
пространство. ƒревние мыслители полагали, что все вещества отличаютс€ друг от
друга формой, числом и расположением†
образующих их атомов, а все происход€щие в природе изменени€ объ€сн€ли
соединением или разъединением атомов.
Ќаиболее €рко эти взгл€ды
были развиты в древней √реции. √реческий ум отличалс€ особой силой творчества в
области гипотез. ќн практически исчерпал все мыслимые теории дл€ объ€снени€
¬селенной. –ассмотрим наиболее известных представителей греческой философии и
вкратце опишем суть их идей.
‘алес ћилетский (640-550 гг. до н. э.) Ч УЌачало всех вещей Ч
вода, из воды всЄ происходит и всЄ возвращаетс€ к водеФ. ¬ода Ч главный элемент
мироздани€ из неЄ всЄ происходит. »сторики науки усматривают в этом ≈гипетские
мотивы, где плодородие «емли находилось в пр€мой зависимости от нильских вод.
Ёто подтверждаетс€ тем, что ‘алес бывал в ≈гипте.
јнаксимандр (610-547 гг. до н. э.) считал началом всех вещей первоначальное,
качественно неопределЄнное первичное и бесконечное вещество, из коего
выдел€ютс€ первоначальные противоположности тепла и холода, сухости и
влажности. »з влажного начального периода произошла «емл€ и из него же
развились постепенно под вли€нием тепла растени€ и животные, и лишь с постепенным
высыханием «емли они прим€ли другие формы.
јнаксимен (ок. 550 г до н. э.) Ч У¬се тела произошли из воздуха, сгуща€сь воздух
превращаетс€ в воду, а вода в землю, через разр€жение воздуха происходит огонь.
¬се вещества вдыхают воздух, живут им и в него в конце концов возвращаютс€.
ѕифагор —амосский (582-500). ќсновал в  ротоне школу и философско-политический
тайный союз. ѕоступивший в него осуждалс€ на п€тилетнее молчание, и несмотр€ на
это, общество увеличивалось и потом было свергнуто. ѕифагор умер добровольной
голодной смертью в храме ћуз.
 сенофан У¬сЄ, что произрастает или рождаетс€, Ч земл€ и водаФ
√ераклит Ёффесский утверждал, что начало всему любовь и вражда, что бог Ч это умный огонь,
что всЄ движетс€ в противоположных направлени€х и ничего не стоит. ќгонь создал
мир и управл€ет миром.
јнаксагор (500-428 до н. э.) Ч У√реки ошибочно предполагают, будто что-либо
начинаетс€ или прекращаетс€; ничто не возникает вновь и не уничтожаетс€; всЄ
сводитс€ к сочетанию или разъединению вещей, существовавших от века. ¬ернее
было бы признать возникновение сочетанием, а прекращение разъединением
мельчайших, невидимых глазу частиц которых существует бесконечное множество, и
все они непреход€щие и неизмен€емые первоначальные вещества, отличающиес€ друг
от друга по форме, цвету и вкусу.
Ёмпедокл из јгригента (492-432 до н. э.) Ч УЅезумцы полагают, что
может возникнуть что-либо никогда не бывшее или погибнуть, исчезнуть без следа
что-либо существенное... ¬ природе нет возникновени€ того, что может умереть;
нет полного уничтожени€; ничего, кроме смешени€ и разъединени€ сочетаемого,
только невежды называют это рождением и смертьюФ. ¬ основу своих сочинений
Ёмпедокл кладЄт четыре стихии или Укорн€Ф: землю, воду, воздух и огонь. —тихии
эти неизменны и неспособны ни возникнуть одна из другой, ни переходить друг в
друга. »з их смещени€ и разъединени€ происходит всЄ.
„тобы прослыть божеством
бросилс€ в жерло вулкана Ч Ётны. ѕо легенде гора низвергла назад железные
сандалии, показав этим, что божество было мнимым.
ƒемокрит јбдерский (460-370 гг. до н. э.) разрабатывал атомистическую
картину мира, развива€ учение своего учител€ Ћевкиппа.
¬селенна€ состоит из пустого
пространства и бесконечного множества неделимых мельчайших частиц Ч атомов
отличающихс€ по своему очертанию. “ела возникают и исчезают лишь путЄм
сочетани€ и разъединени€ атомов, так как из ничего не может произойти ничего и
ничто существующее не может исчезнуть. ƒвижение атомов обуславливаетс€ не
вли€нием какой-либо внешней, независимой от них силы, а действием силы, присущей
им самим от века. ¬се атомы наход€тс€ в состо€нии непрерывного падени€ в
бесконечном пространстве.
Ќаличие пустоты в
пространстве доказываетс€ ƒемокритом возможностью движени€ в пространстве,
возможностью разр€жени€ с сгущени€ тел.
ѕлатон (429-342 до н. э.) Ч земл€ покоитс€ в центре ¬селенной, планеты следуют
друг за другом, элементы огн€ имеют форму тетраэдров, элементы воздуха Ч
октаэдров, воды Ч икосаэдров, а элементы земли Ч кубов. Ётим элементам
соответствуют четыре области: ниже всех лежит наиболее т€жЄла€ стихи€ земл€;
затем следует вода, воздух и огонь.  ажда€ стихи€ стремитс€ зан€ть своЄ место,
и тела следуют движению преобладающего в них начала: камень падает на землю,
огненные пары поднимаютс€ вверх.
јристотель (—тагирит) (384-322 гг. до н. э.) училс€ в академии ѕлатона.
Ѕыл учителем јлександра ћакедонского, который сказал о нЄм: Уя чту јристотел€
наравне со своим отцом, так как если отцу € об€зан жизнью, то јристотел€ об€зан
всем, что даЄт ей ценуФ.
ѕрирода есть совокупность
физических тел, состо€щих из вещества и наход€щихс€ в состо€нии непрерывного
движени€ или изменени€. ¬с€кое движение предполагает пространство и врем€.
ѕространство сплошь заполнено материей и следовательно не существует пустого
пространства, ни мельчайших неделимых частиц материи или атомов.
≈сли мы будем искать начала
чувственных, т. е. ос€заемых вещей, то мы найдЄм не более четырЄх
противоположностей, доступных ощущению и не выводимых из каких-либо начал:
тепло и холод, сухость и влажность. ќни представл€ют собой первоначальные
качества материи, т. к. противоположности не могут быть соединимы, то из
попарного сочетани€ их получаютс€ четыре
—ухость
«ем눆†††††††††††† ќгонь
’оло䆆††††††††††††††††††††
“епло
¬ода††††††††††††††† ¬оздух
¬лажность
основных вещества: жаркий и холодный Ч огонь; жаркий
и влажный Ч воздух; холодна€ и влажна€ Ч вода;†
холодна€ и суха€ Ч земл€. Ёти четыре вещества содержатс€ во всех телах
либо в действительности, либо потенциально и могут быть выделены из всех тел...
» эти тела неспособны разлагатьс€ на другие вещества, поэтому их и называют
стихи€ми или началами. Ќачала по природе своей легки и т€желы. «емл€ абсолютно
т€жЄла€, огонь абсолютно лЄгка€ стихи€, воздух и вода по т€жести занимают
промежуточное положение. ¬се тела стрем€тс€ вниз к «емле или вверх к небу и
движутс€ в этом направлении до тех пор, пока сопротивление другого тела не
остановит их движени€.
Ќаиболее совершенное
движение, движение по кругу, продолжающеес€ равномерно и однообразно во веки
веков. ƒл€ осуществлени€ этого совершеннейшего движени€ в природе находитс€ ещЄ
п€тое начало, которому также свойственно круговое движение Ч это эфир, из которого
состоит небо Ч квинтэссенци€. —фера
неподвижных звЄзд состоит из чистого эфира.
¬есьма веро€тно, что
Ёмпедокл и јристотель не самосто€тельно дошли до своего учени€ об элементах, а
заимствовали его из других источников. ¬ древнеиндийских рукопис€х говоритс€,
что ¬селенна€ состоит из названных четырЄх элементов и из эфира, имеющего много
общего с квинтэссенцией јристотел€.
ѕредставлени€ јристотел€
господствовали в науке две тыс€чи лет. »з теории јристотел€ алхимики сделали
вывод о возможном превращении химических элементов. ј из квинтэссенции Ч
возможность получени€ философского камн€ (эликсира долголети€, универсального растворител€
и т. д.).
–оберт Ѕойль дл€ обозначени€ атома ввЄл пон€тие УкорпускулаФ.  орпускулы по Ѕойлю различаютс€ размером и формой.
 орпускулы первого пор€дка посредствам имеющихс€ у них зазубринок соедин€ютс€
образу€ корпускулы второго пор€дка.
»саак Ќьютон полагал, что мельчайшие частицы, из которых состо€т тела, обладают
массой. ћежду частицами действуют силы прит€жени€ и отталкивани€.
ќсновные положени€
атомно-молекул€рного учени€:
1. ¬се вещества состо€т из наход€щихс€ в непрерывном движении частиц Ч
корпускул (молекул).
2.  орпускулы, в свою очередь, состо€т из элементов (атомов).
3. јтомы подобно молекулам наход€тс€ в состо€нии непрерывного движени€
и характеризуютс€ определенными химическими свойствами, весом и размерами.
— беспрерывным движением
молекул св€зан целый р€д физических €влений, подтверждающих реальное
существование молекул. ќдно из таких €влений Ч диффузи€ Ч проникновение молекул одного вещества в другое вещество.
ƒиффузию в газах и жидкост€х наблюдать легко: сернистый газ (который вдвое
т€желее воздуха) распростран€етс€ по всему помещению, где горела сера;
кристаллик перманганата кали€ (марганцовки), опущенный на дно цилиндра с водой,
раствор€етс€ и окрашивает весь раствор в малиновый цвет. ƒиффузи€ металлов была
доказана таким опытом: две отшлифованные пластинки Ч свинцова€ и золота€ Ч были
положены одна на другую и оставлены под грузом. „ерез несколько лет во всех
част€х свинцовой пластинки были найдены частицы золота (и наоборот).
ѕри нагревании твЄрдого тела
амплитуда колебаний его молекул всЄ врем€ увеличиваетс€. ѕо достижении
определЄнной температуры взаимное прит€жение частиц уже не может обеспечить
строгого пор€дка в их расположении и вещество плавитс€.
¬ жидкост€х с повышением
температуры всЄ большее число молекул приобретает энергию, позвол€ющую им
преодолеть молекул€рные силы сцеплени€, оторватьс€ от поверхности жидкости и
вылететь в пространство над ней. ѕри температуре кипени€ парообразование происходит
не только на поверхности, но и в объЄме Ч она закипает. јтомы также наход€тс€ в
непрерывном движении, но его характер более или менее ограничен.
Ѕольшинство физических €влений (переход вещества из
твЄрдого состо€ни€ в жидкое или газообразное, увеличение объЄма при нагревании
и т. п.) не сопровождаетс€ изменением
химического состава молекул. “ак молекулы воды состо€т из двух атомов
водорода и одного атома кислорода независимо от того, в каком состо€нии
находитс€ вода Ч твЄрдом, жидком или газообразном. ¬ результате химических реакций атомы переход€т из одних молекул в другие. ќбразуютс€
молекулы новых химических веществ.
ƒо конца XIX в реальность
существовани€ атомов и молекул не могла быть подтверждена из-за невозможности
непосредственно их измерить и взвесить. —читалось, что атомно-молекул€рное
учение не отражает объективной реальности, а введено в науку дл€ облегчени€
понимани€ химических процессов. Ётим сомнени€м был положен конец классическими
опытами французского физика ѕеррена.
ќн изготовил из смолистого
вещества очень маленькие шарики, которые в его опытах играли роль моделей
молекул газа. Ўарики были приблизительно одинакового объЄма, и их массу можно
было вычислить. ¬зболтав эти шарики в воде, ѕеррен наблюдал в микроскоп их
распределение в сосуде. ¬ычислив количество шариков в единице объЄма на
различных уровн€х, учЄный установил, что оно точно соответствует закону
уменьшени€ концентрации газов с высотой. ј этот закон был выведен из
кинетической теории газов, в основе которой лежало атомно-молекул€рное учение.
ѕеррен определил также
кинетическую энергию частиц и обнаружил, что она полностью совпадает с
кинетической энергией молекул газов, вычисленной при той же температуре на
основании кинетической теории газов.
¬ насто€щее врем€ возмлжно
не только вычислить размеры отдельных молекул и их абсолютную массу, но и
определить рассто€ние между ними, а в некоторых случа€х Ч даже сфотографировать
их.
ќднако не все окружающие нас
вещества состо€т из молекул.  ак показали исследовани€ в области
кристаллохимии, структурными единицами не всегда €вл€ютс€ молекулами. ≈сли
органические вещества (в газообразном, жидком и кристаллическом состо€нии)
образованы в основном из отдельных, относительно самосто€тельных молекул, то у
большинства неорганических соединений, наход€щихс€ в кристаллическом состо€нии,
молекул обнаружить не удавалось. Ѕолее того, оксиды металлов, их гидроксиды, а
также соли не† имеют молекул не только в
кристаллическом состо€нии, но и в расплавах, водных растворах. “ак, хлорид
натри€ при обычных услови€х представл€ет собой кристаллическое вещество с
ионами натри€ и хлора в узлах кристаллической решЄтки.  аждый положительно
зар€женный ион натри€ находитс€ в окружении шести отрицательно зар€женных ионов
хлора, и наоборот: ион хлора удерживает вокруг себ€ шесть ионов натри€.
ќчевидно, что така€ св€зь ионов натри€ с ионами хлора не даЄт никаких оснований
дл€ выводов о наличии обособленных, индивидуальных молекул в кристаллах данного
вещества. ћолекулы NaCl образуетс€ лишь при высоких температурах, когда соль
переходит в газообразное состо€ние. ƒл€ карбоната кальци€ молекулы вообще не
известны: в твЄрдом состо€нии Ч это кристаллическое вещество с чередующимис€ в
узлах решЄтки ионами —а2+ и —ќ32-, в жидкое и тем более
газообразное состо€ние его перевести нельз€, так как при нагревании оно
разлагаетс€ на оксиды.
ѕомимо органических
соединений молекул€рную структуру имеют некоторые неорганические вещества.  
ним относ€тс€ соединени€, в состав которых вход€т лишь неметаллы, а именно
водородные и кислородные соединени€ неметаллов, соединени€ неметаллов с азотом,
кислородсодержащие кислоты.
2. «акон сохранени€ массы веществ
ћасса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ,
образовавшихс€ в результате реакции.
— точки зрени€
атомно-молекул€рного учени€ этот закон объ€сн€етс€ тем, что при химических
реакци€х общее количество атомов не измен€етс€, а происходит лишь их
перегруппировка. «акон сохранени€ массы веществ €вл€етс€ основным законом
химии, все расчЄты по химическим реакци€м производ€тс€ на его основе. »менно с
открытием этого закона св€зывают возникновением современной химии как точной
науки.
— законом сохранени€ массы
веществ тесно св€зан закон сохранени€ энергии:
энерги€ не возникает из ничего и не исчезает бесследно, но одни еЄ виды
могут превращатьс€ в другие в строго эквивалентных количествах. †††
“ак при разложении воды,
кислот, щелочей или солей посредством электрического тока электрическа€ энерги€
превращаетс€ в химическую. “о же наблюдаетс€ при зар€дке аккумул€тора. ќбратный
процесс Ч превращение химической энергии в электрическую Ч происходит при
разр€дке аккумул€тора.
јльберт Ёйнштейн показал, что между массой тела и его энергией ≈ существует св€зь,
выражаема€ соотношением:
E = mc2
где с - скорость света в вакууме,
равна€ 300 000 км/с. Ёто уравнение применимо ко всем энергетическим процессам;
в том числе к химическим и €дерным реакци€м. »з него следует, что если масса
системы измен€етс€, то происходит изменение и еЄ энергии, и наоборот: изменение
внутренней энергии системы всегда сопровождаетс€ изменением массы. ¬следствие
химических реакций всегда выдел€етс€ или поглощаетс€ энерги€. ѕоэтому строго
говор€, масса веществ, участвующих в этих реакци€х, должна измен€тьс€: при
выделении теплоты Ч уменьшатьс€, а при поглощении Ч увеличиватьс€. ќднако
вследствие очень большой величины множител€ с2 изменени€ массы при
химических реакци€х настолько малы, что определить их существующими методами
невозможно.
–ассчитаем, например, какому
количеству энергии соответствует изменение массы на 1 г:
≈ = 1Ј10-3Ј(3Ј108)2
= 9Ј1013 ƒж.
ѕри образовании 1 мол€ воды
из газообразных водорода и кислорода выдел€етс€ 285,9 кƒж энергии, то
уменьшение массы составит 3,2Ј10-9 г. Ёта
величина далеко за пределами возможностей взвешивани€. “епловые эффекты
химических реакций таковы по своей величине, что изменение массы веществ в их
результате не могут быть изменены. ѕоэтому закон сохранени€ массы веществ не
могут быть измерены. ѕоэтому закон сохранени€ массы веществ соблюдаетс€
практически при всех химических реакци€х.
3. «акон посто€нства состава
«акон сохранени€ массы
послужил основой дл€ изучени€ количественного состава различных химических
соединений. ћногочисленные опыты показали, что качественный и количественный
состав различных сложных веществ посто€нен и не зависит от способа их
получени€.
“ак, 44 г углекислого газа
(—ќ2) соедин€€сь с 56 негашеной извести (—аќ), образуют 100 г мела
(—а—ќ3). ѕри этом никакие другие вещества не образуютс€, а данные
соединени€ вступают в реакцию полностью. ≈сли через негашЄную известь
пропустить избыток углекислого газа, то он не будет реагировать с
образовавшимс€ мелом.
„иста€ (без примесей) вода
независимо от того, получена она синтезом из водорода и кислорода, при
нейтрализации щЄлочи кислотой или при любой другой реакции, и чиста€ природна€
вода всегда состоит из водорода и кислорода в соотношении 1:8 по массе.
‘ранцузский учЄный ∆ан Ћуи
ѕруст, обобщив большой экспериментальный материал о составе различных веществ,
сформулировал в 1799 г закон посто€нства
состава:
каждое химическое соединение имеет посто€нный качественный и
количественный состав независимо от способа его получени€.
Ётот закон находитс€ в
полном соответствии с атомно-молекул€рным учением. ƒействительно, молекула
любого вещества состоит из вполне определЄнного количества атомов, имеющих
посто€нную массу. ѕоэтому еЄ массовый состав и, следовательно, массовый состав
вещества посто€нны независимо от способа его получени€. “акие соединени€
называютс€ дальтониды.
—овременна€ хими€
располагает данными, из которых следует, что закону посто€нства состава
подчин€ютс€ главным образом вещества, имеющие молекул€рную структуру, если же
вещества не имеют молекул€рной структуры, то возможны отклонени€ от этого
закона.†
†ƒействительно соединени€ переменного состава, называемые бертолиды, существуют и с каждым годом
их открывают всЄ больше. Ёти соединени€ не имеют определЄнной химической
формулы. ¬первые бертолиды были обнаружены в системах, состо€щих их нескольких
металлов (интерметаллические сплавы), затем среди оксидов, сульфидов, селенидов
металлов и др. Ќапример, оксид титана (II) имеет состав от “iO0,59
до TiO1,33, в соединении талли€ с висмутом на 1 часть талли€
приходитс€ от 1,24 до 1,82 частей висмута по массе. ¬ природе бертолиды
распространены значительно шире, чем дальтониды.
ќтклонени€ от закона
посто€нства состава может быть обусловлено не только изменени€ми атомного
состава соединений, но и причинами св€занными с наличием в природе изотопов.
Ќапример, дл€ водорода известны три изотопа с массовыми числами 1 (протий), 2 (дейтерий) и 3 (тритий).
≈стественно, что в молекуле воды, образованные первым, вторым или третьим
изотопом, на 1 атом кислорода приход€тс€ 2 атома водорода (атомный состав
посто€нен), однако процентное содержание кислорода в этих соединени€х переменно
и составл€ет соответственно 88,89; 80 и 72,73 %.
4. «акон кратных отношений. «акон объЄмных отношений.
»звестны случаи, когда два
элемента, соедин€€сь между собой в различных количественных соотношени€х,
образуют несколько химических соединений. “ак, углерод с кислородом образуют
два соединени€ следующего состава: монооксид углерода (угарный газ) —ќ Ч 3 весовых
части углерода и 4 весовых части кислорода; диоксид углерода (углекислый газ)
—ќ2 Ч 3 весовых части углерода и 8 весовых частей кислорода.
 оличество весовых частей
кислорода, приход€щеес€ в этих соединени€х на одно и то же количество углерода
(3 весовых части), соотноситс€ между собой как 4:8 или 1:2.
јзот с кислородом образует
п€ть оксидов (табл. 1).
“аблица 1. —остав оксидов азота ќксид —остав в % —остав в единицах массы азот кислород азот кислород √емиоксид азота 63,7 36,3 1 0,57 ћонооксид азота 46,7 53,3 1 1,14 —есквиоксид азота 36,9 63,1 1 1,71 ƒиоксид азота 30,5 69,5 1 2,28 √емипентаоксид азота 25,9 74,1 1 2,85
 оличество весовых частей
кислорода приход€щеес€ в этих соединени€х на одну весовую часть азота
соотноситс€ между собой как 0,57 : 1,14 : 1,71 : 2,28 : 2,85 = 1 : 2 : 3 : 4 :
5.
ƒанные о количественном
составе различных соединений, образованных двум€ элементами, и исход€ из
атомистических представлений, английский химик ƒжон ƒальтон в 1803 году
сформулировал закон кратных отношений:
если два элемента образуют между собой несколько соединений, то на одно
и то же весовое количество одного элемента приход€тс€ такие весовые количества
другого элемента, которые относ€тс€ между собой как небольшие целые числа.
“о, что элементы вступают в
соединени€ определенными порци€ми, €вилось ещЄ одним подтверждением
правильности атомистического учени€ и объ€снени€ с его позиций химических
процессов.
ќднако атомистические
представлени€ сами по себе не могли объ€снить, например, количественных
соотношений, которые наблюдаютс€ в химических реакци€х между газами.
‘ранцузский учЄный ∆.
√ей-Ћюссак, изуча€ химические реакции между газообразными веществами, обратил
внимание на соотношени€ объЄмов реагирующих газов и газообразных продуктов
реакции. ќн установил, что 1 л хлора целиком вступает в реакцию с 1 л водорода с
образованием 2 л хлороводорода; 1 л кислорода взаимодействует без остатка с 2 л
водорода, образу€ 2 л вод€ного пара. Ёти опытные данные √ей-Ћюссак обобщил в законе объЄмный отношений:
ќбъЄмы реагирующих газообразных веществ относ€тс€ между собой и к
объемам образующихс€ газообразных веществ как небольшие целые числа.
5. «акон јвогадро
»таль€нский физик јмедео
јвогадро сделал очень важное дополнение к атомистической теории. ќн ввел
пон€тие о молекуле как мельчайшей частице вещества, способной к
самосто€тельному существованию. ќн использовал пон€тие молекулы дл€ объ€снени€
простых объЄмных отношений между реагирующими газами. ¬ 1811 году он выдвинул
следующую гипотезу:
в равных объЄмах различных газов при одинаковых услови€х (давлении и
температуре) содержитс€ равное число молекул.
јвогадро прин€л, что
молекулы простых газов состо€т из двух атомов: ќ2, Ќ2, Cl2,
N2. ѕри этом допущении реакцию между хлором и водородом, привод€щую
к образованию хлороводорода можно представить уравнением:
Ќ2 + —l2
= 2 H—l
из которого видно, что из одной молекулы водорода и
одной молекулы хлора образуютс€ две молекулы хлороводорода. —ледовательно, и
объЄм, занимаемый хлороводородом, должен быть вдвое больше объЄма вступившего в
реакцию водорода или хлора. —уммарный же объЄм исходных газов в соответствии с
приведЄнным уравнением должен быть равен объЄму образовавшегос€ хлороводорода.
√ипотеза јвогадро была
подтверждена большим числом экспериментальных данных и вошла в науку под
названием закона јвогадро. Ётот
закон вводил в науку представление о молекулах, как мельчайших частицах
элемента.
6. ќсновные химические пон€ти€
¬ середине XIX века
атомно-молекул€рное учение завоевало полное признание. Ќа международном съезде
химиков в г.  арлсруэ в 1860 г. были прин€ты чЄткие определени€ пон€тий атома и
молекулы.
ћолекула Ч наименьша€ частица вещества, способна€ к самосто€тельному
существованию и обладающа€ химическими свойствами данного вещества.
“акие физические свойства,
как температура плавлени€ и кипени€, механическа€ прочность и твЄрдость,
зависит от прочности св€зи между молекулами в данном веществе, поэтому дл€
отдельной молекулы они не имеют смысла. “акие величины, как плотность существуют
как дл€ молекулы в целом, так и дл€ вещества. ѕлотность молекулы всегда
значительно больше, чем дл€ твЄрдого вещества, так как в каждом веществе при
любом агрегатном состо€нии между молекулами всегда есть свободное
пространство.. Ёлектропроводность, теплоЄмкость определ€ютс€ структурой вещества
в целом, а не свойствами отдельных молекул. Ёто подтверждаетс€ резким
изменением электропроводности при переходе от одного агрегатного состо€ни€
вещества в другое. »зменение этих свойств не €вл€ютс€ изменением состава
молекул, которые при плавлении или кипении вещества, как правило, не
претерпевают существенных превращений.
јтом Чнаименьша€ частица химического элемента, вход€ща€ в состав молекул и
сохран€юща€ химические свойства данного элемента.
ћолекулы могут содержать
различное число атомов. “ак, молекулы благородных газов одноатомны, простых
газов Ч двухатомны. воды Ч трЄхатомны и т. д., а молекулы белков построены из
сотен тыс€ч атомов.
’имический элемент Ч есть вид атомов, характеризующийс€ одинаковым зар€дом €дра. ¬ результате сочетани€
одноатомных атомов образуетс€ простое
вещество, которое €вл€етс€ формой существовани€ химического элемента в
свободном состо€нии. —очетание разных атомов даЄт сложное вещество, т. е.
химическое соединение.
ћногие химические элементы
образуют не одно, а несколько простых веществ. “акое €вление называетс€ аллотропией, а каждое из этих простых
веществ Ч аллотропным видоизменением
(модификацией) данного вещества.
—уществование аллопропных
видоизменений обусловлено неодинаковой кристаллической структурой простых
веществ или различным числом атомов, вход€щих в состав молекул отдельный
аллотропных форм.
јллотропи€ наблюдаетс€ у
углерода, кислорода, серы, фосфора и р€да других элементов. “ак, графит и алмаз
аллотропные видоизменени€ химического элемента углерода. ѕри сгорании каждого
из этих веществ образуетс€ диоксид углерода (CO2). Ёто подтверждает
то, что графит и алмаз состо€т из одинаковых атомов Ч атомов химического
элемента углерода. ƒл€ серы известны три аллотропных модификации: ромбическа€,
моноклинна€ и пластическа€ (некристаллическа€ форма). ¬се они состо€т из атомов
серы и при их сгорании в кислороде образуетс€ одно и то же вещество сернистый
газ (SO2). ‘осфор образует три аллотропные модификации Ч белый,
красный и чЄрный фосфор. ѕродуктом их сгорани€ €вл€етс€ гемипентаоксид фосфора
(–2ќ5).
јллотропные видоизменени€
химического элемента различаютс€ физическими свойствами и химической
активностью. “ак, белый фосфор светитс€ в темноте, очень €довит, воспламен€етс€
на воздухе, легко вступает в химические реакции с другими элементами.  расный
фосфор, напротив, не светитс€, не€довит, не воспламен€етс€ на воздухе, в
химические реакции вступает при более высоких температурах, чем белый.
7. јтомна€ масса. ћолекул€рна€ масса
ќдной из важнейших
характеристик атома €вл€етс€ его масса. јбсолютна€ масса атома (т. е. масса
выращенна€ в граммах) величина очень мала€. “ак атом водорода имеет массой 1,67Ј10-24 г. ѕоэтому дл€ практических
целей удобнее пользоватьс€ атомной единицей массы (а.е.м.). ¬ качестве 1 а.е.м.
прин€та точно 1/12 часть массы атома изотопа углерода 12—.
јтомной массой элемента называетс€ масса его атома
выраженна€ в атомных единицах массы. »ными словами, атомна€ масса показывает, во сколько
раз масса данного атома больше 1/12 массы атома 12—. “ак атом азота
в 14/12 раза т€желее атома углерода.
ћолекул€рной массой вещества называетс€
масса молекулы, выраженна€ в атомных единицах массы. Ќапример ћ(—ќ2)
= 44 а.е.м.
ƒо 1961 года дл€ измерени€
атомных масс использовалась кислородна€ единица (к. е.), равна€ 1/16 атома кислорода.
¬ведение углеродной шкалы атомных масс вместо кислородной св€зано с различием
эталонов физической и химической атомных шкал. ѕри масс-спектроскопических
измерени€х атомных масс в качестве единицы измерени€ принималась 1/16 массы
изотопа кислорода-16, а в основе химической шкалы была 1/16 средней массы атома
природного кислорода, состо€щего из смеси изотопов 16ќ, 17ќ,
18ќ. ѕоэтому величины некоторых констант рассчитанные по физическо醆†††††† и химической шкалам были различными.
 роме того изотопный состав природного кислорода также непосто€нен. ¬ св€зи с
чем и был осуществлЄн переход на углеродную единицу.
«на€ формулу химического
соединени€, можно рассчитать его молекул€рную массу как сумму масс всех
вход€щих в неЄ атомов. Ќапример:
ћ(H2SO4)
= 1Ј2 + 32 + 16Ј4 = 98 а.е.м.
Ўироко примен€етс€ в химии и
единица количества вещества Ч моль.
ћоль Ч это количество вещества
содержащее столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов и
др.), сколько их содержитс€ в 12 г изотопа углерода-12.
„исло частиц в одном моле
вещества в насто€щее врем€ определено с большой точностью Ч 6,0249Ј1023. ¬ практических расчетах его
принимают равным 6,02Ј1023. Ёто число
называетс€ „ислом јвогадро и
обозначаетс€ буквой N.
„тобы представить себе, как
велико число јвогадро, допустим, что нам удалось пометить все молекулы,
содержащиес€ в одном моле воды (18 г). ≈сли эту воду вылить в океан и
дождатьс€, когда воды ћирового океана перемешаютс€, то набрав в любом месте
стакан воды, мы найдЄм в нЄм примерно 100 меченых молекул.
ћасса одного мол€ вещества
называетс€ его мол€рной массой. ћол€рную массу обычно выражают
в граммах на моль (г/моль) или килограммах на моль (кг/моль). “ак, ћ(—а—ќ3)
= 100 г/моль = 0,1 кг/моль.
ћоль любого вещества
содержит одно и тоже число структурных элементов независимо от его химических
свойств и агрегатного состо€ни€.
»з этого следует, что моль
молекул различных газов при одних и тех же услови€х занимает одинаковый объЄм.
Ётот вывод был подтверждЄн опытными данными.
ќбъЄм, занимаемый одним
молем газа при нормальных услови€х
(температура 0 ∞—,
давление 760 мм рт. ст. или 101325 ѕа) называют мольным объЄмом. ќн равен 22,4 литра.
8. «акон эквивалентов
«акон посто€нства состава
позволил установить количественные соотношени€, в которых различные химические
элементы соедин€ютс€ между собой, ƒ. ƒальтон ввЄл в науку пон€тие о
соединительных весах элементов, впоследствии названных эквивалентами.
Ёквивалентной массой элемента называют такое
его количество, которое соедин€етс€ единицей (точнее 1,008)массы водорода или с
8 единицами массы кислорода или замещает эти же количества в их соединени€х.
“еперь эквивалентом элемента
называют такое его количество, которое взаимодействует с 1 молем атомов
водорода. Ќапример, в соединени€х HCl, H2S, NH3, CH4
эквивалент хлора, серы, азота и углерода равен соответственно 1, 1/2, 1/3 и 1/4
моль. ћасса 1 эквивалента элемента называетс€ эквивалентной массой. ¬ приведЄнных выше примерах эквивалентна€
масса хлора равна 35,5 г/моль, серы Ч 16 г/моль, азота Ч 4,67 г/моль, углерода
3 г/моль. »з опытных данных следует, что единица массы водорода эквивалентна
(равноценна) 8 единицам массы кислорода, или 16 единицах массы серы или 9
единицам массы алюмини€, или 35,5 единицам массы хлора и т. д.
¬ведение в химию пон€ти€
эквивалент позволило сформулировать закон
эквивалентов:
вещества вступают в реакцию в количествах, пропорциональных их
эквивалентам.
ѕри решении некоторых задач
удобно пользоватьс€ другой формулировкой закона: массы реагирующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам.
ƒл€ определени€ эквивалентной массы элемента необходимо знать состав
его соединени€ с другим элементом, эквивалентна€ масса которых известна.
ѕример.
1. ќпределим эквивалентную массу и эквивалент кальци€, если известно,
что при сгорании 0,5 г этого металла образуетс€ 0,7 г оксида.
—ледовательно оксид содержит
0,5 г металла и 0,2 г кислорода, а эквивалентна€ масса кислорода 8 г/моль,
отсюда:
0,5 г металла
взаимодействует с 0,2 г кислорода,
а ћeg(X)†††††††† взаимодействует††† c 8 г кислорода
ћeg(X) = †= 20 г/моль.
Ёквивалент кальци€ равен 1/2
мол€.
ѕример.
2. ќпределить ћeg(Al)
и эквивалент алюмини€, зна€, что в хлориде алюмини€ содержитс€ 20,2 % алюмини€.
’лор в соединени€х с
металлами имеет валентность 1, следовательно ћeg(Cl) = 35,5 г/моль,
отсюда:
†ћeg(Al) соедин€етс€ с 35,5 г хлора,
а 20,2 ㆆ††††††† -Ф-††††††††† с 79,5 г
ћeg(Al) = †= 9 г/моль
Ёквивалент алюмини€ равен
1,3 моль.
≈сли один элемент образует с
другим элементом несколько соединений, то его эквивалентна€ масса в этих
соединени€х неодинакова. Ќапример, сера с кислородом образует диоксид серы SO2
и триоксид серы SO3. ¬ первом соединении на 8 единиц массы кислорода
приходитс€ 8 единиц массы серы. ¬ триоксиде серы на 8 единиц массы кислорода
приходитс€ 5,3 единицы массы серы. —ледовательно, в диоксиде серы еЄ эквивалент
равен 1/4 моль, а в триоксиде 1/6 моль.
¬ажной характеристикой
химического элемента €вл€етс€ его валентность.
¬алентностью называетс€ свойство атомов
данного элемента присоедин€ть или замещать в соединении определЄнное число
атомов другого элемента. «а единицу валентности прин€та валентность атома
водорода, котора€ во всех соединени€х равна единице. ¬алентность элемента
выражаетс€ только целым числом.
¬алентность, эквивалентна€
масса и мол€рна€ масса св€заны соотношением:
ћ(’) = ¬Јћeg(X).
»з этого уравнени€ следует,
что эквивалентна€ масса элемента можно рассчитать, разделив мольную массу
атомов элемента на его валентность.
ѕон€тие об эквиваленте и
эквивалентной массе распростран€ютс€ и на сложные вещества. ’имическим эквивалентом сложного вещества называют такое количество его, которое
взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или с одним
эквивалентом любого другого вещества.
ѕри решении задач на
вычисление эквивалентных масс необходимо иметь в виду следующее:
1) эквивалентна€ масса
оксида равна сумме эквивалентных масс кислорода и элемента, вход€щего в состав
оксида;
2) эквивалентна€ масса
кислоты равна сумме эквивалентных масс водорода и кислотного остатка;
3) эквивалентна€ масса
основани€ равна сумме эквивалентных масс металла и гидроксильной группы;
4) эквивалентна€ масса соли
равна сумме эквивалентных масс металла и кислотного остатка.
ƒл€ вычислени€ эквивалентной
массы кислоты необходимо разделить еЄ мольную массу на основность кислоты,
котора€ дл€ данной реакции определ€етс€ числом атомов водорода, замещающихс€
металлом.
“ак, ортофосфорна€ кислота Ќ3–ќ4
в зависимости от условий протекани€ реакций может быть вступать как одно-,
двух- или трЄхосновна€. “ак при образовании дигидрофосфата, гидрофосфата и
фосфата эквивалент фосфорной кислоты будет соответствовать 1, 1/2 и 1/3 моль.
„тобы вычислить
эквивалентную массу основани€, необходимо его мол€рную массу разделить на
кислотность основани€, определ€емую числом вступающих в реакцию гидроксильных
групп.
ћeg(NaOH) = = 40 г/моль; ћeg(Ca(OH)2) = 74/2 = 37 г/моль.
ƒл€ соли:
ћeg(NaNO3)
= †= 85 г/моль; ћeg(Cr2(SO4)3)
= = 65,4 г/моль.
»з приведЄнных примеров
следует, что эквивалентна€ масса сложного вещества в общем случае не €вл€етс€
величиной посто€нной, а зависит от химической реакции, в которой принимает
участие данное соединение.
≈сли в реакции принимают
участие газообразные вещества, пользуютс€ пон€тием об эквивалентном объЄме, т.
е. объЄме, который занимает при данных услови€х один эквивалент газообразного
вещества. “ак, при нормальных услови€х эквивалентный объЄм водорода равен 11,2
л, эквивалентный объЄм кислорода Ч 5,6 л.
9. ќпределение молекул€рной и атомной массы
Ќекоторые методы определени€
молекул€рных масс
«акон јвогадро открывает путь дл€ экстремального определени€ молекул€рных масс газов и
веществ, переход€щих в газообразное состо€ние без разложени€. ѕусть число
молекул в заданном объЄме сравниваемых газов составл€ет N. ≈сли массу молекулы первого газа m1, а массу молекулы
второго газа Ч m2, то массы заданных объЄмов, т. к. объЄмы
принимаютс€ равными будут относитьс€, как молекул€рные массы.
ќтношение массы данного
объЄма газа к массе такого же объЄма другого газа называетс€ плотностью одного
газа по второму и обозначаетс€ буквой D:
D = m1/m2
ѕринима€ во внимание, что
мол€рна€ масса пропорциональна молекул€рной:
M = 6,02Ј1023m
получаем: D = M1/M2.
ѕлотность D газа показывает,
во сколько раз один газ т€желее другого. ≈сли известны плотность D первого газа
по второму и мол€рна€ масса M2 последнего, можно вычислить мол€рную
массу M1 первого газа.
ќбычно плотность газа
определ€ют по водороду или по воздуху, ввод€ соответственно обозначение DH
или Dвозд..
≈сли известна плотность газа
по водороду, то M1 = DHЈM(H2), а так как мол€рна€ масса водорода округленно равна 2,
то ћ1 = 2 DH.
≈сли известна плотность газа
по воздуху, средн€€ мол€рна€ масса которого принимаетс€ равной 29, то искома€
мол€рна€ масса газа M1 = 29 Dвозд..
ѕримеры.
3. ¬ычислить мол€рную массу
монооксида азота, плотность которого по водороду равна 15. ћ(NO) = 2Ј15 = 30 г/моль.
†4. ¬ычислить мол€рную массу бутана, если его плотность по воздуху
равна 2. ћ(—4Ќ10) = 2Ј29 = 58 г/моль.
ƒл€ определени€ мол€рной
массы газа можно использовать представление о его мол€рном объЄме. ћоль любого
газа про нормальных услови€х занимает объЄм 22,4 л. —ледовательно, если
известна масса m некоторого объЄма V газа при нормальных услови€х, то M можно вычислить
по пропорции:
V л газа имеют массу m г
22,4 놆†††††††††† -Ф-†††††††††††† х г
x = ; M = x г/моль
ѕримеры.
5. ¬ычислить мол€рную массу
этана 5,6 л которого при нормальных услови€х имеют массу 7,5 г.
5,6 л этана имеют массу 7,5
г,
а 22,4 놆†††††††††††† -Ф-††††††††††††† х г
х = †= 30 г.
«на€ мол€рную массу газа
легко вычислить его плотность по водороду, воздуху или любому другому газу,
мол€рна€ масса которого известна.
6. ¬ычислить плотность по
водороду гемиоксида азота.
DH(N2O)
= = 22
7. Ќайти плотность по
воздуху тетрафторида кремни€.
Dвозд. (SiF4)
= †= 3,59.
»змерени€ объЄмов газов
обычно провод€т при услови€х, отличных от нормальных. ƒл€ приведени€ объЄма
газа к нормальным услови€м используют уравнение объединенного газового закона
Ѕойл€-ћариотта и √ей-Ћюссака:
†=
¬ этом уравнении V Ч объЄм
данной массы газа при заданных давлении p и температуре T (в  ельвинах); Vо
объЄм этой же массы газа при нормальных услови€х (при давлении 101325 ѕа, или
760 мм рт. ст. и температуре 273  ).
≈сли Vо означает
объЄм, занимаемый при нормальных услови€х 1 молем газа, т. е. 22,4 л, то дл€
всех газов соотношение †будет посто€нной
величиной. Ёта величина называетс€ универсальной
газовой посто€нной, обозначаетс€ буквой†
R, имеет размерность единица энергии/( ельвинЈмоль). „исленное значение R зависит от
единиц, в которых выражаетс€ объЄм и давление газа.
¬ ћеждународной системе
единиц (—») давление выражаетс€ в паскал€х (ѕа, 1 ѕа = 1 Ќ/м2),
объЄм в кубических метрах (м3), следовательно значение универсальной
газовой посто€нной определ€етс€ значением:
R = 1,013Ј105Ј22,4Ј10-3 / 273 = 8,314 ƒж/( Јмоль).
¬ практике химических
исследований объЄм и давление часто выражают в единицах других систем: объЄм Ч
в литрах или миллилитрах, давление Ч в атмосферах или миллилитрах ртутного
столба. ƒл€ перевода результатов измерений в единицы —» пользуютс€ соотношени€ми:
1 атм = 760 мм рт. ст. =
101325 ѕа
1 мм рт. ст. = 1,31Ј10-3 атм = 133,322 ѕа.
≈сли давление ро
выражено в атмосферах, а объЄм Vo Ч в литрах, то:
R = †= 0,082 лЈатм/( Јмоль).
ƒл€ случа€, когда ро
выражено в миллиметрах ртутного столба, а объЄм V6 Ч в миллилитрах,
получим:
R = †= 62360 млЈмм рт. ст./( Јмоль).
ѕодставим в уравнение †= †вместо †посто€нную R и
получим уравнение дл€ 1 мол€ газа:
†= R, или pV = R“
ƒл€ n молей газа это
уравнение приобретает следующий вид:
pV = nR“
Ёто уравнение получило
название уравнение  лапейрона-ћенделеева. ”читыва€, что число молей газа n равно отношению массы газа в граммах
к его мольной массе, т. е. n = m/M, уравнение  лапейрона-ћенделеева часто примен€ют в виде:
рЈV = .
”равнение  лапейрона-ћенделеева позвол€ет рассчитать мол€рную
массу, а следовательно и молекул€рную массу любого вещества, наход€щегос€ в
газообразном состо€нии:
M = .
ѕример.
8. ¬ычислить молекул€рную
массу диэтилового эфира, если 215 мл его паров при 77 ∞— и давлении
700 мм рт. ст. имеют массу 0,51 г.
M = †= †= 74 г/моль
ћол€рна€ масса диэтилового
эфира равна 74 г/моль, следовательно, его молекул€рна€ масса 74 а.е.м.
9. Ќайти молекул€рную массу
оксида углерода (IV), если 73,3 г его при 27 ∞— наход€сь в сосуде
мкостью 10 л, создают давление 4,1 атм:
ћ = †= 44 г/моль.
—ледовательно молекул€рна€
масса диоксида углерода равна 44 а.е.м.
Ќекоторые методы определени€ атомных масс химических элементов
ћетод јвогадро.  ак было показано, закон јвогадро позвол€ет определить молекул€рные
массы газов. — другой стороны, результаты изучени€ объЄмных соотношений газов,
вступающих в реакцию, и полученных газообразных продуктов позвол€ют определить
число атомов в молекуле. “ак, при взаимодействии одного объЄма хлора с одним
объЄмом водорода образуютс€ два объЄма хлороводорода. »з этого следует, что
молекула хлора, как и молекула водорода, состоит из двух атомов. јналогично
было установлено, что молекулы других простых газов, таких как кислород, азот,
также двухтомны. јтомную массу перечисленных газов наход€т делением их
молекул€рной массы на два.
Ќапример, молекул€рна€ масса
хлора равна 71, следовательно его атомна€ масса 35,5.
ќ количестве атомов,
вход€щих в состав молекул, можно также судить по их мол€рной теплоЄмкости.
»менно по результатам измерени€ этой характеристики благородных газов было
установлено, что их молекулы одноатомны и атомна€ масса этих газов равна их
молекул€рной массе.
ћетод  анниццаро. Ётот метод† применим дл€
определени€ атомных масс элементов, дающих газообразные или легколетучие соединени€.
ƒл€ нахождени€ атомной массы этим методом определ€ют мол€рную массу возможно
большего числа газообразных или легколетучих соединений данного элемента. «атем
на основании данных анализа рассчитывают, сколько атомных единиц массы
приходитс€ на долю этого элемента в молекуле каждого из вз€тых соединений.
Ќаименьшее количество данного элемента в молекуле изученных веществ и будет его
атомной массой, так как в молекуле не может находитьс€ меньше одного атома.
¬ табл. 2 приведены
молекул€рные массы р€да соединений углерода, процентное содержание углерода в
каждом из них, а также масса углерода, содержаща€с€ в каждом из этих
соединений.
Ќаименьша€ масса углерода,
содержащегос€ в молекулах приведЄнных соединений равна 12 а.е.м. —ледовательно
атомна€ масса углерода не может быть больше 12 (иначе пришлось бы предположить,
что в состав сероуглерода, диоксида и монооксида углерода входит часть атома
углерода). —читать атомную массу углерода меньше 12, также нет оснований, так
как соединени€, содержащие менее 12 а.е.м. углерода неизвестны.
“аблица 2. ћолекул€рные массы
некоторых углеродсодержащих соединений и содержание в них углерода. —оединение ћолекул€рна€ масса —одержащие углерода†††† †в %†††††††††††††††††† в а.е.м. —ероуглерод 76 15,79 12 ƒиоксид углерода 44 27,27 12 ћонооксид углерода 28 42,86 12 јцетон 58 62,07 36 ƒиэтиловый эфир 74 64,86 48 јцетилен 26 92,31 24 Ѕензол 78 92,31 72 Ќафталин 128 93,75 120
ћетод ћенделеева. јтомную массу элемента можно рассчитать, исход€ из положени€ этого
элемента в ѕериодической системе. ѕриблизительную атомную массу элемента можно
вычислить как среднеарифметическое атомных масс соседний с ним элементов. “ак,
атомна€ масса алюмини€, рассчитанна€ как среднеарифметическое атомных масс
магни€, кремни€, бора и сканди€:
†= 27,05
вполне удовлетворительно согласуетс€ с табличной
величиной 26,98. ƒл€ определени€ точного значени€ атомной массы элемента
необходимо знать его эквивалентную массу. –азделив приблизительное значение
атомной массы элемента на его эквивалентную массу, наход€т валентность
элемента, округлив еЄ до целочисленного значени€, и затем, умножа€
эквивалентную массу на валентность элемента, наход€т его точную атомную массу.
ћетод, основанный на законе ƒюлонга и ѕти. ‘ранцузские учЄные ѕ. ƒюлонг
и ј. ѕти установили закон, согласно которому атомна€ теплоЄмкость простого
вещества в твЄрдом состо€нии (т. е. произведение его удельной теплоЄмкости на
мол€рную массу атомов) есть величина посто€нна€ и равна€ в среднем 26 ƒж/(( Јмоль).
»з закона ƒюлонга и ѕти
следует, что разделив 26 на удельную теплоЄмкость простого вещества, легко
определ€емую экспериментально, можно найти приблизительное значение атомной
массы данного элемента.
„тобы перейти от
приблизительного значени€ атомной массы к точному еЄ значению, предварительно
определ€ют опытном путЄм эквивалентную массу данного элемента. –азделив
приблизительное значение атомной массы на его эквивалентную массу, наход€т
валентность элемента, часто несколько отличающуюс€ от целого числа. “ак как
валентность выражаетс€ только целыми числами, найденное значение округл€ют.
”множив эквивалентную массу на валентность, получают точное значение мольной
массы атомов.
ѕример.
10. ќпределить атомную массу
металла, удельна€ теплоЄмкость которого равна 0,226 ƒж/(гЈ ), а его оксид содержит 21,23 % кислорода.
¬ычислим приблизительное
значение мол€рной массы атомов металла
†ћ(ће) ї †= 115 г/моль
значение эквивалентной массы
металла:
21,23:78,77 = 8:х††††††††††††† х = 78,77Ј8 / 21,23 = 29,68 г/моль
и валентность металла:
= 3,87
“ак как валентность может
выражатьс€ только целым числом, полученное значение округл€ем до 4. ”множа€
эквивалентную массу на валентность, вычислим точное значение мол€рной массы
атомов металла:
29,68 Ј 4 = 118,70 г/моль
ѕо ѕериодической системе
находим, что это олово.
10. ’имические формулы
ƒл€ обозначени€ состава молекул простых и сложных веществ пользуютс€
химическими формулами. ¬се молекулы данного вещества одинаковы, поэтому
химическа€ формула выражает состав не только отдельной молекулы, но и всего
химического соединени€. ’имическа€
формула вещества показывает, из каких элементов состоит данное вещество и
сколько атомов каждого элемента входит в состав его молекулы.
’имическа€ формула позвол€ет
вычислить молекул€рную массу веществ, а также массу и процентное содержание
вход€щих в его состав элементов.
ѕример.
¬ычислим процентный состав
карбоната кали€. ћолекул€рна€ масса M(K2CO3) = 2 Ј 3,91 + 12 + 3 Ј 16 = 138,2. —ледовательно, содержание кали€ равно 56,59 % , содержание углерода Ч 8,68 % , содержание кислорода Ч 34,73 % .
≈сли известно процентное
содержание каждого элемента, вход€щего в состав данного вещества, можно
установить формулу этого вещества.
ѕример.
¬ыведем формулу
углеводорода, содержащего 83,72 % углерода и 16,28 % водорода. ѕлотность паров
этого углеводорода по водороду равна 43.
ѕредположим, что в молекулу
этого углеводорода вход€т x атомов углерода и y атомов водорода, т. е.
углеводород† имеет формулу CxHy.
ћасса углерода в этом соединении составит 12 Ј x, а водорода 1 Ј y. ќчевидно, соотношение
масс углерода и водорода будет равно соотношению процентного содержани€ этих
элементов в углеводороде:
12x : y = 83,72 : 16,28.
–азделим соответствующие
члены этой пропорции на атомные массы углерода и водорода:
.
–азделим в правой части пропорции на меньшее из них:
x : y = 1 : 2,33,
а затем умножим числа в правой части пропорции на 3:
x : y = 3 : 6,99.
»з найденного видно, что в
исходном углеводороде на 3 атома углерода приходитс€ 7 атомов водорода. Ётому
условию отвечает р€д соединений: C3H7, C6H14,
C9H21 и т. д.
’имическа€ формула,
показывающа€ соотношение атомов в молекуле, выраженное минимальными числами,
называетс€ простейшей. —ледовательно,
C3H7 €вл€етс€ простейшей формулой искомого углеводорода.
ƒл€ нахождени€ истинной химической формулы соединени€
необходимо знать его молекул€рную массу. ѕо условию задачи плотность
углеводорода по водороду равна 43. —ледовательно, его молекул€рна€ масса
согласно уравнению ћ = 2 DH будет равна 2 Ј 43 = 86.
Ќайденна€ величина вдвое
превышает молекул€рную массу, отвечающую простейшей формуле C3H7,
следовательно, истинна€ формула искомого углеводорода C6H14.
ѕример.
¬ыведем простейшую формулу
соединени€, содержащего 17,1 % кальци€, 1,7 % водорода, 26,5 % фосфора и 54,7 %
кислорода. «апишем формулу искомого соединени€ следующим образом: CaXHyPzOv.
ѕринима€ во внимание процентный состав соединени€, записываем:
40x : y : 31z : 16v = 17,1 :
1,7 : 26,5 : 54,7,
и далее:
x : y : z : v =
x : y : z : v = 0,43 : 1,7 :
0,86 : 3,42.
–азделив числа в правой части соотношени€ на меньшее
из них, получим:
x : y : z : v = 1 : 3,85 : 2
: 7,95.
ѕолученные данные позвол€ют
заключить, что простейша€ формула искомого соединени€ Ч CaH4P2O8
или Ca(H2≠PO4)2.
„асто дл€ большей
нагл€дности химические соединени€ изображают графически, показыва€
последовательность, в которой атомы соединены друг с другом в молекуле данного
вещества. ѕри этом символ каждого элемента снабжаетс€ количеством черточек,
равным валентности элемента в этом соединении. »зобража€ те или иные соединени€
графически, необходимо следить, чтобы все единицы валентности атомов, вход€щих
в молекулу этого соединени€, были взаимно насыщены.
ѕри графическом изображении
молекул кислородсодержащих кислот необходимо помнить, что атомы водорода,
способные замещатьс€ металлом, всегда соедин€ютс€ с кислотообразующим элементом
через атом кислорода:
HЧOЧCl†††††††††††††††† ††††††††††††††††††††††††††††
’лорноватиста€†††††††††††††††††††† —ерна€†††††††††††††††††††††††††† ќртофосфорна€
†† кислота††††††††††††††††††††††††††† кислота†††††††††††††††††††††††††††††††† кислота
¬ молекулах оснований
гидроксильна€ группа ќЌ- всегда присоедин€етс€ к атому металла
посредством атома кислорода:
†††††††††††††††††††††††††† NaЧOЧH††††††††††††††††††††††††††††††
††††††††††††††††† √идрокси䆆†
натр舆†††††††††††††††††††
√идроксид кальци€
Ќиже приведены графические
формулы сульфата железа (III) Fe2(SO4)3 (а),
гипохлотита магни€ Mg(OCl)2 (б), оксихлорида магни€ Mg2OCl2
и оксихлорида алюмини€ Al2OCl4 (г):
†††††††††††††††††††††††
†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† а
†††††††††††††††††† ††††††††††††††††††
††††††† ᆆ††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ↆ†††††††††††††††††††††††††††††††††††††† г
—ледует, однако, иметь в
виду, что графическое изображение формул не всегда отражает действительное
расположение и св€зи атомов в молекуле вещества. ѕоэтому нельз€ отождествл€ть
графическое изображение со структурной
формулой. —овпадение графического изображени€ со структурной формулой
наблюдаетс€ у веществ с молекул€рным типом кристаллической решЄтки. ” этих
соединений молекулы, наход€щиес€ в углах кристаллической решЄтки, сравнительно
слабо св€заны между собой. ћолекул€рные кристаллические решЄтки имеют многие
кислоты, оксиды неметаллов и большинство органических соединений.
ѕри написании формул
соединений с ионным типом кристаллической решЄтки Ч солей, оснований, оксидов
металлов Ч ограничиваютс€ графическим изображением, так как у этих соединений
весь кристалл представл€ет собой гигантскую молекулу. Ќаход€щиес€ в узлах
кристаллической решЄтки ионы симметрично окружены противоположно зар€женными
ионами.
—труктурные формулы, изобража€ пор€док соединени€
атомов в молекуле, не отражают, однако, их действительного пространственного
расположени€. — помощью пространственных моделей можно нагл€дно представить
св€зи между атомами и их взаимное расположение. Ўаро-стержневые модели молекул делают нагл€дным относительное
положение атомов в пространстве, но не соответствуют действительному
соотношению атомных радиусов и длин химических св€зей.
ћасштабные пространственные
модели молекул, сделанные на усечении шаров (—тюарт, Ѕриглеб и др.), широко
используютс€ дл€ установлени€ возможной степени сближени€ групп в молекуле. Ќа рис. 1 приведено несколько способов
изображени€ молекул водорода, воды и аммиака. ћолекул€рна€ формула —труктурна€ формула ћодели молекул ¬одород ††††††††† Ќ2 ††††† ††††††††††††††H H ¬ода †††††††† Ќ2ќ †††††††††† O ††††††††††††††††††††† H †H јммиак ††††††† NH3 †††††††††† N H ††††††††††††††††††††† H ††††††† H
††††††††††††††††††††††† –ис. 1. —пособы изображени€ молекул.
11. ’имические уравнени€
¬ыражение реакции при помощи химических формул называетс€ химическим
уравнением. ’имические
уравнени€ показывают, какие вещества вступают в химическую реакцию и какие
вещества образуютс€ в результате этой реакции. ”равнение составл€етс€ на основе
закона сохранени€ массы и показывает количественные соотношени€ веществ,
участвующих в химической реакции.
¬ качестве примера
рассмотрим взаимодействие гидроксида кали€ с фосфорной кислотой:
Ќ3–ќ4
+ 3  ќЌ =  3–ќ4 + 3 Ќ2ќ.
»з уравнени€ видно, что 1
моль ортофосфорной кислоты (98 г) реагирует с 3 мол€ми гидроксида кали€ (3Ј56 г). ¬ результате реакции образуетс€ 1 моль
фосфата кали€ (212 г) и 3 мол€ воды (3Ј18 г).
ѕодписав под формулами
веществ, принимавших участие в реакции их количества:
Ќ3–ќ4
+ 3  ќЌ =  3–ќ4 + 3 Ќ2ќ.
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† 98†††††††††††† 168††††††††† 212†††††††† 54
98 + 168 = 266
г; 212 + 54 = 266 г видим, что масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе продуктов
реакции. ”равнени€ химической реакции позвол€ет производить различные расчЄты,
св€занные с данной реакцией.
ѕример.
14. ќпределить количество
граммов фосфата кали€, который получитс€ при нейтрализации фосфорной кислоты 42
г гидроксида кали€.
¬ соответствии с приведЄнным
выше химическим уравнением решим пропорцию:
168 г гидроксида кали€
образуют 212 г фосфата кали€,
а 42 ㆆ†††† гидроксида†††††††††† -У-†††††††
х ㆆ††††††††† фосфата
х = 42Ј212/168 = 53 г.
¬ уравнении реакции
коэффициенты перед газообразными веществами показывают не только соотношение
масс реагирующих газов, но и их объЄмные соотношени€. Ёто позвол€ет рассчитать
объЄмы участвующих в реакции газов непосредственно по уравнению мину€ вычислени€
массы газа.
ѕример.
15. ѕри взаимодействии
металлического натри€ с водой выделилось 280 мл водорода (при н. у.). —колько
граммов натри€ вступило в реакцию?
«апишем уравнение реакции
взаимодействи€ натри€ с водой:
2 Na + 2 H2O = 2
NaOH + H2≠
46††††††††††† 36†††††††††††††
80†††††††† 22,4
»з уравнени€ следует, что 2
мол€ натри€ (2Ј23 г) вытесн€ют из воды 1
моль водорода (22,4 л при н. у.).  оличество вступившего в реакцию натри€ можно
найти по пропорции
46 г натри€ вытесн€ет из
воды 22,4 л водорода,
а х г натр舆†††† -У-††††††††††††††††††††††† 0,28 л
х = 46Ј0,28/22,4 = 0,575 г.
ѕримеры решени€ типовых задач.
1. —оединение некоторого
элемента ’ с кислородом содержит 60 % этого элемента. Ќайти его эквивалентную
массу (Meg).
–ешение. ћассовое процентное
содержание элемента ’ показывает сколько его весовых частей приходитс€ на 100
вес. частей соединени€, следовательно 40 весовых частей в оксиде кислорода. Meg(O)
= 8 г/моль, следовательно:
60 г элемента соедин€ютс€ с
40 г кислорода,
а Meg(X)
соедин€етс€ с†††††††††††† 8 г кислорода.
Meg(X) = †= 12 г/моль
2. ¬ычислить эквивалентную
массу металла, 1 г которого вытесн€ет из кислоты 700 мл водорода, измеренного
при нормальных услови€х.
–ешение. ¬одород имеет
валентность 1. ћолекула простого вещества имеет формулу Ќ2. ћол€рный
объЄм водорода 22,4 л, эквивалентный 11,2 л.
1 г металла вытесн€ет 0,7 л
водорода,
а Meg(Me)† вытесн€ет 11,2 л водорода.
Meg(Me) = †= 16 г/моль.
3. ќпределить эквивалентную
массу золота, зна€, что 0,5 г некоторого металла вытесн€ют из раствора хлорида
золота (III) 1,01 г золота, а из серной кислоты Ч 172,3 мл водорода,
измеренного при нормальных услови€х.
–ешение. »з закона
эквивалентов следует, что количество эквивалентов золота в 1,01 г его равно
числу эквивалентов в 172,3 мл водорода н. у., эквивалентный объЄм водорода 11,2
л, откуда:
1,01 золота содержит столько
же эквивалентной, сколько 0,1723 л Ќ2,
а ћeg(Au)-У-††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† 11,2 л
ћeg(Au) = †= 65,65 г/моль.
4. ќпределить эквивалентную
массу металла, 1 г оксида которого образует 1,81 г сульфата этого металла.
–ешение. ѕо правилам
определени€ эквивалентных масс (без учЄта валентности металла):
Meg(MO) = Meg(M)
+ Meg(O)
Meg(MSO4)
= Meg(M) + Meg(SO42-)
обозначим Meg(M)
= ’,
†т. к. Meg(O) = 8 г/моль, Meg(SO42-) = 48 г/моль, тогда
»з 1 г оксида получаетс€
1,81 г сульфата,
а их (’ + 8)†† получитс€†
(’ + 48) г сульфата, отсюда:
1,81Ј(’ + 8) = ’ + 48; 1,81Ј’ + 14,48 = ’ + 48; 0,81Ј’ = 33,52; ’ = 41,38 г/моль.
5. ќпределите эквивалентную
массу воды в еЄ реакции : а) с калием; б) с оксидом кали€.
2   + 2 Ќ2ќ = 2
 ќЌ + Ќ2
 2ќ + Ќ2ќ
= 2  ќЌ
¬ первом случае моль воды
даЄт один эквивалент  ќЌ, поэтому ћeg(Ќ2ќ) = 18 г/моль, а
во втором два эквивалента  ќЌ, поэтому во втором случае ћeg(Ќ2ќ)
= 9 г/моль.
6. ¬ычислить молекул€рную
массу газа, 870 мл которого при 17 ∞— и 750 мм рт. ст.
имеют массу 2,31 г.
–ешение. »з уравнени€
 лапейрона-ћенделеева получаем
M = .
“ак как объЄм газа дан в
миллилитрах, масса Ч в граммах, а давление Ч в миллиметрах ртутного столба,
используем значение универсальной газовой посто€нной R, равное 62360 млЈмм рт. ст./( Јмоль).
ћ = †= 64 г/моль
ћ(У—»Ф) = †= 0,064 кг/моль.
7. ќпределить объЄм 400 г
азота при давлении 8 атм и температуре 7 ∞—.
–ешение. »з уравнени€
 лапейрона-ћенделеева находим:
V =
ѕоскольку давление газа
выражено в атмосферах, используем значение R, равное 0,082 лЈатм/( Јмоль):
V = †= 41 л
V(У—»Ф) = †= 0,041 м3.
8. ќпределить температуру кислорода
при которой масса 1 л его при нормальном давлении составл€ет 1 г.
–ешение. »з уравнени€
 лапейрона-ћенделеева находим:
T = †= 390 K
T(У—»Ф) = †= 390  
390 - 273 = 117 ∞—.
9. ќпределить массу гексана
—6Ќ14 содержащегос€ в баллоне Ємкостью 40 л под давлением
0,35 атм при температуре 93 ∞—.
–ешение. »з уравнени€
 лапейрона-ћенделеева
m = = 40,1
m(У—»Ф) = = 0,0401 кг/моль.
10. ¬ычислить давление в
баллоне Ємкостью 20 л, содержащем при 27 ∞— 160 г кислорода.
–ешение. ѕо уравнению
 лапейрона-ћенделеева, учитыва€, что
мол€рна€ масса кислорода равна 32 г/моль, получаем:
р = †= 6,15 атм.
р(У—»Ф) = = 623250 ѕа.
11. ƒаны 250 л газа при 27 ∞—
и давлении 8 атм. ѕри каком давлении объЄм газа при 0 ∞— станет равным
1 м3?
–ешение. »з объединенного
газового закона:
из которого
р = †= 1,82 атм.
р(У—»Ф) = †= 184,4 кѕа
12. ¬ закрытом баллоне газ
находитс€ при температуре 7 ∞—. ƒо какой температуры должен быть нагрет
газ, чтобы давление внутри баллона увеличилось на 10 %?
–ешение. »скомую температуру
можно определить из уравнени€, выражающего закон √ей-Ћюссака:
, откуда T =
ѕодставл€€ заданные
величины, получаем
“ = †= 308  
—ледовательно, газ должен
быть нагрет до 35 ∞—.
13. ѕри растворении в серной
кислоте 10 г сплава цинка с магнием выделилось 5,2 л водорода, измеренного при
26 ∞—
и давлении 920 мм рт. ст. ќпределить процентный состав сплава.
–ешение. ќпределим
количество молей выделившегос€ водорода:
рV = uRT, откуда n = †= 0,2566 моль.
ѕусть в реакцию с кислотой
вступило х моль цинка и у моль магни€, тогда:
х + у = 0,2566†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††
63,37Јх + 63,37Ју = 16,261
63,37Јх + 24,31Ју = 10†††††††††††††††††††††††††††††† 63,37Јх + 24,31Ју = 10, вычита€ из первого
второе получаем 39,06Ју = 6,261;††† ††у
= 0,1603; х = 0,0963.
m(Zn) = 6,1 г; m(Mg) = 3,9
г.
—ледовательно сплав содержит
61 % цинка и 39 % магни€.
14.   100 мл смеси этана с
азотом прибавили 200 мл кислорода. ѕосле сгорани€ этана объЄм смеси составил
175 мл (объЄм воды образовавшейс€ при горении этана, по внимание не принимать).
ќпределить объЄмный состав исходной газовой смеси.
–ешение. √орение этана
происходит по уравнению:
2 —2Ќ6
+ 7 ќ2 = 4 —ќ2 + 6 Ќ2ќ
ќбъЄм газовой смеси в
результате реакции уменьшилс€ на:
300 - 175 = 125 мл
»з уравнени€ реакции видно,
что объЄм образовавшейс€ газовой смеси уменьшаетс€ по сравнению с объЄмом
исходной смеси на 5 объЄмов (2 + 7 - 4), что составл€ет 125 мл.
—ледовательно единица объЄма газовой смеси составл€ет 25 мл. Ёто означает, что
в реакцию вступило 50 мл этана и 175 мл кислорода и образовалось 100 мл
диоксида углерода.
“аким образом, исходна€
газова€ смесь содержала 50 мл этана и 50 мл азота.
15. ¬ закрытом сосуде при
150 ∞—
находитс€ смесь одного объЄма ацетилена и двух объЄмов кислорода.  ак изменитс€
давление в сосуде, если ацетилен сжечь за счЄт кислорода и сосуд привести к
исходной температуре?
–ешение.
2 —2Ќ2
+ 5 ќ2 = 4 —ќ2 + 2 Ќ2ќ
»з уравнени€ реакции видно,
что на один объЄм ацетилена требуетс€ 2,5 объЄма кислорода, а у нас только два,
следовательно ацетилен останетс€ в избытке. ѕри этих услови€х вода будет
газообразна. ѕоэтому кислород вступит в реакцию полностью, с ним прореагирует
0,8 объЄма ацетилена, в результате реакции получитс€ 1,6 объЄма углекислого
газа и 0,8 объЄма воды. ќтсюда: до реакции было 2 + 1 = 3 объЄма, а после
реакции 0.2 + 1,6 + 0,8 = 2,6 объЄма, т. к. объЄм сосуда не мен€лс€, то
давление в нЄм уменьшилось и стало 2,6:3 = 0,87 от первоначального.
—ледовательно оно уменьшилось на 13 %.
16. ѕосле прокаливани€ 1,738
г смеси карбоната кальци€ и стронци€ получили 1,078 г смеси оксидов. ќпределить
количество карбоната кальци€ в исходной смеси.
–ешение. ѕусть число молей
оксида и карбоната кальци€ ’, число молей оксида и карбоната стронци€ ”, тогда:
100Јх + 148Ју = 1,738 Û х = 0,01738 - 1,48Ју
56Јх + 104Ју = 1,078 ; 56Ј(0,01738 - 1,48Ју) + 104Ју = 1,078
0,97328 - 82,88Ју + 104Ју = 1,078; 21,12Ју = 0,10472; у = 0,005; х = 0,01.
—ледовательно, в исходной
смеси содержитс€ 1 г карбоната кальци€.
17. ¬ наполненном кислородом
и запа€нном сосуде объЄмом 2 л прокалили 2,9 г карбоната железа (II).
–ассчитать давление в сосуде после прокаливани€ и охлаждени€ продуктов реакции
до исходной температуры, если начальное давление составл€ло 1 атм.
–ешение. ѕроцессы,
происход€щие в сосуде при† нагревании
можно выразить уравнени€ми:
4 FeCO3 = 4 FeO +
4 CO2
4 FeO + O2 = 2 Fe2O3
------------------------------
4 FeCO3 + O2
= 2 Fe2O3 + 4 CO2
ѕерва€ реакци€ приводит к
повышению, а втора€ Ч к снижению давлени€ в сосуде. –асчЄты удобно производить
по суммарному уравнению.
n(FeCO3) = †= 0,025 моль
Vвыд. газа = = 0,42 л.
“аким образом, в запа€нном
сосуде заключено 2,42 л, приведЄнных к нормальным услови€м. ј так как объЄм
сосуда равен 2 л, давление в нЄм возрастает до 1,21 атм.
18. ÷инковую пластинку
опустили в раствор нитрата свинца.  огда она покрылась свинцом, масса еЄ
увеличилась на 5 г. —колько грамм цинка перешло в раствор?
–ешение. ÷инкова€ пластинка
реагирует с раствором нитрата свинца по уравнению:
Zn + PbSO4 = ZnSO4
+ Pb
»з уравнени€ реакции
находим, что при переходе в раствор 1 моль цинка изменение массы пластинки
составит: Dm = m(Pb) - m(Zn) = M(Pb)n(Pb) - M(Zn)n(Zn) = 207 г/мольЈ1 моль - 65 г/мольЈ1 моль = 142 г, то есть, на изменение массы в
142 г приходитс€ 65 г (1 моль) цинка. “огда:
изменению массы пластинки в
142 г соответствует 65 г цинка
†††††††† ї††††††††††††† ї†††††††††† ї††††††††††††† 5 ㆆ††††††††††
ї†††††††††††††† х ㆆ† ї
ћасса цинка составит х =
m(Zn) = = 2,29 г.
19. ќпределить количество
гидрофосфата кальци€, образующегос€ при взаимодействии 3,7 г гидроксида кальци€
с 5,88 г ортофосфорной кислоты.
–ешение. n(—а(ќЌ)2) = 0,05 моль; n(Ќ3–ќ4) = 0,06 моль.
ќбразование гидрофосфата
происходит по уравнению:
—а(ќЌ)2 + Ќ3–ќ4
= —аЌ–ќ4 + 2 Ќ2ќ
»збыток кислоты идЄт на
образование дигидрофосфата кальци€ по уравнению:
—аЌ–ќ4 + Ќ3–ќ4
= —а(Ќ2–ќ4)2.
ѕо первой реакции: n(—а(ќЌ)2) = n(Ќ3–ќ4) = n(—аЌ–ќ4) = 0,05 моль
ѕо второй реакции: n(—аЌ–ќ4) = n(Ќ3–ќ4) = 0,01 моль.
—ледовательно, n(—аЌ–ќ4) = 0,04 моль или 5,44
грамма.
20. ћасса смеси карбонатов
кали€ и натри€ равна 7,64 г. ѕосле превращени€ карбонатов в нитраты масса смеси
увеличилась до 11,48 г. ќпределить количество карбоната кали€ в исходной смеси.
–ешение. ќбозначим число
граммов карбоната кали€ в смеси через х; тогда количество граммов карбоната
натри€ в смеси будет (74 - х) г. ¬ыразим содержание в
смеси карбонатов металлов в мол€х: †молей K2CO3;
†молей Na2CO3.
ѕревращение карбоната
металла в нитрат сопровождаетс€ увеличением массы соли, обусловленным
замещением одного остатка угольной кислоты двум€ остатками азотной кислоты:
K2CO3
+ 2 HNO3 = 2 KNO3 + CO2 + H2O.
ѕереход одного мол€ K2CO3
(Na≠2CO3) в два мол€ KNO3 (NaNO3)
приводит к увеличению массы на 124 (2Ј62) - 60 (1Ј60) = 64 г.
ѕо условию задачи увеличение
массы смеси составило 11,48 - 7,64 = 3,84 г.
—ледовательно, число молей карбонатов металлов, превратившихс€ в нитраты,
составл€ет 0,06 моль (3,84:64 = 0,06). Ёто позвол€ет записать уравнение:
–ешив это уравнение,
находим, что масса карбоната кали€ в исходной смеси составл€ла 5,52 г.
21. ќпределить плотность по
водороду газовой смеси, состо€щей из 15 л метана и 5 л пропана.
–ешение. ћол€рна€ масса
метана равна 16 г/моль, пропана Ч 44 г/моль. ≈сли плотность смеси по водороду
обозначить через DH, то мол€рна€ масса газовой смеси будет равна 2Ј DH. –азделив мол€рные массы на
мольный объЄм (22,4 л), получим значени€ массы 1 л метана,
пропана  и газовой смеси .
ѕринима€ во внимание
полученные выражени€ дл€ объЄмов газов и смеси, условие задачи можем записать в
виде уравнени€:
Ј 15 + Ј 5 = Ј 20
решив которое, получим DH = 11,5, т. е.
плотность газовой смеси по водороду составл€ет 11,5.
22.   110 мл смеси метана,
водорода и азота прибавили 180 мл кислорода. ѕосле реакции объЄм составил 104
мл. ѕри пропускании продуктов реакции через раствор гидроксида натри€ объЄм
уменьшилс€ до 32 мл.
ѕри сгорании водород даЄт
воду, метан Ч воду и диоксид углерода. јзот с кислородом не реагирует. “огда
104 мл Ч смесь диоксида углерода, азота и (возможно) избытка кислорода. —
гидроксидом натри€ реагирует только —ќ2, поэтому можно найти его
объЄм как изменение объема смеси: 104 мл - 32 мл = 72 мл. ЌайдЄм объЄм
метана : V(—Ќ4) =V(—ќ2) = 72 мл (из уравнени€ реакции —Ќ4
+ 2 ќ2 = —ќ2 + 2 Ќ2ќ). “огда объЄм
израсходованного на сгорание метана кислорода равен V(O2) = 2V(CO2)
= 2Ј72 мл = 144 мл (из уравнени€ реакции).
ѕусть х мл Ч объЄм водорода
в исходной смеси; тогда:
х/2 мл Ч израсходованный на сгорание водорода объЄм
кислорода,
(110 - 72 - х) мл Ч объЄм азота,
(180 - х/2 - 144) мл Ч объЄм избытка кислорода.
ѕо условию задачи, объЄм
смеси азота с избытком кислорода (т. е. объЄм оставшейс€ после пропускани€
через гидроксид натри€ смеси) равен 32 мл, поэтому
(110 - 72 - х) + (180 - х/2 - 144) = 32
1,5х = 42
х = 28
“аким образом, объЄм
водорода в исходной газовой смеси равен 28 мл. ќбъЄм азота равен 110 мл - 72 мл - 28 мл = 10 мл.
(79).  акой объЄм
озонированного кислорода, содержащего 24 % озона по объЄму, необходим дл€
сжигани€ 11,2 л водорода?
–ешение. ќзон и кислород
реагируют с водородом следующим образом:
†а)† 2 Ќ2 + ќ2
= 2 Ќ2ќ
б)† 3 Ќ2 + ќ3 = 3 Ќ2ќ
ќбозначим через х л
необходимый объЄм озонированного кислорода; тогда:
0,24х л Ч объЄм озона в смеси,
0,76х л Ч объЄм кислорода в смеси,
0,24хЈ3 = 0,72х л Ч объЄм
водорода, реагирующего с озоном (из уравнени€ реакции б)
0,76хЈ2 = 1,52х л Ч объЄм
водорода, реагирующего с кислородом (из уравнени€ реакции а)
ѕо условию задачи, суммарный
объЄм водорода равен 11,2 л, поэтому:
0,72х + 1,52х = 11,2
2,24х = 11,2
х = 5, т. е. необходимый
объЄм озонированного кислорода равен 5 л.
(82). ѕри прохождении смеси
равных объЄмов азота и водорода через контактный аппарат 30 % азота
превращаютс€ в аммиак. ќпределить в процентах объЄмный состав газовой смеси,
котора€ выходит из контактного аппарата.
–ешение. ”равнение реакции:
N2 + 3 H2
= 2 NH3.
ѕусть общий объЄм исходной
смеси 1 л. “огда в ней содержитс€ 0,5 л азота и 0,5 л водорода. ¬ аммиак
превращаютс€ 30 % азота, т. е. †= 0,15 л. “огда
количество превратившегос€ в аммиак водорода в три раза больше (из уравнени€
реакции): 0,45 л, а количество образовавшегос€ аммиака 0,3 л (0,15Ј2). “огда количества оставшихс€ водорода и
азота равны соответственно 0,05 л (0,5 - 0,45) и 0,35 л (0,5 - 0,15). —уммарный объЄм конечной смеси 0,35 +
0,05 + 0,3 = 0,7 л; содержание в ней аммиака Ј100 % = 42,9 %; азота Ч Ј100 % = 50 %, водорода Ч Ј100 % = 7,1 %.
18. ¬ывести молекул€рную
формулу вещества, содержащего 58,5 % углерода, 4,1 % водорода, 11,4 % азота и
26 % кислорода. ћолекул€рна€ масса вещества Ч 123 а. е. м.
–ешение. »з услови€ задачи
вытекает, что данное вещество состоит из четырЄх элементов Ч углерода,
водорода, азота и кислорода. ¬ общем виде такое соединение можно представить
формулой CxHyNzOt. ћасса углерода в
молекуле этого соединени€ составл€ет 12x, водорода Ч 1y, азота Ч 14z, кислорода
16t а. е. м. ќчевидно, соотношение масс углерода, водорода, азота и кислорода
в молекуле этого вещества равно соотношению процентного содержани€ этих элементов
в веществе:
12x : 1y : 14z : 16t = 58,5
: 4,1 : 11,4 : 26.
»збавившись от коэффициентов
при неизвестных:
x : y : z : t = 
получим:
x : y : z : t : = 4,87 : 4,1
: 0,81 : 1,62
“ак как x, y, z и t
обозначают количества атомов в молекуле соединени€ и поэтому не могут быть
дробными, полученное соотношение превращаем в соотношение целых чисел. ƒл€
этого все числа данного соотношени€ делим на меньшее:
x : y : z : t = 
= 6 : 5 : 1 : 2
—ледовательно, простейша€
формула соединени€ Ч C6H5NO2. ћолекул€рна€
масса вещества, рассчитанна€ как сумма атомных масс, составл€ет 123 а. е. м.
«начит, полученна€ простейша€ формула этого соединен舆 C6H5NO2
€вл€етс€ его истинной молекул€рной формулой.
19. ѕри полном сгорании 3,1
г органического вещества образовалось 8,8 г диоксида углерода, 2,1 г воды и
0,47 г азота. Ќайти молекул€рную формулу вещества, если масса 1 л паров этого
вещества, приведЄнного к нормальным услови€м, составл€ет 4,15 г.
–ешение. ќпределим
содержание углерода в веществе:
в 44 г —ќ2
содержитс€ 12 г углерода
†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ї 8,8 ㆆ†††††††††† ї†††††††††††††† х ㆆ††††† ї†††††
х =† †= 2,4 г.
ѕо количеству образовавшейс€
воды вычислим содержание кислорода во вз€том веществе:
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† в 18 г
воды содержитс€ 2 г водорода
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ї 2,1 ㆆ†††††††††† ї†††††††††††††† у ㆆ††††† ї†††††
у =† †= 0,23 г.
—уммарна€ масса углерода,
водорода и азота Ч 3,1 г (2,4 + 0,23 + 0,47 = 3,1) Ч равна массе исходного
вещества, следовательно, кислород в состав соединени€ не входит.
≈сли обща€ формула
органического соединени€ Ч CxHyNz, то можно
записать и решить уравнение:
12x : 1y : 14z = 2,4 : 0,23
: 0,47
x : y : z = †= 0,2 : 0,23 : 0,033
= 6 : 7 : 1.
ѕростейша€ формула
соединени€ Ч C6H7N (ћ = 93).
«на€ массу 1 л паров этого
вещества, можно рассчитать его мол€рную массу:
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† 1
л паров имеет массу 4,15 г
††† ††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††22,4 л† ї††††††† ї††††††† ї††††††† х г
х = †= 93 г.
¬ычисленна€ молекул€рна€
масса соединени€ равна 93, следовательно, простейша€ формула Ч C6H7N
€вл€етс€ его истинной формулой.
20. ƒл€ сжигани€ некоторого
количества азотосодержащего вещества потребовалось 504 мл кислорода. ћасса
образовавшейс€ при этом воды равна 0,45 г. ќбъЄм газообразных продуктов реакции
составил 560 мл. ѕосле пропускани€ газовой смеси через раствор едкого натра еЄ
объЄм уменьшилс€ до 112 мл (объЄмы газов измерены при нормальных услови€х,
объЄм образовавшейс€ воды во внимание не принимать). ¬ывести молекул€рную
формулу вещества, если его молекул€рна€ масса равна 75 а. е. м.
–ешение.  оличество
образовавшейс€ воды позвол€ет рассчитать количество содержащегос€ в веществе
водорода:
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† в 18 г
воды содержитс€ 2 г водорода
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ї 0,45 ㆆ†††††††††† ї†††††††††††† х ㆆ††††† ї†††††
х =† †= 0,05 г.
ѕри прохождении газообразных
продуктов реакции через раствор едкого натра объЄм газовой смеси уменьшилс€ на
448 мл (560 - 112 = 448) в результате
поглощени€ диоксида углерода. ћожно вычислить содержание углерода в веществе:
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† в 22,4
л —ќ2 содержитс€ 12 г углерода
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ї 0,448 놆†††††††††† ї†††††††††††† у ㆆ††††† ї†††††
у =† †= 0,14 г.
Ќепоглотившийс€ газ (112 мл)
азот, масса которого вычисл€етс€ из пропорции:
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† 22,4 л
азота имеют массу 28 г
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† 0,112
놆 ї††††††† ї††††††††† ї†††† z г
у =† †= 0,14 г.
–ассчитаем количество
кислорода, содержащегос€ в продуктах реакции. ¬ образовавшейс€ воде (0,45 г) на
долю кислорода приходитс€ 0,4 г (0,45 - 0,05).
—одержание кислорода в 448
мл диоксида углерода находим из соотношени€:
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† в 22,4
л —ќ2 содержитс€ 32 г кислорода
††††††††† ††††††††††††††††††††††††††††††ї 0,448 놆†††††††††† ї†††††††††††† а ㆆ†††††† ї†††††
а =† †= 0,24 г.
–ассчитаем количество
кислорода, содержащегос€ в продуктах реакции. ¬ образовавшейс€ воде (0,45 г) на
долю кислорода приходитс€ 0,4 г (0,45 - 0,05)
ќбщее содержание кислорода в
продуктах реакции равно 1,04 г (0,4 + 0,64).
–асход кислорода дл€
сжигани€ вещества вычислим из пропорции:
22,4 л кислорода имеют массу
32 г
0,504 놆†††††††††††††† У-У†††††††††††††††††††† в г.
в = †= 0,72 г.
ѕоскольку содержание
кислорода в продуктах реакции превышает количество вз€того кислорода на 0,32 г
(1,04 - 0,72) можно заключить, что
исходное вещество содержало 0,32 г кислорода.
»так, вещество содержало
0,24 г углерода, 0,05 г водорода, 0,32 г кислорода и 0,14 г азота, простейша€
его формула будет:
†= 2:5:2:1 или —2Ќ5ќ2N.
ћолекул€рна€ масса этого вещества, рассчитанна€ как сумма атомных масс, равна
75. —ледовательно простейша€ формула €вл€етс€ его молекул€рной формулой.
C“–ќ≈Ќ»≈ ј“ќћј » ѕ≈–»ќƒ»„≈— »… «ј ќЌ ƒ. ». ћ≈Ќƒ≈Ћ≈≈¬ј
—ложность строени€ атомов.
¬ конце XIX в.
изучение электрических разр€дов в газах положило конец представлению об атоме
как простейшей неделимой частице элемента.
Ѕыло
обнаружено, что если из стекл€нной трубки, в оба конца которой впа€ны
металлические электроды, откачать воздух до давлени€ менее 0,01 мм рт. ст. и
подвести к электродам напр€жение несколько тыс€ч вольт, то стекло трубки
начинает светитьс€ слабым зеленоватым светом. —вечение трубки вызываетс€
невидимыми дл€ глаза лучами, исход€щими от отрицательно зар€женного электрода Ч
катода Ч и получившими вследствие этого название катодные лучи. »зучение свойств этих лучей показало, что они
действуют на фотографическую пластинку, вызывают свечение стекла и других
материалов, способны вращать вертушку. ¬ магнитном и электрическом пол€х
катодные лучи отклон€ютс€ от пр€молинейного направлени€, причЄм в электрическом
поле Ч в сторону положительно зар€женного электрода (рис. 1). “вЄрдое тело под
действием катодных лучей приобретает отрицательный электрический зар€д.
¬сестороннее изучение свойств этих лучей показало, что катодные лучи
представл€ют собой поток быстродвижущихс€ отрицательно зар€женных частиц. ћасса
этих частиц примерно в 1840 раз меньше массы атома водорода и составл€ет
0,00055 а. е. м. ќпределение величины зар€да показало, что кажда€ частица имеет
отрицательный зар€д, равный 4,8Ј10-10 абсолютной электростатической единицы или
1,60Ј10-19  л. Ёти частицы получили название электроны.
—ледовательно, электроны представл€ют собой мельчайшие частицы, несущие
отрицательный зар€д.
–ис. 2. —хема катодной
трубки:   Ч катод, ј Ч анод с узким отверстием в центре; ≈ Ч две металлические
пластины, между которыми создано электрическое поле.
¬озникновение
катодных лучей наблюдаетс€ в газоразр€дных трубках с катодом, изготовленным из
самых разнообразных материалов. Ёто свидетельствует о том, что электроны вход€т
в состав различных атомов.
Ёлектроны
излучаютс€ из веществ (эмитируют) не только в разр€дных трубках. ћногие
вещества испускают электроны под действием ультрафиолетовых, или рентгеновских,
лучей. ўелочные металлы испускают электроны уже при воздействии на них видимого
света. »спускание электронв наблюдаетс€ также при нагревании многих металлов.
≈сли поток
быстрых электронов встречает преп€тствие, то в результате столкновени€
возникает излучение, называемое рентгеновским.
–ис. 2. —хема рентгеновской
трубки.
Ќа рис. 2
схематически показана рентгеновска€ трубка.  атод   трубки при нагревании испускает электроны, которые под действием
приложенного к электродам высокого напр€жени€ с громадной скоростью
устремл€ютс€ к аноду ј . ѕри ударе электронов об
анод и возникают рентгеновские лучи. Ёти лучи не отклон€ютс€ ни в электрическом,
ни в магнитном поле и представл€ют собой электромагнитные волны очень малой
длины. —ама€ длинна€ рентгеновска€ волна почти в 200 раз короче самой короткой
волны видимого света.
–ентгеновские лучи обладают
способностью ионизировать газы. ѕод действием рентгеновских лучей часть
электронейтральных молекул газов тер€ет электроны, превраща€сь в положительно
зар€женные ионы, а часть присоедин€ет электроны, превраща€сь в отрицательно зар€женные
ионы. ¬ызываема€ рентгеновскими лучами ионизаци€ газов свидетельствует о
сложности строени€ атомов.
—пособность
электролитов в растворЄнном или расплавленном состо€нии проводить электрический
ток также свидетельствует об их ионизации и, следовательно, о сложности атомов.
ќчень важным
дл€ дальнейшего развити€ учени€ о строении атома было открытие €влени€
радиоактивности. ‘ранцузский учЄный ј. Ѕеккерель обнаружил, что соединени€
урана €вл€ютс€ источником излучени€, которое действует на фотографическую
пластинку, ионизирует воздух, проникает через непрозрачные тела.
»сследовани€
Ѕеккерел€ продолжили ћ. —клодовска€- юри и ѕ.  юри. Ёти учЄные открыли в
урановой руде два новых элемента Ч радий и полоний, обладающие высокой
активностью излучени€. —пособность к излучению была обнаружена также у тори€,
актини€ и р€да других элементов. Ёто свойство получило название радиоактивность. Ѕыло доказано, что
интенсивность излучени€ пропорциональна количеству радиоактивного элемента
независимо от того, входит ли он в состав соединений или находитс€ в виде
простого вещества. —ледовательно, радиоактивность €вл€етс€ общим свойством
атомов элементов.
»сследование
лучей ради€ показало, что они имеют сложный характер. ¬ электрическом и
магнитном пол€х пучок лучей ради€ расщепл€етс€ на три пучка, которые были
названы a-, b- и g-лучами (рис. 3). a-Ћучи в электрическом поле отклон€ютс€ от пр€молинейного направлени€
движени€ в сторону отрицательно зар€женной пластинки. ќказалось, что они
представл€ют собой поток положительно зар€женных частиц, вылетающих из атома со
скоростью около 20000 км/с. ћасса каждой такой частицы равна 4 а. е. м., а
положительный зар€д вдвое больше зар€да электрона. a-„астицы, следовательно,
€вл€ютс€ ионами гели€, несущими зар€д +2.
–ис. 3. –асщепление
радиоактивного луча в электрическом поле.
b-Ћучи,
подобно катодным в электрическом поле, отклон€ютс€ в направлении положительно
зар€женной пластинки. Ѕыло установлено, что b-лучи представл€ют собой поток электронов,
имеющих скорость от 100000 до 300000 км/с.  ак a-, так и b-лучи легко поглощаютс€
различными материалами.
g-Ћучи,
как и рентгеновские лучи, не измен€ют своего направлени€ ни в электрическом, ни
в магнитном поле. ѕодобно видимому свету и рентгеновским лучам, g-лучи €вл€ютс€
электромагнитными волнами очень малой длины. ѕоэтому они легко проникают через
различные материалы.
ќбсто€тельное
изучение свойств ради€ показало, что во врем€ радиоактивного излучени€ он
распадаетс€, образу€ два новых элемента: гелий и радон. ѕроисходит превращение
атомов одного элемента в атомы других элементов. “аким образом, ионизаци€
идкостей и газов и особенно €вление радиоактивности убедительно доказывают, что
атомы не €вл€ютс€ неделимыми, а состо€т из более простых частиц.
ѕланетарна€ модель атома –езерфорда.
ѕринима€ во
внимание изложенное выше, а также электронейтральность атома, следует
заключить, что в нЄм должна находитьс€ положительно зар€женна€ составна€ часть,
зар€д которой уравновешивает отрицательные зар€ды электронов. Ёта положительно
зар€жнна€ часть атома, открыта€ в 1911 г. английским физиком Ё. –езерфордом,
была названа €дром атома.
–езерфорд
изучал траектории полЄта a-частиц, бомбардирующих листки золотой фольги толщиной около 0,0005 мм.
”чЄный обнаружил, что подавл€ющее большинство a-частиц, пройд€ через
фольгу, продолжало двигатьс€ в прежнем направлении. Ќебодьша€ часть a-частиц отклон€лась от
своего пути на различные углы, а отдельные частицы начинали двигатьс€ в
противоположном направлении. Ёто €вление известно под названием рассе€ние a-частиц (рис. 4). “акое поведение a-частиц можно объ€снить лишь
тем, что они, проход€ через металл, как бы наталкивались на положительно
зар€женную часть атома Ч €дро, масса которого больше массы a-частицы, и попадали в поле
действи€ кулоновских сил отталкивани€. (—толкновение с электроном не может
существенно отразитьс€ на траектории a-частицы, так как масса электрона (9,1Ј10-18 г) почти в 7500 раз меньше a-частицы.)
–ис. 4. –ассе€ние a-частиц.
ѕроход€ через
фольгу, a-частицы встречают на своЄм пути множество атомов металла, но
отклон€ютс€ от первоначального пути очень редко (отклон€етс€ только одна из ста
тыс€ч a-частиц, прошедших через фольгу). Ёто можно объ€снить лишь тем, что
размеры €дра очень малы по сравнению с размерами атома и веро€тность того, что
траектори€ полЄта a-частицы пройдЄт через €дро, очень мала. ќсновна€ масса a-частиц пролетает сквозь
атом, не мен€€ направлени€ движени€.
≈сли
предположить, что атом, €дро и электрон имеют форму шара, то диаметр атома
будет равен примерно 10-8 см, а диаметр €дра Ч 10-13 см, т. е. €дро занимает
примерно 1/1015 часть объЄма атома. ≈сли дл€ нагл€дности представить себе атом
увеличенным до размеров шара диаметром 100 м (высота тридцатиэтажного дома), то
€дро атома в этом случае имело бы диаметр не более 1 мм. ¬ то же врем€ масса
атома фактически сосредоточена в €дре. —ледовательно, плотность атомных €дер
очень велика. ≈сли бы можно было собрать 1 см3 атомных €дер, то их масса
оказалась бы равной приблизительно 116 млн. т.
Ё. –езерфорд
предложил планетарную модель атома,
согласно которой €дро находитс€ в центре атома, а электроны вращаютс€ вокруг
€дра подобно планетам, вращающимс€ вокруг —олнца. «ар€ды электронов
уравновешиваютс€ положительным зар€дом €дра, и атом в целом остаЄтс€
электронейтральным. ¬озникающа€ вследствие вращени€ электронов центробежна€
сила уравновешиваетс€ электростатическим прит€жением электронов к
противоположно зар€женному €дру.
ќпыты по
рассе€нию a-частиц позволили не только установить существование атомного €дра, но
и определить его зар€д. ќказалось, что положительный
зар€д €дра атома численно равен пор€дковому номеру элемента в периодической
сиситеме. —ледовательно, пор€дковый номер элемента не просто регистрирует
его положение в периодической системе, а €вл€етс€ важнейшей константой
элемента, выражающей положительный зар€д €дра его атома. »з
электронейтральности атома следует, что и количество вращающихс€ вокруг €дра
электронов равно пор€дковому номеру элемента. “аков физический смысл
пор€дкового номера элемента в ѕериодической системе элементов.
—оздание
–езерфордом планетарной, или €дерной, модели атома было крупным шагом вперЄд в
познании строени€ атома. Ќо в некоторых случа€х эта теори€ вступала в
противоречие с твЄрдо установленными фактами.
“ак,
планетарна€ модель не могла объ€снить устойчивости атома. ¬раща€сь вокруг €дра,
электрон должен часть своей энергии испускать в виде электромагнитных
колебаний, что должно привести к нарушению равновеси€ между электростатическим
прит€жением электрона к €дру и центробежной силой, обусловленной вращением
электрона вокруг €дра. ƒл€ восстановлени€ равновеси€ электрон должен
переместитьс€ ближе к €дру. —ледовательно, непрерывно излуча€ электромагнитную
энергию, электрон должен постепенно приближатьс€ к €дру и в конце концов упасть
на него Ч существование атома должно прекратитьс€. ¬ действительности атом
очень устойчив и может существовать бесконечно долго.
ћодель
–езерфорда не могла объ€снить также характер атомного спектра. »звестно, что
солнечный свет, проход€ через стекл€нную призму, образует спектр Ч цветную
полосу, содержащую все цвета радуги. Ёто €вление объ€сн€етс€ тем, что солнечный
свет состоит из электромагнитных волн различных частот. ¬олны различных частот
неодинаково преломл€ютс€ призмой, что приводит к образованию сплошного спектра. јналогично ведЄт себ€
свет, излучаемый раскалЄнными жидкост€ми и твЄрдыми телами. —пектр раскалЄнных
газов и паров представл€ет собой отдельные цветные линии, разделЄнные тЄмными
промежутками, Ч линейчатый спектр.
ѕри этом атомы одного элемента дают вполне определЄнный спектр, отличающийс€ от
спектра другого элемента. Ќа рис. 5 показана видима€ часть атомного спектра
водорода.
–ис. 5. јтомный спектр
водорода в видимой области.
Ћинейчатый
характер спектра водорода не согласуетс€ с теорией –езерфорда, так как
излучающий энергию электрон должен приближатьс€ к €дру непрерывно, и его спектр
должен быть непрерывным, сплошным.
—ледовательно,
планетарна€ модель атома не могла объ€снить ни устойчивости атомов, ни
линейчатый характер спектра газов и паров.
—троение атома по Ѕору.
—ледующим
шагом в развитии представлений о строении атома €вилась теори€, созданна€ в
1913 г. датским физиком Ќ. Ѕором. Ёта теори€ объединила €дерную модель атома с
квантовой теорией света. —огласно квантовой теории света, лучиста€ энерги€
испускаетс€ или поглощаетс€ телами отдельными порци€ми Ч квантами, а излучение представл€ет собой поток фотонов, энерги€ которых тем больше, чем выше частота излучени€.
ѕринима€ во внимание линейчатый характер атомных спектров и положение квантовой
теории света о прерывистом характере излучени€, Ѕор в основу своей теории
положил представление о дискретном, прерывном изменении энергии электрона в
атоме.
—огласно
теории Ѕора, электроны могут обращатьс€ вокруг €дра атома только по строго
определЄнным, разрешЄнным круговым
орбитам, причЄм, двига€сь по таким орбитам, электроны не излучают
электромагнитную энергию. “о, какую именно разрешЄнную орбиту будет занимать
электрон, зависит от энергии атома.
¬ основном,
невозбуждЄнном состо€нии атом обладает минимальной энергией, и электрон
вращаетс€ по наиболее близкой к €дру орбите. ¬ этом случае св€зь электрона с
€дром наиболее прочна€. ≈сли атом получает дополнительную порцию энергии, он
переходит в возбуждЄнное состо€ние. ѕри этом электрон перемещаетс€ на одну из
наиболее удалЄнных от €дра орбит.
“аким образом,
энерги€ электрона в возбуждЄнном атоме больше, чем энерги€ электрона в атоме в
основном, невозбуждЄнном состо€нии. ¬озбуждЄнное состо€ние атома очень
непродолжительно: оно длитс€ лишь стомиллионные доли секунды, после чего
электрон возвращаетс€ на исходную орбиту. ќн может перейти с отдалЄнной орбиты
на исходную непосредственно либо через наход€щиес€ между ними другие
разрешЄнные орбиты. Ётот переход электрона сопровождаетс€ уменьшением энергии
атома и выделением еЄ в виде электромагнитного излучени€. ѕо Ѕору, излучение энергии атома происходит только
при переходе электрона с более отдалЄнных орбит на орбиты, расположенные ближе
к €дру. Ёлектрон, движущийс€ по одной и той же орбите, не излучает энергию.
¬ атоме, наход€щемс€ в основном состо€нии, электрон может вращатьс€ бесконечно
долго, т. е. такой атом €вл€етс€ очень устойчивой системой.
ѕри переходе
электрона с более отдалЄнной от €дра орбиты на орбиту, более близкую к €дру,
энерги€ излучени€ измен€етс€ не непрерывно, а порци€ми Ч квантами. ¬еличина
кванта энергии св€зана с частотой излучени€ n или длиной волны l соотношением
E = E2 Ц E1 = hn = hЈc/l
где E1 и E2 Ч энерги€ атома в
состо€ни€х 1 и 2; h Ч посто€нна€ ѕланка, равна€ 6,625Ј1034 ƒж/с; c Ч скорость света,
равна€ 2,998Ј108 м/с.
¬ классической
механике вращение тела вокруг центра определ€етс€ моментом количества движени€
mЈvЈr, где m Ч масса тела; v Ч скорость его движени€; r Ч радиус окружности, по
которому оно вращаетс€. ѕо Ѕору момент количества движени€ электрона в атоме
водорода может быть равен только целому числу квантов действи€ nЈh/2pð, где n Ч натуральное число;
h Ч посто€нна€ ѕланка, поэтому
mЈuЈr = nЈh/2p††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (1)
ѕринима€ во
внимание равенство центробежной силы (f1 = mЈu2/r) центростремительной силе
(f1 = e2/r2), действующих в системе €дро атома водорода Ц электрон, получаем:
mЈu2/r = e2/r2†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (2)
Cочета€
уравнени€ (1) и (2), находим:
r = h2n2/4p2ЈmЈe2†† 膆 u = 2pe2/hn
ѕолученные
уравнени€ позвол€ют рассчитать радиусы разрешЄнных орбит в атоме водорода и
скорости движени€ по ним электрона. Ќапример, дл€ основного состо€ни€ атома
водорода (n = 1):
r = (6,625Ј10-27)2/4Ј(3,14)2Ј9,1Ј10-26Ј(4,8Ј10-10)2 = 0,053 нм
u = 2Ј3,14Ј(4,8Ј10-10)2/6,625Ј1Ј10-27 = 2200 км/с.
–адиус
следующей орбиты (n = 2) равен 0,212 нм, а скорость движени€ электрона на этой
орбите составл€ет 1/2 его скорости на первой орбите, т. е. примерно 1100 км/с.
Ёто очень высока€ скорость (дл€ сравнени€ можно указать, что скорость
космического корабл€ "¬осток" составл€ла около 8 км/с).
“еори€ Ѕора
находилась в резком противоречии с положени€ми классической механики, котора€
допускает вращение электрона по любой орбите и считает невозможным движение
зар€женной частицы по круговой орбите без излучени€ энергии. ќднако
рассчитанные Ѕором атомные спектры хорошо совпадали со спектрами, полученными
экспериментально. “ак, в атомном спектре водорода линии в ультрафиолетовой
части оказались св€занными с переходами электрона с более удалЄнных разрешЄнных
орбит на ближайшую к €дру. Ћинии в видимой части спектра (см. рис. 5)
соответствовали переходам электрона с третьей (Ha), четвЄртой (Hb)
и п€той (Hg) орбит на вторую. ¬
инфракрасной области спектра водорода линии св€заны с переходами электрона с
более удалЄнных разрешЄнных орбит на третью и т. д.
“аким образом,
теори€ Ѕора не только объ€снила физическую природу линейчатого характера
атомных спектров как результат перехода электрона с одной разрешЄнной орбиты
атома на другую, но и позволила рассчитать положение линий в спектре.
¬ дальнейшем в
теорию Ѕора были внесены дополнени€, допускавшие возможность движени€ электрона
в атоме не только по круговым, но и по эллиптическим орбитам, расположенным в
различных плоскост€х. Ќесмотр€ на эти дополенни€ и усовершенствовани€, теори€
Ѕора не смогла объ€снить некоторые свойства многоэлектронных атомов.
—овременные представлени€ о строении атома.
ѕодтверждЄнна€
экспериментально в 1927 г. двойственна€ природа электрона, обладающего
свойствами не только частицы, но и волны, побудила учЄных к созданию новой
теории строени€ атома, учитывающей оба этих свойства. —овременна€ теори€
строени€ атома опираетс€ на квантовую механику.
ƒвойственность
свойств электрона про€вл€етс€ в том, что он, с одной стороны, обладает
свойствами частицы (имеет определЄнную массу поко€), а с другой Ч его движение
напоминает волну и может быть описано определЄнной амплитудой, длиной волны,
частотой колебаний и др. ѕоэтому нельз€ говорить о какой-либо определЄнной
траектории движени€ электрона Ч можно лишь судить о той или иной степени
веро€тности его нахождени€ в данной точке пространства.
Cледовательно,
под электронной орбитой следует понимать не определЄнную линию перемещени€
электрона, а некоторую часть пространства вокруг €дра, в пределах которого
веро€тность пребывани€ электрона наибольша€. »ными словами, электронна€ орбита
не характеризует последовательность перемещени€ электрона от точки к точке, а
определ€етс€ веро€тностью нахождени€ электрона на определЄнном рассто€нии от €дра.
¬ св€зи с этим электрон представл€ют не в виде материальной точки, а как бы
"размазанным" по всему объЄму атома в виде так называемого электронного облака, имеющего области
сгущени€ и разрежени€ электрического зар€да. ѕредставление об электроне как о
некотором облаке электрического зар€да удобно; оно довольно точно передаЄт
особенности поведени€ электрона. ќднако следует иметь в виду, что электронное
облако не имеет резко очерченных границ, и даже на большом рассто€нии от €дра
существует веро€тность пребывани€ электрона. ƒл€ характеристики формы
электронного облака пон€тие орбиталь
вместо пон€ти€ орбита было введено именно дл€ того, чтобы не смешивать движение
электрона с движением тела в классической физике. ќднако при упрощЄнном
рассмотрении строени€ атома иногда сохран€ют термин орбита, помн€ тем не менее
об особом характере движени€ электрона в атоме.
ѕо современным
представлени€м состо€ние элетрона в атоме описываетс€ четырьм€ квантовыми числами. √лавное
квантовое число n характеризует величину энергии электрона и может принимать
только положительные целочисленные значени€: 1, 2, 3 и т. д. — увеличением
главного квантового числа энерги€ электрона возрастает. —осто€ние электрона,
отвечающее определЄнному значению главного квантового числа, называют энергетическим уровнем электрона в
атоме. ѕомимо энергии электрона главное квантовое число определ€ет размеры
электронного облака: чем выше значение главного квантового числа, тем больше
электронное облако. Ёлектроны, характеризующиес€ одним и тем же квантовым
числом, имеют электронные облака приблизительно одинаковых размеров. ѕоэтому
говор€т о существовании в атоме электронных
слоЄв. Ёлектронные слои обозначают большими буквами латинского алфавита K,
L, M, N, O, причЄм K-слой €вл€етс€ первым от €дра атома, ему соответствует
главное квантовое число n = 1, L-слой Ч вторым, M-слой Ч третьим и т. д.
Ёлектроны, образующие данный слой, могут обладать несколько отличающейс€ друг
от друга энергией и иметь орбитали различных форм. »з квантовомеханической
теории следует, что с увеличением главного квантового числа n измен€ютс€ число
и характер электронных орбиталей в пределах данного электронного сло€.
 оличество орбиталей дл€ каждого значени€ n равно квадрату главного квантового
числа (n2).
¬торое
квантовое число l, описывающее форму
электронного облака, называетс€ орбитальным
квантовым числом. ѕри данном главном вантовом числе n орбитальное квантовое
число l может принимать любые
целочисленные значени€ от 0 до nЦ1. —оответствующие орбитали обозначаютс€
строчными буквами латинского алфавита: s (l
= 0), p (l = 1), d (l = 2), f (l = 3). ќрбитальное квантовое число отображает энергию электрона на
подуровне. Ёлектроны с различными
орбитальными квантовыми числами несколько отличаютс€ друг от друга: их энерги€
тем выше, чем больше число l. „исло
возможных подуровней в каждом энергетическом уровне совпадает с пор€дковым
номером электронного сло€, но фактически ни один энергетический уровень не
содержит больше четырЄх подуровней. Ёто справедливо дл€ стационарного состо€ни€
атомов всех элементов. “ак, первому энергетическому уровню соответствует
s-подуровень; второму уровню Ч два подуровн€: s и p; третьему уровню Ч три
подуровн€: s, p и d; четвЄртому и следующим уровн€м Ччетыре подуровн€: s, p, d
и f.
ќриентацию
орбиталей в пространстве определ€ет третье квантовое число, называемое магнитным квантовым числом и
обозначаемое m. ѕри данном орбитальном квантовом числе l магнитное квантовое число m может принимать любые целочисленные
значени€ от Цl до +l, в том числе нулевое значение. ќно
определ€ет число орбиталей в одном и том же электронном слое: одна s-орбиталь
(m = 0), три p-орбитали (m равно Ц1, 0, +1), п€ть d-орбиталей (m равно Ц3, Ц2,
1, 0, +1, +2, +3). ќрбитали с различными магнитными квантовыми числами, но с
одинаковым главным и орбитальным квантовыми числами характеризуютс€ одной и той
же энергией. ћагнитное квантовое число есть вектор, следовательно, ему
соответствует не только определЄнное числовое значение, но и определЄнное
направление, что выражаетс€ в знаках "+" и "Ц".
„етвЄртое
квантовое число, называемое спином и обозначаемое ms, раньше св€зывали с
вращением электрона вокруг своей оси, но теперь ему не придают какого-либо
нагл€дного образа и считают чисто квантовомеханической величиной. —пин
электрона может иметь два значени€: +1/2 и Ц1/2.
‘орма
электронных облаков.
Ёлектронное
облако не имеет резко очерченных границ в пространстве, поэтому представлени€ о
размерах и форме электронного облака требуют специального по€снени€. ќбратимс€
к рис. 7, на котором изображено электронное облако атома водорода. ¬ этом
облаке можно провести поверхности, на которых электронна€ плотность будет иметь
одинаковое значение. ¬ случае атома водорода это сферические поверхности,
внутри которых заключена больша€ или меньша€ часть электронного облака. ≈сли
проведЄнна€ поверхность охватывает 90 % зар€да и массы электрона, еЄ называют граничной поверхностью. –азмер и форму
граничной поверхности отождествл€ют с размером и формой электронного облака.
–ис. 6. Ёлектронное
облак†††† –ис. 7. ††††† «ависимость веро€тности пребывани€ 1s-
1s-электрона.††††††††††† ††††††††††††††††††††††††††††††††††† электрона в
данной точке †††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††††††††††† пространства от еЄ отдалЄнности от ††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† €дра.
–ассмотрим
зависимость веро€тности W* пребывани€ электрона в данной точке пространства от
еЄ отдалЄнности от €дра r на примере 1s-электрона атома водорода. ÷ифра 1
показывает, что главное квантовое число n = 1, а буква s Ч равенство нулю его
орбитального квантового числа: l = 0.
»з рис. 7 следует, что веро€тность обнаружени€ электрона на малых рассто€ни€х
от €дра, так же, как и на больших, близка к нулю. Ќа некотором рассто€нии от
€дра r0
веро€тность нахождени€ электрона максимальна. ƒл€ атома водорода это рассто€ние
точно совпадает с радиусом первой боровской орбиты и равно 0,053 нм. ќднако
следует иметь в виду, что, по Ѕору, эта величина показывает, на каком
рассто€нии от €дра электрон находитс€, а по представлени€м квантовой механики
это рассто€ние отвечает максимальной веро€тности обнаружени€ электрона.
—ледовательно, в отличие от модели атома по Ѕору, электрон может находитьс€ и
на других рассто€ни€х от €дра Ч как меньших, так и больших 0,053 нм. ’арактер
зависимости W от r дл€ 1s-электрона свидетельствует о том, что электронное
облако 1s-электрона обладает сферической симметрией, т. е. имеет форму шара с €дром
в центре. s-Ёлектроны с главным квантовым числом n, равным 2, 3, 4 ... также
обладают сферической симметрией. ѕо мере того, как главное квантовое число
возрастает, рассто€ние наиболее веро€тного пребывани€ электрона от €дра также
увеличиваетс€, и электронное облако становитс€ более размытым. Ќа рис. 8
схематически показано электронное облако 2s-орбитали (2s-электрона).
–ис. 8. Ёлектронное
облак† –ис. 9.† «ависимость веро€тности пребывани€
2s-электрона.†††††††††††††††††††††††††††††††††††† 2p-электрона
в данной точке ††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††††††††††††††††††††††† пространства от еЄ
отдалЄнности от ††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† €дра.
ƒл€
2p-электронов (главное квантовое число n = 2, орбитальное квантовое число l = 1) крива€ зависимости веро€тности
обнаружени€ электрона W от рассто€ни€ r имеет максимум (рис. 9). “акому
распределению веро€тности обнаружени€ 2p-электрона соответствует форма
электронного облака, напоминающа€ двойную грушу или восьмЄрку. ћагнитное квантовое
число 2p-электронов может иметь три значени€: Ц1, 0 и +1, что соответствует
ориентации восьмЄрки вдоль трЄх координатных осей: x, y, z. »ными словами, три
p-электронных облака ориентированы в пространстве во взаимно перпендикул€рных
направлени€х. ѕоэтому три 2p-электронных облака обозначают так: 2px, 2py, 2pz. Ёлектроны всех трЄх
2p-орбиталей имеют одинаковую энергию.   ак и в случае s-электронов,
p-орбитали станов€тс€ более размытыми, когда главное квантовое число
возрастает, однако сохран€ют ту же симметрию Ч подобны восьмЄрке.
ƒл€
3d-электронов (главное квантовое число n = 3, орбитальное квантовое число l = 2) возможны п€ть вариантов
пространственного расположени€ электронного облака, отвечающие п€ти значени€м
магнитного квантового числа m: Ц2, Ц1, 0, +1, +2.  ¬се электроны 3d-орбиталей
имеют одинаковую энергию.
—труктура электронной оболочки многоэлектронного атома.
¬ атоме
водорода на электрон действует только сила прит€жени€ положительно зар€женного
€дра. ¬ многоэлектронном атоме к этому взаимодействию прибавл€етс€ взаимное
отталкивание электронов. Ёлектроны внутренних слоЄв атома ослабл€ют прит€жение
внешнего электрона €дром, как бы экранируют
внешний электрон от €дра.
ѕри этом
экранирование оказываетс€ различным дл€ электронов с неодинаковой формой
электронного облака. ѕоэтому в многоэлектронных атомах энерги€ электрона
зависит не только от главного квантового числа n, но и от орбитального
квантового числа l, определ€ющего
форму электронного облака.
—амой низкой
энергией обладают электроны s-орбитали, составл€ющие первый электронный слой.
Ёнерги€ электронов второго сло€ намного больше энергии электронов первого;
между энерги€ми 2s- и 2p-электронов, составл€ющих второй электронный слой, есть
небольшое различие. Ёнергетические уровни всех орбиталей третьего электронного
уровн€ ещЄ выше. ќднако при переходе к четвЄртому электронному слою и далее это
правило нарушаетс€: отдельные орбитали следующего сло€ обладают меньшей
энергией, чем наиболее высокие орбитали предыдущего сло€. Ќапример, 4s-орбиталь
имеет меньшую энергию, чем 3d-орбиталь предыдущего сло€. ¬ общем случае энерги€
электронов (nЦ1)d-орбитали всегда больше энергии электронов ns-орбитали и
меньше энергии электронов np-орбитали. Ёнерги€ 4f-электронов оказываетс€ выше
энергии 5s-, 5p- и 6s-электронов.
ѕри заполнении
электронных слоЄв атома в стационарном (невозбуждЄнном) состо€нии выдерживаетс€
принцип наименьшей энергии электрона,
в соответствии с которым
наиболее устойчивому состо€нию электрона в атоме
отвечает минимальна€ из возможных энерги€ этого электрона.
ѕоэтому заполнение
электронных слоЄв начинаетс€ с уровней, характеризующихс€ самой низкой энергией.
–усский учЄный
¬. ћ.  лечковский установил, что энерги€ электрона возрастает по мере
увеличени€ суммы главного и орбитального квантовых чисел (n + l). ¬ соответствии с правилом  лечковского
заполнение электронных слоЄв происходит в пор€дке
увеличени€ сумм главного и орбитального квантовых чисел (n + l).
“ак, сумма (n + l) дл€ электронов 3d-орбитали равна 5 (3
+ 2), дл€ электронов 4s-орбитали Ч 4 (4 + 0). ѕоэтому вначале электронами
заполн€етс€ 4s-орбиталь, а затем 3d-орбиталь. —умма (n + l) дл€ электронов 4f-орбитали равна 7 (4 + 3), что также больше
суммы (n + l) дл€ электронов 5s-, 5p-
и 6s-орбиталей. ≈сли дл€ двух орбиталей суммы (n + l) имеют одинаковые значени€, то вначале электронами заполн€етс€
орбиталь с меньшим значением главного квантового числа. Ќапример, дл€
электронов 3d- и 4p-орбиталей сумма n + l
= 5 (соответственно 3 + 2 и 4 + 1). Ќо так как дл€ электронов 3d-орбитали
главное квантовое число n = 3, а дл€ электронов 4p-орбитали n = 4, в первую
очередь заполн€ютс€ 3d-орбитали. Ћишь после того как заполнены орбитали меньших
энергий, начинаетс€ заполнение орбиталей бóльших энергий.
ѕри заполнении
электронных слоЄв кроме принципа наименьшей энергии выполн€етс€ принцип (запрет) ѕаули, согласно
которому
в атоме не может быть двух электронов с одинаковым
значением всех квантовых чисел.
»з этого
следует, что на каждой орбитали, характеризующейс€ определЄнными значени€ми
главного n, орбитального l и
магнитного ms квантовых чисел, может находитьс€ не более двух электронов, спины
которых имеют противоположные знаки. ƒва электрона, наход€щиес€ на одной
орбитали (и характеризующиес€ противоположно направленными спинами), называютс€
спаренными. —пины одного направлени€
называют параллельными, а противоположно направленные Ч антипараллельными.
ѕринцип ѕаули
позвол€ет рассчитать максимальное число электронов на каждом энергетическом
уровне и подуровне в атоме. ћаксимальное число электронов на подуровне с
орбитальным квантовым числом l равно
2(2l + 1). ѕри l = 0 (s-подуровень) магнитное квантовое число тоже равно нулю.
—ледовательно, на s-подуровне имеетс€ всего одна орбиталь, и максимальное число
электронов на s-подуровне каждого электронного сло€ равно двум. ѕри l = 1 (p-подуровень) магнитное квантовое
число ms может принимать три значени€. Ќа трЄх p-орбитал€х может находитьс€ не
более шести электронов. ѕри l = 2
(d-подуровень) магнитное квантовое число может принимать п€ть значений и,
следовательно, на п€ти d-орбитал€х может находитьс€ до 10 электронов. »так, на
одной s-орбитали может находитьс€ не более 2, на трЄх p-орбитал€х Ч не более 6,
на п€ти d-орбитал€х Ч не более 10, на семи f-орбитал€х Ч не более 14
электронов.
—троение
каждого электронного сло€ зависит от значени€ главного квантового числа. “ак,
K-слой (n = 1) состоит лишь из одной s-орбитали; L-слой (n = 2) содержит одну
2s-орбиталь и три 2p-орбитали; M-слой (n = 3) состоит из одной 3s-орбитали,
трЄх 3p-орбиталей и п€ти 3d-орбиталей и т. д. Ёлектронна€ Ємкость сло€,
определ€ема€ максимальным количеством электронов N в данном электронном слое,
описываетс€ формулой:
N = 2n2,
где n Ч главное квантовое
число. –ассчитанное по этой формуле максимальное количество электронов в каждом
слое оказываетс€ равным: дл€ K-сло€ Ч 2, дл€ L-сло€ Ч 8, дл€ M-сло€ Ч 18, дл€
N-сло€ Ч 32 электронам.
–асположение
электронов по сло€м и орбитал€м называетс€ электронной
конфигурацией. ѕри записи электронной конфигурации указывают значение
главного квантового числа, затем Ч буквами s, p, d, f Ч значение орбитального
квантового числа, а вверху справа над буквой Ч число электронов на данной
орбитали. Ќапример, запись 2p4 означает, что во втором электронном слое на
p-орбитал€х находитс€ четыре электрона. ѕоследовательность заполнени€
электронами орбиталей различных электронных слоЄв можно представить себе
следующим образом:
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s2 ...
¬ сокращЄнных
формулах, выражающих распределение электронов в атомах, часто указывают лишь
число электронов в каждом электронном слое. ¬ качестве примера рассмотрим
распределение по орбитал€м электронов атомов хлора. ѕор€дковый номер хлора в
периодической системе элементов Ч 17. Ёто значит, что положительный зар€д €дра
атома уравновешиваетс€ 17 электронами. Ќа заполнение K-сло€ идЄт 2 электрона,
второй электронный слой, L-слой, может вместить 8 электронов. ќстальные 7 электронов
располагаютс€ в третьем слое Ч M-слое. ®мкость этого сло€ Ч 18 электронов Ч
вполне достаточна, чтобы прин€ть 7 электронов. Ёлектронную конфигурацию атома
хлора можно записать так: 17Cl Ч 2, 8, 7.
ѕериодический закон ƒ. ». ћенделеева.
ѕо мере накоплени€
сведений о свойствах химических элементов возникла насто€тельна€ необходимость
их классификации.  о времени открыти€ ƒ. ». ћенделеевым периодического закона
было известно уже более 60 элементов. ћногие химики пытались разрабатывать
систематику элементов. Ётим занимались ј. Ё. Ѕ. Ўанкуртуа во ‘ранции, Ћ. ё.
ћейер и ». ¬. ƒеберейнер в √ермании, ƒж. ј.  . Ќьюлендс в јнглии и др. “ак,
Ќьюлендс, размеща€ элементы в пор€дке возрастани€ их атомных масс, заметил, что
химические свойства восьмого элемента подобны свойствам первого. Ётой
закономерности он дал название закон
октав. ƒеберейнер составл€л триады из сходных по химическим свойствам
элементов и указывал, что в триадах атомна€ масса среднего элемента
приблизительно равна среднему арифметическому атомных масс двух крайних
элементов. Ўанкуртуа разместил элементы в пор€дке возрастани€ их атомных масс
по винтовой линии, описанной вокруг цилиндра. —ходные элементы при этом
располагались друг под другом. ћейер, разместив элементы в пор€дке увеличени€
их атомных масс, получил шесть групп подобных элементов. ќднако никто из
названных исследователей не сумел за этими отдельными аналоги€ми увидеть один
из основных законов химиии. «адача была решена в 1869 г. великим русским учЄным
ƒмитрием »вановичем ћенделеевым. ќткрытый им периодический закон и созданна€ на его основе периодическа€ система элементов стали фундаментом современной
химии.
»зуча€
свойства химических элементов, ƒ. ». ћенделеев пришЄл к выводу, что многие
свойства определ€ютс€ атомной массой элементов. ѕоэтому в основу систематики
элементов он положил атомную массу как "точное, измеримое и никакому
сомнению не подлежащее" свойство. ѕо мнению ћенделеева, "масса
вещества есть именно свойство его, от которого должны находитьс€ в зависимости все
остальные свойства. ѕоэтому ближе или естественнее всего искать зависимость
между свойствами и сходствами элементов, с одной стороны, и атомными весами их,
с другой стороны".
ћенделеев
разместил все известные в то врем€ элементы в пор€дке возрастани€ их атомных
масс и обнаружил, что в полученном р€ду наблюдаетс€ периодичность изменеи€
свойств элементов. Ќапример, в р€ду от Li к F по мере увеличени€ атомной массы
наблюдалось закономерное изменение химических свойств элементов и их
соединений. Ћитий €вл€етс€ типичным металлом, у следующего за ним элемента Ч
берилли€ Ч металлические свойства выражены уже значительно слабее. ѕо величине
атомной массы за бериллием идЄт бор Ч элемент с неметаллическими свойствами. ¬
р€ду элементов от углерода до фтора происходит усиление неметаллических
свойств, и фтор уже выступает как типичный неметалл. —ледующий за фтором
элемент Ч натрий Ч резко отличаетс€ по свойствам от фтора, но про€вл€ет большое
сходство с литием. ѕри переходе от натри€ к хлору вновь наблюдаетс€ постепенное
ослабление металлических и нарастание неметаллических свойств. ѕериодически
повтор€ютс€ не только химические свойства элементов, но и формулы их
соединений. Ќапример, литий образует с кислородом соединение состава Li2O; аналогичную формулу имеет
соединение натри€ с кислородом Ч Na2O. ƒ. ». ћенделеев сформулировал открытый им
закон так:
свойства простых тел, а также формулы и свойства
соединений элементов наход€тс€ в периодической зависимости от величин атомных
весов элементов.
ѕервый вариант
периодической системы элементов ћенделеев опубликовал в 1869 г. ¬се элементы он
разместил в пор€дке увеличени€ их атомных масс, однако с таким расчЄтом, чтобы
подобные по свойствам элементы оказались друг над другом. —ходные элементы,
вошедшие в один вертикальны р€д, ћенделеев объединил в группы.
ѕоследовательность элементов, в пределах которой закономерно измен€ютс€
свойства элементов от типичного металла до типичного неметалла, была названа
периодом.
ѕри
составлении периодической системы ћенделеев, бер€ за основу атомные массы
элементов, не оставл€л без внимани€ и их химические свойства. “ак, в некоторых
случа€х в таблице нарушен принцип расположени€ элементов по возрастанию их
атомных масс. Ќапример, теллур, атомна€ масса которого больше атомной массы
иода, стоид перед иодом. ¬ противном случае иод находилс€ бы в одной группе с
серой, а не с хлором, с которым он про€вл€ет большое сходство. “ак же поступил
учЄный с парой элементов калий Ч аргон. јтомна€ масса кали€ меньше атомной
массы аргона, однако в таблице калий был помещЄн после аргона и оказалс€ в
одной группе с другими щелочными металлами.
ѕри
составлении периодической системы ƒ. ». ћенделееву пришлось преодолеть немало
трудностей, св€занных с тем, что одни элементы в то врем€ ещЄ не были открыты,
свойства других были мало изучены, атомные массы третьих были определены
неправильно. ”чЄный глубоко верил в правильность открытого им закона, был
твЄрдо убеждЄн в том, что периодический закон отражает объективную реальность.
Ќа основании периодической системы он исправил атомные массы р€да элементов,
предсказал существование в природе нескольких ещЄ не открытых элементов и даже
описал свойства этих элементов и их соединений. Ёти элементы были открыты в
течение последующих п€тнадцати лет: в 1875 г. ѕ. Ё. Ћекок де Ѕуабодран открыл
элемент номер 31, назвав его галлием; в 1879 г. Ћ. ‘. Ќильсон открыл элемент
номер 21 и назвал его скандием; в 1886 году  . ј. ¬инклер открыл элемент 32,
который был назван германием.
ћенделеев
предсказал физические и химические свойства этих трЄх элементов на основании
свойств окружающих их в таблице элементов. Ќапример, атомную массу и плотность
элемента номер 21 он рассчитал как среднее арифметическое атомных масс и
плотностей бора, иттри€, кальци€ и титана.
Ќиже в
качестве примера приведены свойства элемента с пор€дковым номером 32 Ч
германи€, которые были предсказаны ћенделеевым и впоследствии экспериментально
подтверждены ¬инклером.
—войства элемента є 32,†††††††††††††††††††††††††† —войства
германи€, установленные
предсказанные ћенделеевым в 1871 г.:††††† опытным
путЄм в 1886 г.:
атомна€ масса Ч 72;†††††††††††††††††††††††† атомна€ масса Ч 72,6;
серый тугоплавкий металл;††††††††††††† серый тугоплавкий металл;
плотность Ч 5,5 г/см3;††††††††††††††††††††††††††††††††† плотность Ч 5,35 г/см3;
должен получатьс€
восстановление솆†††††† получаетс€
восстановлением оксида
оксида водородом;††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† водородом;
формула оксида Ч Ёќ2;††††††††††††††††††††††††††††††† формула оксида Ч GeO2;
плотность оксида Ч 4,7 г/см3;†††††††††††††††††††† плотность оксида Ч 4,7 г/см3;
хлорид ЁCl4 Ч жидкость;†††††††††††††††††††††††††††† хлорид GeCl4 Ч жидкость;
плотность ЁCl4 Ч 1,9 г/см3;††††††††††††† плотность GeCl4 Ч 1,887 г/см3;
температура кипени€ ЁCl4 Ч 90 о—.††††††††††† температура кипени€ GeCl4 Ч 90 о—.
ќткрытие
предвиденных ћенделеевым элементов и блест€щее совпадение предсказанных им
свойств с установленными опытным путЄм привело к всеобщему признанию
периодического закона.
—ледует
отметить, что ћенделеев сомневалс€ в возможности резкого перехода от таких
активных неметаллов, какими €вл€ютс€ галогены, к щелочным металлам. ќн полагал,
что этот переход должен быть более плавным. ¬скоре это научное предвидение
оправдалось: были открыты инертные газы. ¬ периодической системе не было свободных
мест дл€ этих элементов, и они были выделены в самосто€тельную группу. — целью
подчеркнуть большую химическую инертность этих элементов группа была названа
нулевой.
¬ насто€щее
врем€ известно много вариантов периодической системы элементов, однако наиболее
удобной остаЄтс€ таблица, предложенна€ ƒ. ». ћенделеевым. ¬ первоначальный
вариант таблицы позже были внесены некоторые дополнени€. „асть из них была
сделана самим учЄным.
  насто€щему
времени получен р€д соединений т€жЄлых благородных газов, в которых степень
окислени€ составл€ет +6 и +8 (XeF6, XeO3, XeO4 и др.). ¬ св€зи с этим
инертные газы включены в восьмую группу периодической системы, в которой они
составл€ют главную подгруппу.
ѕериодическа€ система элементов ƒ. ». ћенделеева.
—овременна€
периодическа€ система элементов имеет семь периодов, из которых I, II и III
называютс€ малыми периодами, а IV, V,
VI и VI Ч большими периодами. I, II и
III периоды содержат по одному р€ду элементов,†
IV, V и VI Ч по два р€да, VII период незаконченный. ¬се периоды, за
исключением I, содержащего лишь два элемента, начинаютс€ щелочным металлом и
заканчиваютс€ благородным газом.
¬ больших
периодах изменение свойств при переходе от активного металла к благородному
газу происходит более плавно, чем в малых периодах. Ѕольшие периоды состо€т из чЄтных и нечЄтных р€дов. ¬ этих периодах наблюдаетс€ двойна€ периодичность:
помимо характерного дл€ всех периодов изменени€ свойств от щелочного металла до
благородного газа наблюдаетс€ также изменение свойств в пределах чЄтного р€да и
отдельно Ч в пределах нечЄтного р€да. Ќапример, в чЄтном р€ду IV периода
валентность измен€етс€ от 1 у кали€ до 7 у марганца; после триады железо Ц
кобальт Ц никель происходит такое же изменение валентности в нечЄтном р€ду: от
1 у меди до 7 у брома. ѕодобна€ двойна€ периодичность наблюдаетс€ и в других
больших периодах.
” элементов
чЄтных р€дов преобладают металлические свойства, и их ослабление справа налево
замедленно. ¬ нечЄтных р€дах происходит заметное ослабление металлических
свойств и усиление неметаллических.
ќсобое
положение в периодической системе занимают элемент номер 57 Ч лантан Ч и
следующие за ним 14 элементов, объединЄнных под названием лантаноиды. Ёти
элементы по химическим свойствам похожи на лантан и очень сходны между собой.
ѕоэтому в периодической системе лантану и лантаноидам отведена одна клетка.
јналогичным образом в одну клетку VII периода помещены элемент номер 89 Ч
актиний Ч и следующие за ним 14 элементов Ч так называемые актиноиды. Ёлементы
II и III периодов ћенделеев назвал типическими.
ѕодгруппы, содержащие типические элементы, называютс€ главными. Ёлементы чЄтных р€дов (д눆 I и II групп Ч нечЄтных) составл€ют побочные подгруппы.
Ёлементы
главных подгрупп по химическим свойствам значительно отличаютс€ от элементов
побочных подгрупп. ќсобенно нагл€дно это различие в VII и VIII группах
периодической системы элементов. Ќапример, главную подгруппу в VIII группе
составл€ют благородные газы He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, а побочна€ подгруппа
представлена триадами элементов: Fe, Co, Ni Ч в IV периоде, Ru, Rh, Pd Ч в V
периоде, Os, Ir, Pt Ч в VI периоде. ¬ отличие от благородных газов названные
элементы имеют €рко выраженные металлические свойства.
Ќомер группы,
как правило, показывает высшую валентность элемента по кислороду. –€д исключений
существует дл€ элементов подгруппы меди, VII и†
VIII групп. “ак, медь, серебро и золото образуют соединени€, в которых
валентность этих элементов достигает 3. Ёлемент VII группы Ч фтор Ч имеет
только валентность 1, а высша€ валентность других элементов по кислороду равна
7. ¬ VIII группе валентность 8 про€вл€ют только осмий, рутений и ксенон.
Ёлементы
главных подгрупп характеризуютс€ также валентностью по водороду. Ћетучие
водородные соединени€ образуют элементы IV, V, VI и VII групп. ¬алентность по
водороду при переходе от элементов IV группы к элементам VII группы уменьшаетс€
от 4 до 1. Ќапротив, валентность этих элементов по кислороду в том же
направлении возрастает от 4 до 7.
√ л а в а ’I. “–≈“№я √–”ѕѕј ѕ≈–»ќƒ»„≈— ќ…
†—»—“≈ћџ
ЁЋ≈ћ≈Ќ“ќ¬

†† 83. ќбща€
харамтеристика элементов III группы

††   III группе
относ€тс€ бор, алюминий, галлий, индии, таллий (главна€ подгруппа), а также
скандий, иттрий, лантан и лантаноиды, актиний и актиноиды (побочна€ подгруппа).
†† Ќа внешнем
электронном уровне элементов главной подгруппы имеетс€ по три электрона (s2р1).
ќни легко отдают эти электроны или образуют три неспаренных электрона за счет
перехода одного электрона на р-уровень. ƒл€ бора и алюмини€ х€рактерны
соединени€ только со степенью окислени€ +3. ” элементов подгруппы галли€
(галлий, индий, таллий) на внешнем электронном уровне также находитс€ по три
электрона, образу€ конфигурацию s2р1, но они расположены
после 18-электронного сло€. ѕоэтому в отличие от алюмини€ галлий обладает €вно
неметаллическими свойствами. Ёти свойства в р€ду Gа, In, “l ослабевают, а
металлические свойства усиливаютс€.
†† ” элементов
подгруппы сканди€ на внешнем электронном уровне также находитс€ по три
электрона. ќднако эти элементы относ€тс€ к переходным d-элементам, электронна€
конфигураци€ их валентного сло€ d1s2. Ёти электроны все
три элемента довольно легко отдают. Ёлементы подгруппы лантаноидов имеют
отличительную конфигурацию внешнего электронного уровн€: у них застраиваетси 4f
-уровень и исчезает d-уровень. Ќачина€ с цери€ все элементы, кроме гадолини€ и
лютеци€, имеют электронную конфигурацию внешнего электронного уровн€ 4fn6s2
(гадолиний и лютеций имеют 5d1-электроны). „исло n измен€етс€ от 2
до 14. ѕоэтому в образовании валентных св€зей принимают участие s- и
f-электроны. „аще всего степень окислени€ лантаноидов +3, реже +4.
†† Ёлектронное
строение валентного сло€ актиноидов во многом напоминает электронное строение
валентного сло€ лантаноидов. ¬се лантаноиды и актиноиды Ч типичные металлы.
†† ¬се элементы
III группы обладают очень сильным сродством к кислороду, и образование их
оксидов сопровождаетс€ выделением большого количества теплоты.
†† Ёлементы III
группы наход€т самое разнообразное применение.
†† Ѕор был
открыт ∆. √ей-Ћюссаком и Ћ. “енаром в 1808 г. —одержание его в земной коре
составл€ет 1,2Ј10-3 %.
†† —оединени€
бора с металлами (б о р и д ы ) обладают высокой твердостью и термостойкостью.
ѕоэтому их используют дл€ получени€ сверхтвердых и жаропрочных специальных
сплавов. Ѕольшой термостойкостью обладают карбид и нитрид бора. ѕоследний
примен€ют в качестве высокотемпературной смазки.  ристаллогидрат тетрабората
натри€ Nа2¬4O7Ј10Ќ2ќ (бура) имеет посто€нный состав, его растворы примен€ют
в аналитической химии дл€ установлени€ концентрации растворов кислот. –еакци€
буры с кислотой протекает по уравнению
Nа2¬4O7
+ 2 Ќ—l + 5 Ќ2ќ = 2 Nа—l + 4 Ќ3¬ќ3
†† —одержание
галли€ в земной коре составл€ет 1,9Ј10-3 %. ќн был предсказан ƒ. ».
ћенделеевым (экаалюминий) и открыт французским химиком –. Ё. Ћекок де
Ѕуабодраном в 1875 г. —войства галли€ почти полностью совпали со свойствами
экаалюмини€, предсказанными ƒ, ». ћенделеевым на основе периодического закона.
†† —оединени€
галли€ с элементами VI группы (серой, селеном, теллуром) €вл€ютс€
полупроводниками. ∆идким галлием наполн€ют высокотемпературные термометры.
†† »ндий был
открыт “. –ихтером и ‘. –айхом в 1863 г. —одержание его в земной хоре
составл€ет 2,5Ј10-5 %. ƒобавка инди€ к сплавам
меди увеличивает устойчивость последних к действию морской воды. ѕрисадка этого
металла к серебру увеличивает блеск серебра и преп€тствует его тускнению на
воздухе. »ндиевые покрыти€ предохран€ют металлы от коррозии. ќн входит в состав
некоторых сплавов, примен€ющихс€ в стоматологии, а также некоторых легкоплавких
сплавов (сплав инди€, висмута, свинца, олова и кадми€ плавитс€ при 47 ∞—). —оединени€ инди€ с различными неметаллами
обладают полупроводниковыми свойствами.
†† “аллий был
открыт ”.  руксом в 1861 г. —одержание его в земной коре составл€ет 10-4 %. —плав талли€ (10 %) с
оловом (20 %) и свинцом (70 %) обладает очень высокой кислотоупорностью, он
выдерживает действие смеси серной, сол€ной и азотной кислот. “аллий повышает
чувствительность фотоэлементов к инфракрасному излучению, исход€щему от нагретых
предметов. —оединени€ талли€ весьма €довиты и вызывают выпадение волос.
†† √аллий,
индий и таллий относ€тс€ к рассе€нным элементам. —одержание их в рудах, как
правило, не превышает тыс€чных долей процента.
†† —оединени€
сканди€, иттри€, лантана и лантаноидов были известны еще в начале ’1’ в. „истый
скандий был выделен Ћ. ‘. Ќильсоном в 1879 г. —одержание этого элемента в
земной коре составл€ет 10-3 %. »ттрий был открыт ё.
√адолином в 1794 г. ≈го содержание в земной коре составл€ет 2,9Ј10-3 %. —одержание в земной коре
лантана, открытого  . √. ћосандером в 1839 г., составл€ет 4,9Ј10-3 %. ѕримен€ютс€ эти металлы
в основном дл€ получени€ специальных сплавов, обладающих специфическими
электрическими и магнитными свойствами.  роме того, лантаноиды используютс€ дл€
приготовлени€ различных пирофорных составов, церий Ч дл€ получени€ алюминиевых
сплавов. ƒобавка цери€ увеличивает электропроводность алюмини€ и улучшает его
механические свойства, облегчает прокатку вольфрама. ƒиоксид цери€ примен€етс€
при шлифовке оптического стекла.
††   семейству
актиноидов относ€тс€ наиболее т€желые элементы, следующие в периодической
системе за актинием.
†† »з
актиноидов практическое применение наход€т уран, торий
†и плутоний.
†† ”ран был
открыт ћ. √.  лапротом в 1789. —одержание его в земной коре составл€ет 2,5Ј10-4 %. ¬ природе уран
встречаетс€ н виде трех изотопов: 238U Ч 99,285 %, 235U Ч
0,71 %, 234U Ч 0,005 %. »зотоп 235U способен
самопроизвольно распадатьс€, ѕоэтому уран, используемый в реакторах в качестве
€дерного горючего, обогащают с целью увеличени€ в нем содержани€ изотопа-235.
ƒл€ этого изотопа существует пон€тие критической массы, при достижении которой
начинаетс€ цепна€ реакци€ и происходит €дерный взрыв. ≈сли масса 235U
меньше критической, скорость реакции самопроизвольного распада можно
регулировать. Ёто свойство 235U используетс€ в €дерном реакторе.
—оединени€ урана примен€ютс€ также в качестве красителей в полиграфической и
силикатной промышленности.
†† ƒиоксид
тори€ был открыт …. я. Ѕерцелиусом в 1828 г., но металлический торий получен
сравнительно недавно. —одержание тори€ в земной коре составл€ет 1,3Ј10-3 %. Ќебольшие добавки этого
металла к вольфраму увеличивают срок службы электроспиралей в лампах
накаливани€ (торий поглощает газы, способствующие быстрому износу вольфрамовой
нити). ƒиоксид тори€ примен€етс€ в медицине, а также при изготовлении некоторых
катализаторов.
†† ѕлутоний был
открыт √. —иборгом, Ё. ћакмилланом, ƒж.  еннеди и ј. ¬алем в 1940 г. —одержание
его в земной коре ничтожно. ѕолучают плутоний из продуктов распада горючего
€дерных реакторов. »спользуетс€ он дл€ тех же целей, что и уран-235.

††† 84.
јлюминий

†† јлюминий
впервые получен химическим путем датским химиком ’.  . Ёрстедом в 1825 г. ¬
1854 г. французский химик ј. Ё. —ент- лер ƒевиль выделил его электрохимическим
методом.
†† Ќахождение в природе. јлюминий €вл€етс€
самым распространенным в природе металлом. —одержание его в земной коре составл€ет
8,05 %. ¬ажнейшие природные соединени€ алюмини€ Ч алюмосиликаты, боксит,
корунд.
†† јлюмосиликаты
составл€ют основную массу земной коры. ѕродукт их выветривани€ Ч глина и
полевые шпаты (ортоклаз, альбит, анортит). ќснову глин составл€ет каолин јl2O3Ј2SiO2Ј2Ќ2ќ.
†† Ѕоксит Ч
горна€ порода, из которой получают алюминий. —остоит главным образом из
гидратов оксида алюмини€ јl2O3ЈnЌ2ќ.
†† ‘изические свойства. јлюминий Ч
серебристо-белый легкий металл, плав€щийс€ при 660 ∞—. ќчень пластичный, легко выт€гиваетс€ в
проволоку и раскатываетс€ в листы: из него можно изготовить фольгу толщиной
менее 0,01 мм. јлюминий обладает очень большой тепло- и электропроводностью.
≈го сплавы с различными металлами прочны и легки.
†† ’имические свойства. јлюминий Ч очень активный
металл. ¬ р€ду напр€жений он стоит после щелочных и щелочноземельных металлов.
ќднако на воздухе он довольно устойчив, так как его поверхность покрываетс€
очень плотной пленкой оксида, предохран€ющей металл от контакта с воздухом.
≈сли с алюминиевой проволоки сн€ть защитную оксидную пленку, то алюминий начнет
энергично взаимодействовать с кислородом и вод€ными парами воздуха, превраща€сь
в рыхлую массу Ч гидроксид алюмини€:
4 јl + 3 O2 + 6 Ќ2ќ
= 4 јl(ќЌ)3
Ёта реакци€ сопровождаетс€ выделением теплоты.
†ќчищенный от
защитной оксидной пленки алюминий взаимодействует с водой с выделением
водорода:
2 јl + 6 Ќ2ќ = 2
јl(ќЌ)3 + 3 Ќ2
јлюминий хорошо раствор€етс€ в разбавленных серной и
сол€ной кислотах:
2 јl + 6 Ќ—l = 2 Al—l3
+ 3 Ќ2
2 јl + 3 Ќ2SO4
= јl2(SO4)3 +3 Ќ2
–азбавленна€ азотна€ кислота на холоду пассивирует
алюминий, но при нагревании алюминий раствор€етс€ в ней с выделением монооксида
азота, гемиоксида азота, свободного азота или аммиака, например:
8 јl + 30 ЌNќ3 =
8 јl(Nќ3)3 + 3 N2ќ + 15 Ќ2ќ
 онцентрированна€ азотна€ кислота пассивирует
алюминий.
†† “ак как
оксид и гидроксид алюмини€ обладают амфотерными
свойствами, алюминий легко раствор€етс€ в водных
растворах всех щелочей, кроме гидроксида аммони€:
2 јl + 6  ќЌ + 6 Ќ2ќ
= 2  3[јl(ќЌ)6] + 3 Ќ2
†† ѕорошкообразный
алюминий легко взаимодействует с галогенами, кислородом и всеми неметаллами.
ƒл€ начала реакций необходимо нагревание, затем они протекают очень интенсивно
и сопровождаютс€ выделением большого количества теплоты:
2 јl + 3 ¬r2 = 2
јl¬r3 (бромид алюмини€)
4 јl + 3 O2 = 2
јl2O3 (оксид алюмини€)
2 јl + 3 S = јl2S3
(сульфид алюмини€)
2 јl + N2 = 2 јlN
(нитрид алюмини€)
4 јl + 3 — = јl4—3
(карбид алюмини€)
—ульфид алюмини€ может существовать только в твердом
виде. ¬ водных растворах он подвергаетс€ полному гидролизу с образованием
гидроксида алюмини€ и сероводорода:
јl2S3
+ 6 Ќ2ќ = 2 јl(ќЌ)3 + 3 Ќ2S
†† јлюминий
легко отнимает кислород и галогены у оксидов и солей других металлов. –еакци€
сопровождаетс€ выделением большого количества теплоты:
8 Al + 3 Fе3ќ4
= 9 Fе + 4 јl2O3
††† ѕроцесс восстановлени€ металлов из их оксидов
алюминием называетс€ алюмотермией. јлюмотермией пользуютс€ при получении
некоторых редких металлов, которые образуют прочную св€зь с кислородом (ниобий,
тантал, молибден, вольфрам и др.), а также дл€ сваривани€ рельсов. ≈сли с
помощью специального запала поджечь смесь мелкого порошка алюмини€ и магнитного
железн€ка Fе3ќ4 (термит), то реакци€ протекает
самопроизвольно с разогреванием смеси до 3500 ∞—. ∆елезо при такой
температуре находитс€ в расплавленном состо€нии.
†† ѕолучение. ¬первые алюминий был получен
восстановлением из хлорида алюмини€ металлическим натрием:
јl—l3 + 3 Nа = 3
Nа—l + јl
¬ насто€щее врем€ его получают электролизом расплавленных
солей в электролитических ваннах (рис. 46). ¬ качестве электролита служит
расплав, содержащий 85-90 %† криолита Ч комплексной соли 3NаFЈјlF3 (или Nа3јlF6)
и 10-15 % глинозема Ч оксида алюмини€ јl2O3.
“ака€ смесь плавитс€ при температуре около 1000 ∞—.
†† ѕри
растворении в расплавленном криолите глинозем ведет себ€ как соль алюмини€ и
алюминиевой кислоты и диссоциирует на катионы алюмини€ и анионы кислотного
остатка алюминиевой кислоты:†
јlAlќ3 Û јl3+ + јlO33-
 риолит также диссоциирует:
Na3AlF6
Û 3 Nа+ + јlF63-
†† ѕри
пропускании через расплав электрического тока катионы алюмини€ и натри€
движутс€ к катоду Ч графитовому корпусу ванны, покрытому на дне слоем
расплавленного алюмини€, получаемого в процессе электролиза. “ак как алюминий
менее активен, чем натрий, он восстанавливаетс€ в первую очередь.
¬осстановленный алюминий в расплавленном состо€нии собираетс€ на дне ванны,
откуда его периодически вывод€т.
†† јнионы AlO33- и јlF63- движутс€ к аноду Ч
графитовым стержн€м или болванкам. Ќа аноде в первую очередь разр€жаетс€ анион
јlO33-
4 јlќ33- - 12 е- = 2 јl2ќ3
+ 3 O2
–асход глинозема все врем€ восполн€етс€.  оличество
криолита практически не мен€етс€, лишь незначительные его потери происход€т
вследствие образовани€ на аноде тетрафторида углерода —F4.
†† Ёлектролитическое
производство алюмини€ требует больших затрат электроэнергии (на получение 1 т
алюмини€ расходуетс€ окодо 20 000 к¬тЈч электроэнергии), поэтому
алюминиевые заводы стро€т вблизи электростанций.
†† ѕрименение. јлюминий используетс€ очень
широко. »з него изготовл€ют фольгу, примен€емую в радиотехнике и дл€ упаковки
пищевых лродуктов. јлюминием покрывают стальные и чугунные издел舆 в цел€х предохраненн€ их от коррозии: издели€
нагревают до 1000 ∞—† в смеси алюминиевого порошка (49 %), оксида алюмини€ (49 %)
и† хлорида алюмини€ (2 %). Ётот процесс
называетс€ алитированием.
†јлитированные издели€ выдерживают нагревание до 1000 ∞—, не подверга€сь коррозии. —ллавы алюмини€,
отличающиес€ большой легкостью и прочностью, примен€ютс€ в производстве
теплообменных† апларатов, в
самолетостроении и машиностроении.
†† ќксид алюнини€ јl2O3. ѕредставл€ет собой белое
вещество с температурой плавлени€ 2050 ∞—. ¬ природе оксид алюмини€
встречаетс€ в виде корунда и глинозема. »ногда встречаютс€ прозрачные кристаллы
корунда красивой формы и охраски.  орунд, окрашенный соединени€ми хрома в
красный цвет, называют рубином, а окрашенный соединени€ми титана и железа в
синий цвет Ч сапфиром. –убин и сапфир €вл€ютс€ драгоценными камн€ми. ¬
насто€щее врем€ их довольно легко получают искусственно.
†† ќксид
алюмини€ обладает амфотерными свойствами, но он не раствор€етс€ в воде,
кислотах и щелочах. ѕри кип€чении в концентрированном растворе щелочи он лишь
частично переходит в раствор. ќксид алюмини€ перевод€т в растворимое состо€ние
сплавлением со щелочами или пиросульфатом кали€:
јI2ќ3
+ 2  ќЌ = 2  јlO2 + Ќ2ќ
јl2O3
+ 3  2S2ќ7 = 3  2SO4 +
јl2(SO4)3
†† ѕолученные
сплавы раствор€ютс€ в воде. ѕри сплавлении оксида алюмини€ с поташем или содой
образуютс€ алюминаты, которые легко
раствор€ютс€ в воде:
јl2O3
+  2—ќ3 = 2  јlO2 + —ќ2
†† ѕриродный
корунд Ч очень твердое вещество. ќн примен€етс€ дл€ изготовлени€ наждачных
кругов и шлифовальных порошков. –убин используют дл€ изготовлени€ втулок
часовых и других точных механизмов.
†† √линозем
используетс€ как сырье дл€ получени€ алюмини€. ќбезвоженный оксид алюмини€
служит адсорбентом при очистке и разделении органических веществ методом хроматографии.
†† √идроксид алюмини€ јl(ќЌ)3.
ѕредставл€ет собой белое вещество, которое при нагревании тер€ет воду,
превраща€сь в оксид алюмини€. √идроксид алюмини€ обладает амфотерными
свойствами. —вежеосажденный гидроксид легко раствор€етс€ в кислотах и щелочах
(кроме гидроксида аммони€):
2 јl(ќЌ)3 + 3 Ќ2SO4
= јl2(SO4)3 + 6 Ќ2ќ
јl(ќЌ)3 + 3  ќЌ =
 3[јl(ќЌ)6]
†† √идроксид
алюмини€ €вл€етс€ слабым основанием и еще более слабой кислотой, поэтому соли
алюмини€ наход€тс€ в растворе только в присутствии избытка кислоты, а алюминаты
только в присутствии избытка щелочи. ѕри разбавлении растворов водой эти
соединени€ сильно гидролизованы.
†† ¬ысушенный
гидроксид алюмини€, потер€вший часть воды, не раствор€етс€ ни в кислотах, ни в
щелочах и этим напоминает оксид алюмини€.
†† √идроксид
алюмини€ обладает свойствами поглощать различные вещества, поэтому его
примен€ют при очистке воды.

†√ л а в а
’II. ¬“ќ–јя √–”ѕѕј ѕ≈–»ќƒ»„≈— ќ…
†—»—“≈ћџ ЁЋ≈ћ≈Ќ“ќ¬

†† 85. ќбща€
характеристика элементов II группы

† о II группе
периодической системы элементов относ€тс€ бериллий, щелочноземельные металлы:
магний, кальций, стронций, барий и радий (главна€ подгруппа) и подгруппа цинка:
цинк, кадмий, риуть (побочна€ подгруппа). —воим названием щелочноземельные
металлы об€заны тому, что их оксиды (земли) при растворении в воде образуют
щелочные растворы.
†† Ќа внешнем
электронном уровне элементов главной и побочной подгрупп наход€тс€ по два
электрона (s2), которые они отдают, образу€ соединени€ со степенью
окислени€ +2.
†† ƒл€ всех
элементов II группы характерны сравнительно низка€ температура плавлени€ и
высока€ летучесть. ” щелочноземельных элементов растворимость гидроксидов
увеличиваетс€ от магни€ к барию: гидроксид магни€ почти не раствор€етс€ в воде,
гидроксид кальци€ раствор€етс€ слабо, а гидроксид бари€ Ч хорошо. –астворимость
же многих солей уменьшаетс€ от магни€ к радию. “ак, сульфат магни€ хорошо
раствор€етс€ в воде, сульфат кальци€ Ч плохо, а сульфаты стронци€, бари€ и
ради€ практически нерастворимы. Ќизка€ растворимость сульфата ради€
используетс€ дл€ выделени€ ради€ из его концентратов.
†† ¬ подгруппе
цинка амфотерность оксидов уменьшаетс€ от цинка к ртути: гидроксид цинка хорошо
раствор€етс€ в щелочах, гидроксид кадми€ Ч значительно хуже, а гидроксид ртути
в щелочах нерастворим. јктивность элементов в этой подгруппе уменьшаетс€ с
увеличением их атомной массы. “ак, цинк вытесн€ет кадмий и ртуть из растворов
их солей, а кадмий вытесн€ет ртуть.
†† Ѕериллий был
открыт Ћ. Ќ. ¬окленом в 1798 г. —одержание его в земной коре составл€ет 3,8Ј10-4 %. ћеталлический бериллий
примен€етс€ дл€ изготовлени€ окон к рентгеновским установкам, так как поглощает
рентгеновские лучи в 17 раз слабее алюмини€. ƒобавка берилли€ к сплавам
увеличивает их твердость и электропроводность. —оединени€ берилли€ могут вызывать
очень т€желое заболевание легких.
†† —тронций
впервые был выделен в виде оксида ј.  рофордом в 1790 г., а в чистом виде
получен √. ƒэви в 1808 г. —одержание его в земной коре составл€ет 0,034 %.
Ќитрат стронци€ примен€ют в пиротехнике, а его карбонат и оксид Ч в сахарной
промышленности. ѕри €дерных взрывах образуетс€ стронций-90, излучение которого
очень опасно, так как вызывает лучевую болезнь, лейкоз и саркому костей.
†† Ѕарий был
открыт  . ¬. Ўееле в 1774 г. и √. ƒеви в 1808 г. —одержание его в земной коре
составл€ет 0,065 %. »з соединений бари€ наиболее широко примен€ютс€ его
гидроксид, пероксид и некоторые соли. √идроксид и хлорид бари€ используютс€ в
лабораторной практике, пероксид бари€ Ч дл€ получени€ пероксида водорода,
нитрат и хлорат Ч в пиротехнике, сульфат бари€ Ч в рентгеноскопии органов
пищеварени€. —оединени€ бари€ €довиты.
†† –адий открыт
ћ. и ѕ.  юри совместно с ∆. Ѕелебном в 1898 г.
†† —одержэние
его в земной коре составл€ет 1Ј10-20 % . –адий обладает
естественной радиоактивностью: при его радиоактивном распаде выдел€ютс€ a-частицы, электроны и образуетс€ радон. —оли
ради€ примен€ютс€ в исследовательских цел€х, а также дл€ получени€ радона,
обладающего целебными свойствами.
††  адмий
открыл ‘. Ўтромейер в 1817 г. и независимо от него  . √ерман,  .  арстен и ¬.
ћейснер Ч в 1818 г. —одержание его в земной коре составл€ет 1,3Ј10-5 %. Ѕлагодар€ способности
кадми€ покрыватьс€ защитной оксидной пленкой он испольэуетс€ как устойчивое
антикоррозионное покрытие. —оединени€ кадми€ €довиты.

†† 86. ћагний

†† ћагний
открыт √. ƒэви в 1808 г.
†† Ќахождение в природе. —одержание магни€
в земной коре составл€ет 1,87 %. —оединени€ его встречаютс€ в различных
минералах.  арбонат магни€ входит в состав доломита —а—ќ3Јћg—ќ3, и магневита ћg—ќ3,
хлорид Ч в состав карналлита  —lЈћg—l2Ј6Ќ2ќ, сульфат магни€ Ч в состав
каинита  —lЈћgSO4Ј6Ќ2ќ. «начительное количество
солей магни€ содержитс€ в морской воде, придава€ ей горьковатый вкус.
†† ‘изические свойства. ћагний Ч
серебристо-белый металл с плотностью 1,74 г/см3, плавитс€ при 651 ∞—, кипит при 1110 ∞—. Ќа холоду магний покрываетс€ оксидной
пленкой, котора€ предохран€ет его от дальнейшего окислени€ кислородом воздуха.
†† ’имические свойства. ћагний Ч активный
металл. ≈сли разрушить оксидную пленку на его поверхности, он легко окисл€етс€
кислородом воздуха. ѕри нагревании магний энергично взаимодействует с
галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом, кремнием и другими элементами:
†2 ћg + O2 = 2 ћgќ (оксид магни€)
†ћg + —l2 = ћg—l2 (хлорид магни€)
†3 Mg + N2 = ћg3N2 (нитрид магни€)
†3 ћg + 2 –= ћg3–2 (фосфид магни€)
†2 ћg + Si = ћg2Si (силицид магни€)
†† ћагний не
раствор€етс€ в воде, однако при нагревании довольно† активно взаимодействует с парами воды:
ћg + Ќ2ќ = ћgќ +
Ќ2
ћагний легко отнимает кислород и галогены у многих
металлов, поэтому его используют дл€ получени€ редких металлов из их
соединений:
3ћg + ћоќ3 = 3
ћgќ + ћо
2ћg + Zr—l4 = 2
ћg—l2 + Zr
ќн горит в атмосфере углекислого газа:
ћg + —ќ2 = ћgќ+
—ќ
или
2 ћg + —ќ2 = 2
ћgќ + —
и хорошо раствор€етс€ в кислотах:
ћg + Ќ2SO4
= ћgSќ4 + Ќ2
4 ћg + 10 ЌNќ3 =
4 ћg(Nќ3)2 + N2O + 5 Ќ2ќ
†† ѕолучение. ћагний получают электролизом
расплавов его солей. Ёлектролитом служит чистый обезвоженный карналлит, анодом
графитовый стержень, катодом Ч железный. ѕолученный жидкий магеий всплывает
на поверхность и его собирают черпалками. ¬ ходе электролиза к электролиту
добавл€ют хлорид магни€. ¬ последнее врем€ магний получают также
восстановлением его из оксида карбидом кальци€, аморфным углеродом или
кремнием. ѕроцесс восстановлени€ карбидом протекает при температуре 1200,
углеродом Ч при 2000, а кремнием Ч при 1200-1300 ∞—. ¬о избежание взаимодействи€ образующихс€ в
ходе реакции металлического магни€ и Siќ2 в реакцию ввод€т не Mgќ, а
обожженный доломит Ч смесь оксидов кальци€ и магни€:
ћgќ + —а—2 = —аќ
+ ћg + 2 — (1200 ∞—)
ћgќ + — = ћg + —ќ (2000 ∞—)
2 ћgќ + —аќ + Si = —аSiO3
+ 2 ћg (1200-1300 ∞—)†
†† ѕрименение. ћагний примен€етс€ дл€
получени€ многих легких сплавов, в частности дюралюмини€. ƒобавка магни€ к
чугуну улучшает механические свойства последнего. ћагний примен€ют как
восстановитель при получении редких металлов (Nb, “а, ћо, W, “l, Zr, Ќf и др.)
и некоторых неметаллов (например, Si).
†† ќксид магни€ ћgќ. Ѕелое
мелкокристаллическое вещество, нерастворимое в воде. ѕлавитс€ при температуре
2800 ∞—. ќбладает основными свойствами. ’орошо
раствор€етс€ в кислотах:
ћgќ + Ќ2SO4
= ћgSO4 + Ќ2ќ
при нагревании реагирует с кислотными оксидами:
ћgќ + SiO2 = ћgSO4
¬ лаборатории оксид магни€ можно получить сжиганием
металлического магни€ или прокаливанием его гидроксида:
Mg(ќЌ)2 = ћgќ + Ќ2ќ
¬ промышленности ћgќ лолучают термическим
разложением кaрбоната магни€:
ћg—ќ3 = ћgќ + —ќ2
†† ќсновна€
масса оксида магни€ расходуетс€ строительной промышленностью на изготовление
магнезитового цемента и магнезитовых огнеупоров.
†† √идроксид магни€ ћg(ќЌ)2.
¬ещество белого цвета, нерастворимое в воде, но легко растворимое в кислотах:
ћg(ќЌ)2 + Ќ2Sќ4
= ћgSO4 + 2 Ќ2ќ
ѕри пропускании углекислого газа через суспензию
гидроксида магни€ последний расгвор€етс€ с образованием гидрокарбоната магни€:
ћg(ќЌ)2 + —ќ2
= ћgCќ3 + Ќ2ќ
ћg—ќ3 + —ќ2
+ Ќ2ќ = ћg(Ќ—ќ3)2
√идроксид магни€ получают действием щелочей или
аммиака на растворы солей магни€:
ћg—l2 + 2  ќЌ =
ћg(ќЌ)2 + 2  —l
ћgCl2 + 2 NЌ4ќЌ
= ћg(ќЌ)2 + 2 NЌ4—l
†† ≈сли к
раствору, содержащему нерастворимый гидроксид магни€, добавл€ть соли аммони€,
осадок раствор€етс€. Ёто объ€сн€етс€ тем, что ионы аммони€ св€зывают
гидроксильные ионы (образуетс€ малодиссоциированный гидроксид аммони€):
ћg(ќЌ)2 + 2 NЌ4+ = ћg2+ + 2 NЌ4ќЌ
“аким образом можно удерживать магний растворенным в
аммиаке. Ётот раствор называетс€ магнезиальной смесью и используетс€ дл€
качественного и количественного определени€ ионов фосфорной кислоты:
ћg—l2 + 3 NЌ4ќЌ
+ Ќ3–ќ4 = MgNЌ4–ќ4 + 2 NЌ4—l
+ 3 Ќ2ќ
†† ’орошо
раствор€ютс€ в воде нитрат, хлорид, сульфат, перхлорат, ацетат магни€, а также
кислые соли многоосновных кислот. ќстальные соли магни€ плохо раствор€ютс€ в
воде.

††† 87.  альций

††† —оли кальци€ известны человеку очень давно,
но в свободном состо€нии этот металл был получен английским химиком √. ƒэви
только в 1808 г.
†† Ќахождение в природе. —одержание
кальци€ в земной коре составл€ет 3,3 %. Ќаиболее распространенными его
соедлнени€ми €вл€ютс€ минерал кальцит —а—ќ3 (главна€ составна€ часть
известн€ка, мела и мрамора) и прозрачна€ разновидность кальцита Ч исландский
шпат.  арбонат кальци€ входит также в состав минерала доломита —а—ќ3Јћg—ќ3. „асто встречаютс€ залежи
сульфата кальци€ в виде минерала гипса —аSO4Ј2Ќ2ќ, фосфата кальци€ Ч в виде
минералов фосфорита —a3(–ќ4)2 и апатита 3—а3(–ќ4)2Ј—аF2 (или —а5(–O4)3F),
фторида кальци€ Ч в виде минерала плавикового шпата —аF2, и нитрата
кальци€ Ч в виде кальциевой, или норвежской, селитры —а(Nќ3)2.
 альций входит также в состав многих алюмосиликатов, в частности полевых
шпатов.
†† ‘изические свойства.  альций Ч
серебристо-белый ковкий металл, который плавитс€ прп температуре 850 ∞— и кипит при 1482 ∞—. ќн значительно тверже щелочных металлов.
†† ’имические свойства.  альций Ч активный
металл. “ак, при обычных услови€х он легко взаимодействует с кислородом воздуха
и галогенами:
2 —а + ќ2 = 2 —аќ
(оксид кальци€)
—а + ¬r2 = —а¬r2
(бромид кальци€)
— водородом, азотом, серой, фссфором, углеродом и
другими неметаллами кальций реагирует при нагревании:
—а + Ќ2 = —аЌ2
(гидрид кальци€)
3 —а + N2 = —а3N2
(нитрид кальци€)
—а + S = —аS (сульфид
кальци€)
3 —а + 2 – = —а3–2
(фосфид кальци€)
—а + 2 — = —а—2
(карбид кальци€)
— холодной водой кальций взаимодействует медленно, а
с горичей Ч† очень энергично:
—а + 2 Ќ2ќ =
—а(ќЌ)2 + Ќ2
 альций может отнимать кислород или галогены от
оксидов и галогенидов менее активных металлов, т. е. обладает
восстановительными свойствами:
5 —а + Nb2ќ5
= —аќ + 2 Nb
5 —а + 2 Nb—l5 =
5 —а—l2 + 2 Nb
†† ѕолучение. ћеталлический кальций
получают электролизом его расплавленных солей. Ёлектролитом служит
расплавленна€ смесь —аCl2 и —аF2 в соотношении 3: 1 по
массе. ‘торид кальци€ прибавл€ют дл€ понижени€ температуры плавлени€
смеси.† ѕрименение.  альций примен€ют в
металлургии дл€ очистки чугуна и стали от оксидов, а также в производстве
многих редких металлов (“l, Zг, Ќf, Nb, “а и др.) как восстановитель этих
металлов из их оксидов и хлоридов. —плав кальци€ со свинцом используют дл€
изготовлени€ подшипников и оболочек кабелей.
†† ќксид кальци€ —аќ. Ѕелое вещество,
плав€щеес€ при температуре около 3000 ∞—, с €рко выраженными
основными свойствами. ’орошо взаимодействует с водой, кислотами и кислотными
оксидами:
—аќ+ Ќ2ќ = —а(ќЌ)2
—аќ+ 2 Ќ—l = —а—l2
+ H2ќ
—аќ + —ќ2 = —а—ќ3
†† ¬
лабораторных услови€х оксид кальци€ можно получить окислением кальци€, а также
термическим разложением его карбоната. ¬ промышленности —аќ получают обжигом
известн€ка в шахтных или вращающихс€ трубчатых печах при 1000-1100 ∞—. ѕоэтому его называют еще жженой или негашеной известью.
†† ѕримен€ют
оксид кальци€ в промышленности строительных материалов как в€жущий материал.
†† √идроксид кальци€ —а(ќЌ)2.
“вердое белое вещество, плохо растворимое в воде (в 1 л воды при 20 ∞— раствор€етс€ 1,56 г —а(ќЌ)2).
ѕри обработке оксида кальци€ гор€чей водой получаетс€ мелкораздробленый
гидроксид кальци€ Ч пушонка.
Ќасыщенный водный раствор —а(ќЌ)2 называетс€ известковой водой. Ќа
воздухе он мутнеет вследствие взаимодействи€ с углекислым газом и
образован舆 карбоната кальци€.
†† √идроксид
кальци€ €вл€етс€ щелочью. ќн легко реагирует с†
кислотами, кислотными оксидами и сол€ми:
—а(ќЌ)2 + 2 Ќ—l =
—а—l2 + 2 H2ќ
—а(ќЌ)2 + —ќ2
= —а—ќ3 + Ќ2ќ
3 —a(ќЌ)2 +2 Fе—l3
= 3 —а—l2 + 2 Fе(ќЌ)3
ѕроцесс взаимодействи€ оксида калъци€ с водой
называетс€† гашением. √ашена€ известь в
смеси с песком и водой образует известковый раствор, используемый в
строительстве: дл€ скреплени€ кирпичей при кладке стен, дл€ штукатурных рабат и
др. Ќа воздухе гашена€ известь поглощает углекислый газ и превращаетс€ в
карбонат кальци€.

††† 88. ÷инк

†† ÷инк в
сплавах был извеетен еще в древности. ¬ чистом виде
его получили только в конце ’VIII века.
†† Ќахождение в природе. —одержание цинка
в земной коре составл€ет 8,3Ј10-3 %. ≈го соединени€ довольно
раслространены. „аще других встречаетс€ минерал цинкова€ обманка ZnS, реже Ч
галмей Zn—ќ3, кремнецинкова€ руда Zn2Siќ4ЈЌ2ќ, цинкова€ шпинель ZnќЈјl2O3 и красна€
цинкова€ руда, или цинкит, Znќ.
†† ‘изические свойства. ÷инк Ч металл
синевато-белого цвета, обладающий металлическим блеском. Ќа воздухе его
поверхность покрываетс€ оксидной пленкой и тускнеет. ÷инк плавитс€ при 419,5 ∞—, кипит при 913 ∞—. ѕлотность литого твердого цинка составл€ет
7,13 г/см3, плотность вальцованного цинка несколько выше. ѕри
температуре плавлени€ плотность цинка равна 6,92 г/см3. Ќа холоду
цинк довольно хрупок но при температуре 100-150 ∞— легко поддаетс€ прокатке и выт€гиванию.
Ћегко образует сплавы с другими металлами.
†† ’имические свойства. ÷инк €вл€етс€
довольно активным металлом. ќн легко вэаимодействует с кислородом, галогенами,
серой и фосфором:
2 Zn + ќ2 = 2 Znќ
(оксид цинка)
Zn + —l2 = Zn—l2
(хлорид цинка)
Zn + S = ZnS (сульфид цинка)
3 Zn + 2 – = Zn3–2
(фосфид цинка)
ѕри нагревании взаимодействует с аммиаком, в
реэультате чего образуетс€ нитрид цинка:
3 Zn + 2 NЌ3 = Zn2N3
+ 3 Ќ2
а также с водой:
Zn + Ќ2ќ = Znќ+ Ќ2
и сероводородом:
Zn + Ќ2S
= ZnS+ Ќ2
ќбразующийс€ на поверхности цинка сульфид
предохран€ет его от† дальнейшего
взаимодействи€ с сероводородом.
†† ÷инк хорошо
растворим в кислотах и щелочах:
Zn + Ќ2SO4
= ZnSO4 + Ќ2
4 Zn + 10 ЌNќ3 =
4 Zn(Nќ3)2 + NЌ4Nќ3 + 3 Ќ2ќ
Zn + 2  ќH + 2 Ќ2ќ
=  2[Zn(ќЌ)4] + Ќ2
†¬ отличие от
алюмини€ цинк раствор€етс€ в водном растворе аммиака, так как образует хорошо
растворимый аммиакат:
†Zn + 4 NЌ4ќЌ = [Zn(NЌ3)4](ќЌ)2
+ Ќ2 + 2 Ќ2ќ
†÷инк
вытесн€ет менее активные металлы из растворов их солей.
†—uSO4 + Zn = ZnSO4 + —u
†—dSO4 + Zn = ZnSO4 + —d
†† ѕолучение. ÷инк получают двум€
способами: пирометаллургичским и гидрометаллургическим. ¬ обоих способах
цинковую руду обжигают с целью переведени€ сульфида цинка в оксид:
2 ZnS + 3 O2 = 2
Znќ + 2 SO2
Zn—ќ3 = Znќ + —ќ2
¬ыдел€ющийс€ диоксид серы используетс€ в
производстве серной кислоты. ѕри получении цинка пирометаллургическим слособом
полученный цинковый огарок (продукт обжига цинковой руды) смешивают с коксом и
нагревают до 1100-1200 ∞—. ÷инк восстанавливаетс€:
†ZnO + C = Zn + CO
и при 913 '— отгон€етс€.
†† ƒл€
получени€ цинка гидрометаллургическим слособом цинковый огарок раствор€ют в
серной кислоте, отдел€ют примеси и электролизом сернокислого раствора выдел€ют
цинк (катодом служит алюминий, а анодом Ч свинец).
†† ѕрименение. ÷инк примен€ют дл€
оцинковани€ железа с целью предохранени€ его от коррозии (цинкова€ жесть), дл€
изготовлени€ гальванических элементов. ÷инковую пыль используют как
восстановитель химических процессов. ÷инк входит в состав многих сплавов.
†† ќксид цинка Znќ. ѕорошок белого цвета.
ѕлавитс€ при температуре около 2000 ∞—. ѕлохо раствор€етс€ в
воде. ќбладает амфотерными свойствами. Ћегко раствор€етс€ как в кислотах, так и
в щелочах, образу€ соли цинка ц и н к а т ы:
ZnO + H2SO4
= ZnSO4 + H2O
ZnO + 2 KOH + 2 H2O
= K2[Zn(OH)4]
†† ѕри
сплавлении взаимодействует с основными и кислотными оксидами:
†Znќ + —аќ = —аZnќ2
†Znќ+ Siќ2 = ZnSiќ3
»спользуетс€ оксид цинка как катализатор во многих
химическик процессах. ќн входит также в состав цинковых белил.
†† √идроксид цинка Zn(ќЌ)2.
ќбладает амфотерными свойствами, легко раствор€етс€ в кислотах и щелочах:
†Zn(ќЌ)2 + Ќ2SO4 = ZnSO4
+ 2 Ќ2ќ
†Zn(ќЌ)2 + 2  ќЌ =  2[Zn(ќЌ)4]
ќн легко раствор€етс€ также в аммиаке Ч образуетс€
аммиакат цинка:
Zn(ќЌ)2 + 4 NЌ4ќЌ
= [Zn(NЌ3)4](ќЌ)2 + 4 Ќ2ќ
√идроксид цинка образуетс€ при обработке соли цинка
щелочью (но не аммиаком) или цинката кислотой:
ZnSO4 + 2  ќЌ =  2SO4
+ Zn(ќЌ)2
 2[Zn(ќH)4]
+ Ќ2SO4 =  2SO4 + Zn(ќH)2
+ 2 Ќ2ќ
†† —оли цинка. ’лорид цинка ZпCl2
получают растворением цинка или его оксида в сол€ной кислоте. ќн очень хорошо
растворим в воде (расплываетс€ на воздухе). –аствор хлорида цинка в сол€ной
кислоте примен€ют дл€ обработки поверхности металла при па€нии (травление).
’лорид цинка образует с сол€ной кислотой комплексную кислоту Ќ2Zn—l4,
котора€ раствор€ет оксиды металлов, но не металлы. ’лорид иннкь лримен€етс€ в
медицине в качестве антисептика.
†† —ульфид цинка ZnS. ѕорошок
бледно-желтого цвета, труднорастворим в воде. ѕлавитс€ при 1800-1900 ∞— под давлением (при 1180 ∞— возгон€етс€). Ћегко раствор€етс€ в
кислотах:
ZnS + 2 Ќ—l = ZnCl2,
+ Ќ2S≠
ќн входит в состав литопона Ч минеральной краски,
получаемой в† рсзультате смешивани€
сульфида бари€ с сульфатом цинка:
¬аS + ZnSO4 =
¬аSO4 + ZnS
Ћитонон значительно дешевле свинцовых белил, но
менее устойчив на свету. ѕод действием ультрафиолетовых и радиоактивных лучей
сульфид цинка светитс€. ѕоэтому его используют в качестве люминофора в
электронно-лучевых трубках. “онкоизмельченный сульфид† цинка (цинкосульфидна€ сера€ краска) примен€етс€ дл€
покрытий† металлических конструкций
мостов и деталей машин.
†† —ульфат
цинка ZnSO4 примен€етс€ в медицине в качестве антисептпка.

†† 89. –туть

†–туть была
известна еще древним грекам.
†Ќахождение в природе. —одержание ее в
земной коре составл€ет
†8,3Ј10-6 %. —амородна€ ртуть
встречаетс€ в виде вкраплений в породу. ¬стречаетс€ также сульфид ртути ЌgS,
называемый киноварью.
†† ‘изические свойства. –туть Ч
серебристо-белый жидкий металл, затвердевает при -38,84 ∞—, кипит при 356,95 ∞—. ¬ твердом состо€нии обладает хорошей
ковкостью и эластичностью. ¬ ртути раствор€ютс€ многие металлы, образу€
амалыамы. ¬ них металлы ведут себ€, как и в свободном состо€нии, но делаютс€
менее активными (образование амальгамы снижает активность аналогично
разбавлению). ѕары ртути очень €довиты. –туть не выводитс€ из организма
человека.
†† ’имические свойства. –туть €вл€етс€
малоактивным металлом. — кислородом она взаимодействует только при нагревании:
†2 Ќg + O2 = 2 Ќgќ
— хлором ртуть взаимодействует на холоду, образу€
хлорид ртути,† или сулему:
Ќg + —l2 = ЌgCl2
†† Ћегко
взаимодействует ртуть с порошкообразной серой, образу€† очень прочное соединение Ч сульфид ртути:
Ќg + S = ЌgS
Ёту реакцию используют дл€ св€зывани€ разлитой
ртути: место, где предполагают наличие разлитой ртути, посыпают порошком серы.
†† ¬ воде и
щелочах ртуть не раствор€етс€. ќна раствор€етс€ в кислотах-окислител€х; в
концентрированной серной кислоте при нагревании, а в азотной Ч на холоду. ¬
вависимости от количества ртути†
образуютс€ соли ртути в степени окислени€ +1 и +2:
Ќg + 2 Ќ2SO4
= ЌgSO4 + SO2 + 2 Ќ2O
3 Ќg + 8 ЌNќ3 = 3
Ќg(Nќ3)2 + 2 Nќ + 4 Ќ2ќ
Ќg + Ќg(Nќ3)2
= Ќg2(Nќ3)2
–туть (II) в хлориде Ќg—l2,
восстанавливаетс€ металлической ртутью до ртути (I):
Ќg—l2 + Ќg = Ќg2—l2
(каломель)
†† ѕолучение. –туть получают из киновари,
прокалива€ ее на воздухе либо нагрева€ с железом или оксидом кальци€:
†ЌgS + ќ2 = Ќg + SO2
†ЌgS + Fе = Ќg + FeS
†4 ЌgS + 4 —аќ = 4 Ќg + 3 —аS + —аSO4
†–туть легко
отгон€етс€.
†ѕрименение. ћеталлическа€ ртуть
примен€етс€ в различных приборах, таких, как регул€торы давлени€, кварцевые
лампы, термометры, диффузионные вакуумные насосы и др. ≈е используют также дл€
получени€ красок, гремучей ртути, ртутных мазей против кожных ааболеваний.
јмальгамы ртути примен€ютс€ в качестве востановителей. «начительные количества
ртути ислользуютс€ в электрохимической промышленности (ртутные катоды) и
пол€рографии.
†† ќксид ртути Ќgќ. ¬ещество желтого или
красного цвета. ѕри нагревании легко разлагаетс€ на кислород и ртуть. ќксид
ртути сбладает только основными свойствами. ќн может раствор€тьс€ в кислотах, с
которыми ртуть образует легкорастворимые соли:
Ќgќ+ 2 Ќ—l = Ќg—l2
+ Ќ2O
Ќgќ + 2 ЌNќ3 =
Ќg(Nќ3)2 + Ќ2ќ
¬ воде оксид ртути не раствор€етс€ и при действии
щелочей на растворы солей ртути (II) выпадает в осадок:
Ќg—l2 + 2  ќЌ = 2
 —l + Ќgќ + Ќ2ќ
Ќg(Nќ3)2
+ 2  ќЌ = 2  Nќ3 + Ќgќ + Ќ2ќ
¬ соединени€х ртути со степенью окислени€ +1 два
атома ртути соедин€ютс€ между собой ковалентной св€зью. ѕри дсйствии щелочей на
соли ртути (I) выпадают металлическа€ ртуть и оксид ртути (II):
Ќg(Nќ3)2
+ 2  ќЌ = 2  Nќ3 + Ќgќ + Ќg + Ќ2ќ
†† —оли ртути
примен€ютс€ в основном как катализаторы многих химичесхих процессов. “ак,
сулема Ќg—l2 катализирует реакцию гидрохлорировани€ ацетилена:
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (Ќg—l2)
Ќ—º—Ќ + Ќ—l ЧЧЃ Ќ3— = —Ќ—l
†† —ульфат ртути ЌgSќ4
примен€етс€ как катализатор при гидратации ацетилена по реакции  учерова:
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (ЌgSO4)
†Ќ—ºCЌ + Ќ2ќ ЧЧЃ —Ќ3-—Ќќ
†† “руднорастворима€
каломель Ќg2—l2 используетс€ при изготовлении стандартных
электродов электрометрических приборов.
√ л а в а III. ’»ћ»„≈— јя —¬я«№ » —“–ќ≈Ќ»≈
ћќЋ≈ ”Ћ.
—войства вещества
определ€ютс€ его химическим составом, пор€дком соединени€ в молекулу атомов и
их взаимным вли€нием. “еори€ строени€ атомов объ€сн€ет механизм образовани€
молекул и природу химической св€зи.
¬ажнейшими видами химической
св€зи €вл€ютс€ ионна€, ковалентна€, координационна€, водородна€ и
металлическа€.

»онна€ св€зь.
ƒл€ объ€снени€ химической
св€зи между атомами в молекулах солей, оксидов и щелочей наиболее пригодна
теори€, в основу которой положено представление об ионной св€зи.
—огласно теории ионной
св€зи, самой устойчивой электронной конфигурацией атома €вл€етс€ така€, при
которой во внешнем электронном слое находитс€ восемь или два электрона (подобно
благородным газам). ƒовольно устойчивы также атомы, внешнего слой который
содержит 18 электронов.
¬о врем€ химических реакций
атомы стрем€тс€ приобрести наиболее устойчивую электронную конфигурацию. Ёто
достигаетс€ в результате присоединени€ электронов атомов других элементов или
отдачи электронов из внешнего сло€ другим атомам. јтомы, отдавшие часть
электронов, приобретают положительный зар€д и станов€тс€ положительно
зар€женными ионами. јтомы, присоединившие электроны, превращаютс€ в
отрицательно зар€женные ионы. –азноимЄнно зар€женные ионы удерживаютс€ друг
около друга силами электростатического прит€жени€.
¬ качестве примера
соединени€ с ионной св€зью рассмотрим хлорид натри€. ќбразование этого
соединени€ схематически можно представить следующим образом. јтом натри€, име€
электронную конфигурацию 1s22s22р6«s1,
легко отдает 3s-электрон, так как имеет низкую (493 кƒж/моль) энергию
ионизации. ѕри этом атом натри€ приобретает устойчивую электронную конфигурацию
из восьми электронов 2s22р6,
характерную дл€ благородных газов:
†Nа = Nа+ + е-.
Ёлектронной конфигурации
атома хлора 1s22s22р6«s2«р5
до устойчивого состо€ни€ не хватает одного электрона. ¬следствие большого
сродства к электрону (365 кƒж/моль) атом хлора легко присоедин€ет один
электрон. ¬о внешнем слое при этом возникает устойчива€ электронна€
конфигураци€ «s2«р6:
†—l +е- = —l-.
–азноимЄнно зар€женные ионы
натри€ и хлора, возникающие в результате перехода электрона от атома натри€ к
атому хлора, взаимно прит€гиваютс€ и образуют хлорид натри€ Ч соединение
ионного типа:
Nа+
+ —1- = Nа+Cl-.
ћолекулы, образованные из
противоположно зар€женных ионов называют ионными молекулами, а химическую св€зь
в таких молекулах Ч ионной св€зью. –ис. 1.  оординаци€ ионов в кристалле хлорида натри€.
»онна€ св€зь не имеет
определенной пространственной направленности, так как электрическое поле иона
обладает сферической симметрией и одинаково убывает с рассто€нием в любом
направлении. ѕоэтому взаимодействие ионов не зависит от направлени€.
—оздаваемое ионами в окружающем пространстве электрическое поле тем сильнее,
чем выше зар€д иона и меньше его радиус.
¬следствие сферической
симметрии электрического пол€ иона два разноименных иона, прит€нувшись друг к
другу, сохран€ют способность электростатически взаимодействовать с другими
ионами. »менно поэтому данный ион может координировать вокруг себ€ еще некоторое
число ионов противоположного знака. ”казанные свойства ионной св€зи
обусловливают способность ионных молекул соедин€тьс€ друг с другом. ¬
газообразном состо€нии ионные соединени€ наход€тс€ в виде отдельных
неассоциированных молекул, так как при высоких температурах кинетическа€
энерги€ молекул превышает энергию их взаимного прит€жени€. »онные молекулы
существуют в тех наход€щихс€ в газообразном состо€нии веществах, которые при
охлаждении образуют геометрически правильные структуры, составл€ющие основу
кристалла. “ак, кристалл хлорида натри€ представл€ет собой сочетание огромного
множества ионов Nа+ и —1-, определенным образом
ориентированных друг относительно друга.
»з кристалла невозможно
выделить определЄнную молекулу. ѕоэтому применение к подобным соединени€м
пон€ти€ молекула €вл€етс€ условным и им пользуютс€, чтобы показать состав и
количественное соотношение ионов в соединении. »з рис. 1 видно, что каждый ион Nа+
окружен шестью ионами —1-, а каждый ион —l-, в свою очередь, Ч шестью
ионами Na+. „исло атомов или ионов, окружающих атом или ион в
кристалле, называют координационным числом. ¬ кристалле хлорида натри€
координационное число дл€ ионов натри€ и хлора равно шести.
†¬ основе представлений об ионной св€зи лежит пон€тие об
электростатическом взаимодействии разноимЄнно зар€женных ионов.
†—пособность атома тер€ть электроны, превраща€сь в положительно
зар€женные ионы, определ€етс€ энергией ионизаци€ элемента (табл. 6). »з табл. 6
видно, что отрыв электрона от атома облегчаетс€ в главных подгруппах сверху
вниз. ѕри переходе к уровню с меньшим значением главного квантового числа
энерги€ ионизации резко возрастает. “ак, энерги€ отрыва второго электрона от
атома лити€ в 14 раз больше энергии отрыва первого электрона. Ётим и
объ€сн€етс€ участие в образовании соединений лишь одного электрона атома лити€
или другого щелочного металла и не более двух электронов атома берилли€.
“ а
б л и ц а 6. Ёнерги€ ионизации атомов элементов главных подгрупп I и II
групп периодической системы, кƒж/моль. Ёлемент Ёнерги€, необходима€ дл€ отрыва электрона Ёлемент Ёнерги€, необходима€ дл€ отрыва электрона первого второго первого второго Li 518 7285 Be 899 1756 Nà 493 4556 Mg 735 1446 K 418 3063 Ca 586 1145 Rb 401 2650 Sr 547 1061 Cs 376 2290 Ba 501 836
ќтрицательно зар€женные ионы
образуютс€ в результате присоединени€ электрона к атому неметалла. ћерой
способности к такому присоединению €вл€етс€ сродство к электрону, которое
характеризуетс€ количеством энергии, выдел€ющейс€ при образовании отрицательно
зар€женного иона. Ќиже приведены величины сродства к электрону у галогенов: Ёлемент F Cl Br I —родство к галогену, кƒж/моль 349 365 343 316
¬ р€ду галогенов от фтора к
иоду сродство к электрону снижаетс€, однако у хлора оно несколько выше, чем у
фтора. Ёто объ€сн€етс€ по€влением у элементов III периода вакантных орбиталей,
которых нет у фтора, относ€щегос€ ко II периоду. –ис. 2. —хема деформа≠ции электронных обо≠лочек в электрическом поле.
¬ещества с ионной св€зью в
молекуле характеризуютс€ высокими температурами плавлени€ и кипени€, в
расплавленном состо€нии и в растворах они диссоциируют на ионы, вследствие чего
провод€т электрический ток.
ѕомимо величины зар€да и
радиуса важной характеристикой иона €вл€ютс€ его пол€ризационные свойства.
–ассмотрим этот вопрос несколько подробнее. ” непол€рных частиц (атомов, ионов,
молекул) центры т€жести положительных и отрицательных зар€дов совпадают. ¬
электрическом поле происходит смещение электронных оболочек в направлении
положительно зар€женной пластины, а €дер ¾ в направлении отрицательно
зар€женной пластины (рис. 2). ¬следствие деформации частицы в ней возникает
диполь, она становитс€ пол€рной.
»сточником электрического
пол€ в соединени€х с ионным типом св€зи €вл€ютс€ сами ионы. ѕоэтому, говор€ о
пол€ризационных свойствах иона, необходимо различать пол€ризующее действие
данного иона и способность его самого пол€ризоватьс€ в электрическом поле.
ѕол€ризующее действие иона
будет тем бóльшим,
чем больше его силовое поле, т. е. чем больше зар€д и меньше радиус иона.
ѕоэтому в пределах подгрупп в периодической системе элементов пол€ризующее
действие ионов понижаетс€ сверху вниз, так как в подгруппах при посто€нной
величине зар€да иона сверху вниз увеличиваетс€ его радиус. ѕоэтому пол€ризующее
действие ионов щелочных металлов, например, растет от цези€ к литию, а в р€ду
галогенид-ионов ¾ от I к F. ¬ периодах
пол€ризующее действие ионов растет слева направо вместе с увеличением зар€да
иона и уменьшением его радиуса.
ѕол€ризуемость иона,
способность его к деформации растут с уменьшением силового пол€, т. е. с
уменьшением величины зар€да и увеличением радиуса. ѕол€ризуемость анионов
обычно выше, чем катионов, и в р€ду галогенидов растет от F к I.
Ќа пол€ризационные свойства
катионов оказывает вли€ние характер их внешней электронной оболочки.
ѕол€ризационные свойства катионов как в активном, так и в пассивном смысле при
одинаковом зар€де и близком радиусе растут при переходе от катионов с заполненной
оболочкой к катионам с незаконченной внешней оболочкой и далее к катионам с
восемнадцатиэлектронной оболочкой. Ќапример, в р€ду катионов Mg≠≠≠2+, Ni2+, Zn2+ пол€ризационные свойства
усиливаютс€. Ёта закономерность согласуетс€ с изменением в приведЄнном в р€ду
радиуса иона и строени€ его электронной оболочки:
†  атион ћg2+ Ni2+ Zn2+ –адиус, нм 0,078 0,079 0,083 Ёлектронна€ оболочка 2s22р6 «s2«р63d8 «s2«р63d10

ƒл€ анионов пол€ризационные
свойства ухудшаютс€ в такой последовательности:
† I-, Br-, Cl-, CN-, OH-, NO3-, F-, ClO4-
–езультатом пол€ризационного
взаимодействи€ ионов €вл€етс€ деформаци€ их электронных оболочек и, как следствие
этого, сокращение межионных рассто€ний и неполное разделение отрицательного и положительного зар€дов
между ионами. Ќапример, в кристалле хлорида натри€ величина
зар€да на ионе натри€ составл€ет +0,9, а на ионе хлора††† Ц0,9 вместо ожидаемой
единицы. ¬ молекуле KCl, наход€щейс€ в парообразном состо€нии, величина
зар€дов на ионах кали€ и хлора составл€ет 0,83 единицы зар€да, а в молекуле
хлороводорода ¾ лишь 0,17 единицы зар€да.
ѕол€ризаци€ ионов оказывает
заметное вли€ние на свойствах соединений о ионной св€зью, понижа€ их
температуры плавлени€ и кипени€, уменьша€ электролитическую диссоциацию в
растворах и расплавах и др.
»онные соединени€ образуютс€
при взаимодействии элементов, значительно различающихс€ по химическим
свойствам. „ем больше удалены друг от друга элементы в периодической системе,
тем в большей степени про€вл€етс€ в их соединени€х ионна€ св€зь. Ќапротив, в молекулах,
образованных одинаковыми атомами или атомами элементов, близких по химическим
свойствам, возникают другие типы св€зи. ѕоэтому теори€ ионной св€зи имеет
ограниченное применение.

† овалентна€ св€зь.
¬ основе теории ковалентной
св€зи, как и теории ионной св€зи, лежит представление об особой устойчивости
атома, имеющего на внешнем электронном слое оболочку из восьми электронов.
ќтличие ковалентной св€зи от ионной состоит в том, что при еЄ возникновении
атомы приобретают устойчивую конфигурацию не путем отдачи или присоединени€
электронов, а посредством образовани€ одной или нескольких общих электронных
пар. ¬ создании электронной пары принимают участие оба атома, отдава€ на еЄ
образование по одному электрону. Ёти электроны принадлежат наружным электронным
сло€м обоих атомов, дополн€€ число их электронов до восьми.
≈сли электроны в наружном
электронном слое атома обозначить точками вокруг символа элемента, то
образование ковалентной св€зи в молекулах фтора и азота можно представить
следующей схемой:
” атома фтора на внешнем
слое находитс€ семь электронов.  аждый из атомов фтора отдает по одному
электрону на образование общей электронной пары, вследствие чего оба атома в
молекуле фтора приобретают электронную конфигурацию ближайшего благородного
газа Ч неона. јтомы азота, имеющие на внешнем слое по п€ть электронов, образуют
три общие электронные пары. » в этом случае атомы в молекуле N2 приобретают устойчивую восьмиэлектронную оболочку.
ѕримерами более сложных
соединений с ковалентной св€зью между атомами могут служить вода и аммиак:
¬ молекуле воды каждый из
атомов водорода св€зан с атомом кислорода парой общих электронов. ѕри этом у
кислорода возникает во внешнем слое восьмиэлектронна€ конфигураци€, а у обоих
атомов водорода по€вл€етс€ устойчивый двухэлектронный слой. ѕодобное
электронное строение имеют атомы водорода в аммиаке, а св€занный с ними атом
азота содержит во внешнем слое восемь электронов. ¬ молекулах фтора, азота и
некоторых других молекулах, образованных одноименными или близкими по
химическим свойствам атомами, возникает непол€рна€ ковалентна€ св€зь, так как
обща€ электронна€ пара расположена симметрично по отношению к €драм обоих
атомов и прит€гиваетс€ к ним с одинаковой силой.
¬ молекулах более сложных
соединений, образованных элементами с различными химическими свойствами (NH3,
H2S, H2O, HCl, HBr и др.), обща€
электронна€ пара смещена в большей или меньшей мере к одному из атомов.
ќбразование общей электронной пары.

—огласно современной теории
химической св€зи, основанной на квантовомеханических представлени€х, одним из
возможных путей химического взаимодействи€ двух атомов €вл€етс€ образование
общей электронной пары за счет имеющих антипараллельные спины неспаренных
электронов этих атомов. јтомы с неспаренными электронами, имеющими параллельные
спины, отталкиваютс€, и химическа€ св€зь между ними не возникает. ”стойчива€
молекула образуетс€ лишь в том случае, если еЄ потенциальна€ энерги€ меньше
суммарной потенциальной энергии образующих еЄ атомов. „ем больше различаютс€
эти энергии, тем прочнее молекула. –ис. 3. Ёнерги€ системы, состо€щей из двух атомов водорода с антипарал≠лельными (а) и параллельными (б) спинами.
ѕри сближении двух атомов,
имеющих во внешних электронных оболочках неспаренные электроны с
антипараллельными спинами, между ними начинает действовать взаимное прит€жение.
¬ результате эти атомы сближаютс€ еще больше, происходит замыкание полей и
образование электронных пар. ќднако расчет показал, что само по себе замыкание
магнитных полей электронов со спинами противоположных направлений дает лишь
очень небольшую часть той общей энергии, котора€ выдел€етс€ при образовании
прочной валентной св€зи между атомами. Ќаличие неспаренных электронов следует
рассматривать лишь как необходимое условие образовани€ химической св€зи,
€вл€ющейс€ результатом глубокого взаимодействи€ электронной пары с €драми обоих
атомов. где основное значение имеют электрические силы.
 вантовомеханический расчет
показывает, что пребывание электронной пары в ионе двух €дер энергетически
выгоднее, чем нахождение каждого неспаренного электрона в поле своего €дра.
Ёнерги€ взаимодействи€ электронной пары с €драми обоих атомов зависит от рассто€ни€
между реагирующими атомами. “ак, на больших рассто€ни€х эта энерги€ практически
равна нулю. ѕо мере сближени€ атомов увеличиваетс€ их взаимное прит€жение,
обусловленное электростатическим прит€жением электронной пары обоими €драми.
ƒальнейшее сближение атомов приводит к резкому преобладанию сил отталкивани€.
ѕоэтому химическа€ св€зь между двум€ атомами характеризуетс€ строго
определенным рассто€нием между €драми, при котором прит€жение между атомами
максимально. Ёто рассто€ние называетс€ длиной св€зи.
 вантовомеханические расчеты
молекулы водорода показали, что при сближении двух атомов водорода с
антипараллельными спинами энерги€ системы в целом уменьшаетс€, проходит через
минимум и при дальнейшем сближении атомов резко возрастает вследствие взаимного
отталкивани€ положительно зар€женных €дер (рис. 3, а). ћинимальное значение
энергии системы оказываетс€ значительно ниже суммы энергий двух атомов
водорода. Ёто означает. что при определенном сближении двух атомов водорода с
антипараллельными спинами возможно образование прочной молекулы водорода H2.
Ќапротив, сближение двух атомов водорода с параллельными спинами сопровождаетс€
непрерывным возрастанием энергии системы (крива€ б на рис. 3). —ледовательно,
образование молекулы водорода в этом случае невозможно.
ќбразование химической св€зи
между двум€ атомами рассматриваетс€ как результат перекрывани€ их электронных
облаков при сближении взаимодействующих атомов. ¬следствие такого перекрывани€
облаков плотность отрицательного электрического зар€да в пространстве между
двум€ €драми атомов возрастает. ѕоложительно зар€женные €дра прит€гиваютс€ к
области перекрывани€ электронных облаков, в результате чего и образуетс€
молекула. Ёти представлени€ о механизме взаимодействи€ двух атомов легли в
основу теории химической св€зи, именуемой методом валентных св€зей.
»з сказанного следует, что
валентность элемента определ€етс€ числом неспаренных электронов, принимающих
участие в образовании химической св€зи. ¬алентные электроны элементов главных
подгрупп расположены на s- и p-орбитал€х внешнего электронного сло€; у элементов
побочных подгрупп, за исключением лантаноидов и актиноидов, валентные электроны
расположены на d-орбитали последнего (внешнего) сло€ и s-орбитали
предпоследнего электронного сло€.
ƒл€ правильной оценки
валентности того или иного элемента необходимо иметь чЄткое представление о
распределении электронов по энергетическим уровн€м и подуровн€м и количестве
неспаренных электронов. –уководству€сь принципом ѕаули и правилом √унда, дл€ атома
каждого элемента в стационарном (невозбуждЄнном) состо€нии можно определить
число неспаренных электронов. Ќапример, в основном состо€нии внешний
электронный слой атома углерода имеет структуру
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† †††††† 2p
†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† †† 2s
†††††††††††††††††††††††††††††††† †††
C
»з схемы видно, что в
невозбуждЄнном состо€нии атом углерода имеет два неспаренных электрона.
—ледовательно, с их участием может образоватьс€ две электронные пары,
осуществл€ющие две ковалентные св€зи. ќднако хорошо известно, что дл€ углерода
значительно более характерны соединени€, в которых он четырЄхвалентен. Ёто
можно объ€снить тем, что в возбужденном (получившем дополнительную энергию)
атоме происходит УразъединениеФ 2s-электронов и переход одного из них на
2p-орбиталь:
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† †††††† 2p
†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† †† 2s
†††††††††††††††††††††††††††††††† †††
C*
“акой атом углерода имеет четыре неспаренных
электрона и может принимать участие в образовании четырех ковалентных св€зей.
–азъединение спаренных
электронов требует затрат энергии, так как спаривание электронов сопровождаетс€
понижением потенциальной энергии атома. ќднако расход энергии на перевод атома
в возбуждЄнное состо€ние компенсируетс€ энергией, выдел€ющейс€ в результате
образовани€ общих электронных пар, св€зывающих атомы между собой. «атраты
энергии на возбуждение атома углерода с избытком компенсируютс€ энергией,
выдел€ющейс€ при образовании двух дополнительных ковалентных св€зей. “ак, дл€
перевода атома углерода из стационарного состо€ни€ 2s22p2
в возбужденное 2s12p3 требуетс€ затратить около 400
кƒж/моль. Ёнерги€, котора€ выдел€етс€, например, при образовании —ЦЌ-св€зи
в углеводородах метанового р€да, составл€ет около 360 кƒж. —ледовательно, при
образовании двух св€зей —ЦЌ выделитс€ 720 кƒж, что превышает энергию
возбуждени€ атома углерода на 320 кƒж.
≈сли же затраты энергии на
образование дополнительного числа неспаренных электронов превышают энергию,
выдел€ющуюс€ при образовании химической св€зи, то такие системы энергетически
невыгодны и фактически не реализуютс€. Ќапример, атомы азота, кислорода и фтора
в стационарном состо€нии имеют соответственно три, два и один неспаренный
электрон в L-слое и не имеют в этом слое свободных электронных орбиталей:
†††††††††††††††††† †† 2p†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††††† 2p††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††††† 2p
†††††† 2s††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††
2s†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† † 2s
N†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† †† O††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††† F
”величение числа неспаренных
электронов у атомов этих элементов возможно лишь в результате перехода одного
из электронов в следующий, M-слой. «атраты энергии, требующиес€ дл€ такого
перехода, очень велики. ќни не компенсируютс€ энергией, выдел€ющейс€ при
образовании ковалентных св€зей. ѕоэтому у атомов названных элементов увеличение
числа неспаренных электронов не наблюдаетс€, и за счЄт имеющихс€ в атоме
неспаренных электронов атом азота образует три ковалентные св€зи, атом
кислорода ¾ две, а атом фтора ¾ лишь одну св€зь. јзот,
имеющий три неспаренных 2p-электрона, в соединени€х с водородом или металлами
трехвалентен; кислород, имеющий два неспаренных электрона, двухвалентен, а фтор
при взаимодействии с водородом или металлами ведет себ€ как одновалентный
элемент.
ќбразование молекул азота и
фтора можно представить следующей схемой:
††††††††††††††††††††††††† †††††
2p†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††† 2p
†††††††††††††††† †2s†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††††††† 2s
†††††† †† N†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† † F
††††††††††††††††††††††††† ††††
2p††††††††† N†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† 2p†††††††††††††† †† F
†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† †2s††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† †††† 2s
†††††††††††††††† † 8
электроноↆ††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† † 8 электронов
††††††††††††††††††††††††† 8 электроноↆ†††††††††††††††††††††† 8 электронов
††††††††††††††††††††††††††††††††††† N2†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† F2
¬ атомах элементов III
периода электроны расположены в трЄх сло€х, причЄм внешний слой,
характеризующийс€ главным квантовым числом три, содержит электроны лишь на
орбитал€х 3s и 3p, в то врем€ как M-орбиталь остаЄтс€ вакантной. Ќапример, в
атомах серы и хлора в невозбуждЄнном состо€нии электроны располагаютс€
следующим образом:
†† S††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† 3d†††††††††††††† ††††† Cl††††††††††††††††††††††††††††††††††††† † 3d
††††††††† †††††† 3p†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† † 3p
†† 3s††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††††† 3s
ѕри возбуждении атома серы
увеличение числа неспаренных электронов может происходить за счЄт перехода на
вакантную M-орбиталь только 3p-электронов или 3p- и 3s-электронов:
S*†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† 3d†††††††††††††† ††††† S**†††††††††††††††††††††††††††††††††† † 3d
††††††††† †††††† 3p†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† † 3p
†† 3s††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††††† 3s
»з приведЄнных схем видно,
что в основном состо€нии атом серы имеет два неспаренных электрона ¾ это отвечает двухвалентному
состо€нию серы, которое про€вл€етс€ в соединени€х серы с водородом и металлами.
¬ возбуждЄнном состо€нии атом серы может иметь четыре или шесть неспаренных
электронов. ¬ таких случа€х сера выступает как четырЄхвалентный элемент,
образу€, например, диоксид серы SO2, или как шестивалентный элемент
в молекуле триоксида серы SO3.
ѕереход атома хлора в
возбуждЄнное состо€ние сопровождаетс€ разъединением спаренных электронов 3s- и
3p-орбиталей и перемещением их на близкую по энергии свободную M-орбиталь. ¬
результате этого количество неспаренных электронов в атоме хлора увеличиваетс€
от одного в невозбуждЄнном атоме до трех, п€ти или семи в возбуждЄнном:
Cl*††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† 3d†††††††††††††† ††††† Cl**††††††††††††††††††††††††††††††††† † 3d
††††††††† †††††† 3p†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† † 3p
†† 3s††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††††† 3s
†††††††††††††††††††††††††††† †††††
Cl***††††††††††††††††††††††††††††††† †† 3d
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††† 3p
†††††††††††††††††††††††††††† ††††††
3s
ѕоэтому атом хлора, в
отличие от атома фтора, может принимать участие в образовании не только одной,
но также трЄх, п€ти или семи ковалентных св€зей. “ак, в молекуле хлорноватистой
кислоты HClO атом хлора образует одну ковалентную св€зь, в хлористой кислоте
HClO2 ¾ три, в хлорноватой кислоте
HClO3 ¾ п€ть, а в молекуле хлорной
кислоты HClO4 ¾ семь ковалентных св€зей.
ѕрочность ковалентной св€зи
зависит от степени перекрывани€ электронных облаков неспаренных электронов двух
атомов. ѕерекрывание электронных облаков может происходить в большей или
меньшей мере в зависимости от типа орбиталей, участвующих в образовании химической
св€зи.
≈сли перекрывание двух
s-орбиталей прин€ть за единицу, то перекрывание s- и p-орбиталей составит уже
1,7, а двух p-орбиталей ¾ 3. Ќа рис. 4 схематически
показано перекрывание орбиталей различного типа.
ќбласть перекрывани€
электронных облаков находитс€ в поле обоих €дер† и† характеризуетс€† наиболее†
высокой электронной† плотностью.
„ем
–ис. 4. —хематическое изображение перекрывани€ s- (а), p-
(б), s- и p- (в) и d-орбиталей (г).
больше перекрываютс€ облака электронов, образующих
общую пару, тем прочнее св€заны между собой атомы, тем выше энерги€ св€зи.
Ќаправленность ковалентной св€зи.
¬ыше указывалось, что
электронные орбитали (кроме s-орбиталей) имеют пространственную направленность.
ѕоэтому ковалентна€ св€зь, €вл€юща€с€ результатом перекрывани€ электронных
облаков взаимодействующих атомов, располагаетс€ в определенном направлении по
отношению к этим атомам. ≈сли перекрывание электронных облаков происходит в
направлении пр€мой, соедин€ющей €дра взаимодействующих атомов (т. е., по оси
св€зи), то образуетс€ s-св€зь (сигма-св€зь) (рис.
5).
–ис. 5. —хематическое
изображение сигма-св€зи в молекулах водорода, хлороводорода и хлора.
ѕри взаимодействии
p-электронных облаков, направленных перпендикул€рно к оси св€зи, образуютс€ две
области перекрывани€ расположенные по обе стороны от этой оси. “ака€
ковалентна€ св€зь называетс€ p-св€зью (пи-св€зь). p-—в€зь может возникнуть не только за счЄт
p-электронов, но также за счет перекрывани€ d- и p-электронных облаков (б) или
d-облаков (в) (рис. 6).
–ис. 6. —хематическое изображение p-св€зи.
ѕользу€сь представлением о
направленности ковалентных св€зей, можно объ€снить пространственное
расположение атомов в некоторых молекулах. Ќапример, в молекуле воды св€зь
между атомами осуществл€етс€ двум€ ковалентными св€з€ми, образующимис€ в
результате перекрывани€ 1s-электронных облаков двух атомов водорода с
электронными облаками двух неспаренных 2p-электронов атома кислорода (рис. 7).
p-Ёлектронные облака атома кислорода взаимно перпендикул€рны, поэтому следует
ожидать, что и молекула воды будет иметь угловое строение. Ётот вывод
подтверждаетс€ структурными исследовани€ми. —ледует, однако, отметить, что угол
между ковалентными св€з€ми составл€ет 104,5∞, а не 90∞,
как можно было ожидать. –азличие рассчитанных и экспериментально полученных
величин валентных углов наблюдаетс€ и во многих других соединени€х. ќбъ€снением
этого может служить гибридизаци€ атомных орбиталей.
–ис. 7. —троение молекулы воды.
ѕри образовании молекулы
электронные облака измен€ют свою форму. Ќапример, вместо неравноценных s- и
p-электронных облаков могут образовыватьс€ равноценные гибридные (смешанные)
электронные облака. ¬ результате гибридизации электронные облака приобретают
более выт€нутую форму. Ёто обеспечивает большее их перекрывание и,
следовательно, увеличивает энергию ковалентной св€зи. ¬ыигрыш энергии превышает
затраты еЄ на осуществление гибридизации электронных орбиталей. Ќа рис. 8
показана форма гибридного sp-облака. »з s- и p-орбитали образуютс€ две
гибридные sp-орбитали, выт€нутые в противоположных направлени€х. ¬ зависимости
от числа и типа орбиталей, участвующих в гибридизации, взаимное расположение
гибридных орбиталей в пространстве будет различным. ≈сли в гибридизации
принимают участие одна s- и две p-орбитали (sp2-гибридизаци€), то
образуютс€ три равноценные гибридные орбитали, располагающиес€ в одной
плоскости и ориентированные друг относительно друга под углом 120 ∞
(рис. 9).
–ис. 8. –асположение электронных облаков при
sp-гибридизации: а ¾ (s + p)-облака, б ¾ два sp-облака.
–ис. 9. –асположение электронных облаков при sp2-гибридизации:
а ¾ (s + p + p)-облака, б ¾ три sp2-облака.
ѕри гибридизации типа sp3,
в которой принимает участие одна s- и три p-орбитали, образующиес€ равноценные
четыре орбитали выт€нуты в направлени€х к вершинам тетраэдра.
” атомов элементов III и
последующих периодов, имеющих d-орбитали, в гибридизации часто принимают
участие две d-, одна s- и три p-орбитали (sp3d2-гибридизаци€).
¬ этом случае образуетс€ шесть равноценных гибридных орбиталей, направленных к
вершинам октаэдра.
s-—в€зи осуществл€ютс€ за счЄт перекрывани€
как гибридизованных, так и негибридизованных орбиталей, p-св€зи ¾ исключительно за счЄт
перекрывани€ негибридизованных орбиталей. Ќаправленность s-св€зей обусловливает структуру молекулы.
ќдинарна€ св€зь между атомами ¾ всегда s-св€зь. ¬ молекулах, содержащих кратные
св€зи, одна s-св€зь, а остальные p-св€зи. Ќапример, в молекуле азота, имеющей
тройную св€зь (:NºN:), содержитс€ одна s- и две p-св€зи.
√еометрическа€ форма молекул
соединений зависит от типа гибридных орбиталей, участвующих в образовании
ковалентных св€зей. √ибридным sp-орбитал€м отвечает линейна€ структура молекул,
sp2-гибридизаци€ приводит к образованию плоских треугольных молекул,
при sp3-гибридизации образуютс€ молекулы тетраэдрической формы,
результат гибридизации типа sp3d2 ¾ молекулы октаэдрической
конфигурации.
–ис. 10. –асположение электронных облаков при sp3-гибридизации:
а ¾ (s + p + p + p)-облака, б ¾ четыре sp3-облака.
Ќапример, в молекуле метана
атом углерода образует четыре s-св€зи с атомами водорода,
при этом осуществл€етс€, sp3-гибридизаци€ орбиталей, и молекула
имеет форму тетраэдра. ¬ молекуле этилена каждый атом углерода соединен s-св€з€ми с атомами водорода. —оединение двух
атомов углерода между собой осуществл€етс€ одной s- и одной p-св€зью. ѕоскольку одна p-орбиталь атома
углерода участвует в образовании p-св€зи, гибридизаци€ sp2
осуществл€етс€ за счет одного s- и двух p-электронов, и молекула этилена имеет
треугольную форму. ¬ молекуле ацетилена HЦCºCЦH имеютс€ две p-св€зи, образованные двум€ p-орбитал€ми атома
углерода. —ледовательно, в этом случае в гибридизации может прин€ть участие
лишь одна, оставша€с€ свободной, p-орбиталь. »менно поэтому в молекуле
ацетилена происходит sp-гибридизаци€, и молекула ацетилена линейна. ¬ молекуле
диоксида углерода O=C=O атом углерода образует две p-св€зи с атомами кислорода. ¬ образовании s-св€зей принимают участие две гибридные
sp-орбитали, поэтому молекула CO2 линейна.
ѕол€рные молекулы.

ѕри рассмотрении химической св€зи с точки зрени€ взаимодействи€ двух
€дер и образовани€ общей дл€ них электронной пары нельз€ провести резкую
границу между ионной и ковалентной св€з€ми. ≈сли молекула образована
одинаковыми атомами, обща€ электронна€ пара принадлежит обоим атомам в равной
мере и оба атома электрически нейтральны. ќднако в тех случа€х, когда молекула
состоит из различных атомов, св€зующа€ электронна€ пара обычно смещена в
сторону одного из них, а именно в сторону того атома, который обладает бóльшим
сродством к электрону. Ќапример, в соединени€х галогенов с водородом обща€
электронна€ пара смещена в направлении атома галогена, в результате чего та
часть молекулы, в которой находитс€ галоген, приобретает некоторый частичный
отрицательный зар€д, а противоположна€, где находитс€ водород, зар€жаетс€
частичным положительным зар€дом. ќднако наличие частичных зар€дов в отдельных
част€х молекулы еще не означает образовани€ ионов.  овалентна€ св€зь, при образовании которой
электронна€ пара смещаетс€ в сторону одного из атомов, называетс€ пол€рной
св€зью.
¬ соединени€х элементов одного периода обща€ электронна€ пара
смещаетс€ в сторону атома того элемента, который в таблице стоит правее. ¬
соединени€х элементов одной подгруппы электронна€ пара смещаетс€ в направлении
атома элемента с меньшей атомной массой.
ѕол€рные молекулы можно рассматривать как электрические диполи, в
которых разные по знаку, но одинаковые по величине зар€ды расположены на
определенном рассто€нии друг от друга. ћерой пол€рности молекул служит
дилольный момент, представл€ющий собой произведение величины зар€да на
рассто€ние между центрами положительного и отрицательного зар€дов в молекуле.
Ќаличие или отсутствие дипольного момента у молекулы часто позвол€ет судить о
еЄ геометрическом строении. Ќапример, дл€ молекулы типа AB2 возможно
линейное или угловое строение:
Ћинейна€ структура характеризуетс€ симметричным распределением
зар€дов и отвечает непол€рной молекуле. Ќапротив, в молекуле, имеющей угловое
строение, зар€ды распредел€ютс€ асимметрично. “ака€ молекула пол€рна. »з того
факта, что молекула CO2 непол€рна, а мслекула SO2
обладает дипольным моментом, можно сделать вывод о линейном строении молекулы
диоксида углерода и угловом строении молекулы диоксида серы.
«ависимость между пол€рностью молекулы и пол€рностью св€зей между
атомами в этой молекуле не однозначна. “ак, отсутствие в молекуле пол€рных
св€вей обусловливает и непол€рность самой молекулы. Ќапротив, наличие в
молекуле пол€рных св€зей еще не означает пол€рности молекулы. Ќапример,
линейна€ молекула диоксида углерода O=C=O и треугольна€ молекула трифторида
бора BF3 непол€рны, хот€ имеют пол€рные св€зи. Ќепол€рность этих
молекул объ€сн€етс€ совпадением центров т€жести положительных и отрицательных
зар€дов в них вследствие симметричности расположени€ св€зей в молекулах. ¬
большинстве случаев непол€рными €вл€ютс€ также молекулы, содержащие
гибридизованные св€зи тила sp, sp2, sp3, sp3d2.
ћолекулы, св€зи в которых образованы двум€ или трем€ чистыми p-орбитал€ми
(например, H2S, AsCl3), пол€рны.
ѕол€рность молекул в значительной мере определ€ет свойства веществ.
ѕол€рные молекулы поворачиваютс€ друг к другу разноимЄнно зар€женными полюсами,
и между ними возникает взаимное прит€жение. ѕоэтому вещества, образованные
пол€рными молекулами, имеют более высокие температуры плавлени€ и кипени€, чем вещества,
молекулы которых непол€рны.
∆идкости, молекулы которых пол€рны, имеют более высокую раствор€ющую
способность. ѕри этом чем больше пол€рность молекул растворител€, тем выше
растворимость в ней пол€рных или ионных соединений. Ёта зависимость объ€сн€етс€
тем, что пол€рные молекулы растворител€ за счет диполь-дипольного или
ион-дипольного взаимодействи€ с раствор€емым веществом способствуют распаду
раствор€емого вещества на ионы. Ќапример, раствор хлороводорода в воде,
молекулы которой пол€рны, хорошо проводит электрический ток. –аствор
хлороводорода в бензоле не обладает заметной электропроводностью. Ёто указывает
на отсутствие ионизации хлороводорода в бензольном растворе, так как молекулы
бензола непол€рны.
 оличественную характеристику пол€рности св€зи можно получить,
сопоставл€€ значени€ электроотрицательности элементов. Ёта величина
представл€ет собой арифметическую сумму энергии ионизации и сродства к
электрону. «а единицу прин€та электроотрицательность лити€.
Ёлектроотрицательность других элементов выражаетс€ в относительных величинах и
равна 0,9 дл€ натри€, 0,8 дл€ кали€, 2,1 дл€ водорода, 3 дл€ азота, 3,5 дл€
кислорода, 3 дл€ хлора, 4 дл€ фтора, 2,5 дл€ углерода и т. д.
“ак, пол€рность св€зи в молекуле хлороводорода (в %) можно
определить по формуле:
,
где эCl ¾ электроотрицательность хлора; эH ¾
электроотрицательность водорода. ѕодставл€€ соответствующие значени€, находим:
†.
≈сли пол€рность ионной св€зи прин€ть за 100 %, а ковалентной ¾
за 0, то найденные 18 % означают, что в молекуле хлороводорода св€зь на 18 %
имеет ионный и на 82 ¾ ковалентный характер.
ѕредставление о смещении общей электронной пары в направлении
элемента с большей величиной электроотрицательности можно получить из рис. 11. F†††††† ††† :††††††††††††† F H†††††† ††††††† :††††††††† F Na††††††††††††††††††† †† :†††††††† F
–ис. 11. ѕоложение общей электронной
пары в молекулах фтора, † фтороводорода и
фторида натри€.
¬ тех случа€х, когда атомы в молекуле св€заны между собой кратными
св€з€ми, оценить пол€рность св€зи на основании электроотрицательности не всегда
удаетс€. Ќапример, разность электроотрицательностей хлора и водорода составл€ет
0,9 (3 Ц
2,1). Ёта величина близка к разности электроотрицательностей атомов кислорода и
углерода (3,5 Ц
2,5 = 1). Ќа этом основании можно было бы предположить, что пол€рности молекул
HCl и CO будут близки; в действительности же дипольный момент хлороводорода
превышает дипольный момент монооксида углерода в дес€ть раз.  роме того,
отрицательный конец дипол€ в молекуле CO направлен в сторону менее отрицательного
атома углерода.  ак это объ€снить?
ѕри образовании молекулы CO неспаренные электроны атомов углерода и
кислорода образуют две св€зи:

†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† †† 2p
††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††††††††† 2s
††††††††††††††††††††††††††††††††††††† †C
†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† O
††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† †† 2p†††††††††††
2s
ќбщие электронные пары смещаютс€ в сторону более
электроотрицательного атома кислорода. ќдновременно с этим за счЄт свободной
орбитали атома углерода и неподелЄнной электронной пары атома кислорода
образуетс€ треть€ св€зь. Ёто приводит к смещению электронной плотности от атома
кислорода к атому углерода настолько, что избыточна€ электронна€ плотность
оказываетс€ на атоме углерода, а не на атоме кислорода как более
электроотрицательном элементе. “аким образом, переход неподелЄнной электронной
пары от атома кислорода к атому углерода приводит к понижению пол€рности
молекулы монооксида углерода. ѕримером пол€рных молекул могут служить молекулы
H2O, NH3, HCl.
¬ многоатомных молекулах сложных веществ часть атомов может быть
св€зана ионной св€зью, часть ¾ ковалентной, причем ковалентные св€зи могут быть
как пол€рными, так и непол€рными. ¬ таких случа€х пол€рность молекулы в целом
зависит как от степени пол€рности отдельных св€зей, так и от их расположени€ в
молекуле, т. е. от строени€ многоатомной молекулы.
¬ещества, молекулы которых пол€рны, провод€т электрический ток в
растворЄнном и расплавленном виде, в большинстве случаев хорошо раствор€ютс€ в
пол€рных растворител€х, например в воде. ¬ещества, молекулы которых непол€рны,
лучше раствор€ютс€ в непол€рных растворител€х, например в бензоле, четырЄххлористом
углероде и т. п.
»онные соединени€, образованные из атомов, сильно различающихс€ по
химическим свойствам элементов, можно рассматривать как предельный случай
пол€рной ковалентной св€зи, когда обща€ электронна€ пара целиком переходит к
одному из атомов соединени€.

 оординационна€, водородна€ и металлическа€ св€зи.

 оординационна€ св€зь.
¬ыше показано, что пол€рна€ и непол€рна€ ковалентные св€зи образуютс€ общей
парой электронов, представленной двум€ атомами, между которыми возникает
химическа€ св€зь. Ќапример, атом азота, имеющий в стационарном состо€нии
электронную структуру внешнего сло€ 2s22p3, за счЄт трЄх
неспаренных p-электронов образует три ковалентные св€зи с атомами водорода,
превраща€сь в аммиак. ƒва спаренных s-электрона атома азота в этой реакции
участи€ не принимают, эта электронна€ пара остаетс€ неподелЄнной. ≈сли точками
обозначить электроны, первоначально принадлежавшие атому азота, а крестиками ¾
принадлежавшие атомам водорода, то электронную структуру молекулы аммиака можно
представить следующей схемой:
»з восьми электронов внешнего электронного сло€ атома азота шесть
принимают участие в образовании трЄх ковалентных св€зей и €вл€ютс€ общими дл€
атома азота и атомов водорода, а два принадлежат только атому азота. Ёта
электронна€ пара может принимать участие в образовании ковалентной св€зи с
другим атомом, имеющим свободную электронную орбиталь.
Ќапример, у атома водорода на 1s-орбитали находитс€ один электрон, а
у иона водорода эта орбиталь свободна. ѕоэтому между молекулой аммиака и ионом
водорода возникает ковалентна€ св€зь, в которой неподеленна€ электронна€ пара
атома азота становитс€ общей дл€ двух атомов. ќбразование иона аммони€ можно
представить схемой:

ƒругой пример. јтом бора с конфигурацией внешнего электронного сло€
2s22p1 в трифториде бора приобретает электронную
структуру 2s22p4. —ледовательно, атом бора в этом
соединении имеет одну вакантную p-орбиталь и может прин€ть на неЄ электронную
пару. ƒействительно, трифторид бора способен соедин€тьс€ с молекулой аммиака:
»з приведенных схем видно, что в образовании химической св€зи
участвует неподелЄнна€ пара электронов, ранее принадлежавша€ только атому
азота. ѕри образовании химической св€зи эта пара электронов становитс€ общей
дл€ обоих атомов, дополн€€ до восьми количество электронов во внешнем
электронном слое. јтом (или ион), представл€ющий свою неподелЄнную пару при
образовании химической св€зи, называетс€ донором. јтом (или ион), принимающий
на свободную орбиталь эту неподеленную электронную пару, называетс€ акцептором.
 овалентную св€зь, возникающую между двум€ атомами за счет неподелЄнной
электронной пары одного из них, называют донорно-акцепторной или
координационной св€зью. ¬ рассмотренных примерах донором электронной пары
служит атом азота, а акцепторами ¾ ион водорода и атом бора.
†Ёкспериментально доказано,
что в ионе NH4+ все четыре св€зи азота с водородом
равноценны, хот€ три из них возникли по механизму образовани€ ковалентной
св€зи, а одна ¾
донорно-акцепторна€. —ледовательно, ковалентна€ и координационна€ св€зи
тождественны по свуей природе и различаютс€ лишь способом образовани€.
 оординационна€ св€зь осуществл€етс€ при образовании координационных
соединений. ¬ таких соединени€х может про€вл€тьс€ одновременно несколько типов
химической св€зи. “ак, в координационном соединении [Cu(NH3)4]SO4
между комплексным катионом [Cu(NH3)4]2+ и
ионом сульфата SO42- осуществл€етс€ ионна€ св€зь. ћежду
ионом меди Cu2+ и четырьм€ молекулами аммиака NH3 существует
донорно-акцепторна€ св€зь. Ќаконец, между атомами азота и водорода в аммиаке, а
также между атомами серы и кислорода в ионе сульфата возникает пол€рна€
ковалентна€ св€зь.
¬одородна€ св€зь.
Ќазвание этого типа химической св€зи показывает, что в еЄ образовании принимает
участие атом водорода. Ётот тип св€зи очень распространЄн и играет значительную
роль во многих химических процессах.
¬озникновение водородной св€зи можно объ€снить действием
электростатических сил. ¬ молекуле воды между атомами водорода и кислорода
существует пол€рна€ ковалентна€ св€зь. ѕри еЄ образовании электронное облако,
принадлежащее атому водорода, сильно смещаетс€ к атому кислорода, который
характеризуетс€ высокой электроотрицательностью. ¬ результате этого атом
кислорода приобретает отрицательный зар€д, а €дро водорода (протон) почти
полностью лишаетс€ электронного облака. ћежду протоном и отрицательно
зар€женным атомом кислорода соседней молекулы воды возникает электростатическое
прит€жение. ѕротон, обладающий ничтожно малыми размерами, способен проникать в
электронные оболочки других атомов, что и приводит к образованию водородной
св€зи. ¬ результате про€влени€ водородной св€зи происходит ассоциаци€ молекул
воды и св€зывание их в димеры, тримеры, тетрамеры и т. д.
¬одородна€ св€зь образуетс€ и во фтороводороде: HF---HF, где донором
электронов €вл€етс€ атом фтора. ѕроцесс образовани€ водородной св€зи при
взаимодействии двух молекул HF можно представить следующей схемой:
“аким образом, возникновени€ водородной св€зи следует ожидать в тех
случа€х, когда атом водорода в молекуле соединени€ непосредственно св€зан с
атомом элемента, обладающего высокой электроотрицательностью. „аще всего
водородна€ св€зь про€вл€етс€ в соединени€х фтора, кислорода и в меньшей мере в
соединени€х азота.
ƒл€ оценки прочности св€зей между атомами лользуютс€ пон€тием
энерги€ св€зи. Ёнерги€ св€зи ¾† это
работа, необходима€ дл€ разрыва этой св€зи во всех молекулах, составл€ющих один
моль вещества. Ёто одна из важнейших характеристик химической св€зи, измер€ют
еЄ в килоджоул€х на моль (кƒж/моль). Ёнерги€ св€зи между двум€ данными атомами
зависит от еЄ кратности, котора€ определ€етс€ числом электронных пар,
св€зывающих эти атомы. — увеличением кратности св€зи возрастает и энерги€
св€зи. Ќапример, энерги€ одинарной св€зи CЦC в молекуле этана
равна 263 кƒж/моль, двойной св€зи C=C в этилене составл€ет 422 кƒж/моль,
тройной св€зи CºC
в молекуле ацетилена равна 535 кƒж/моль. ¬ажной характеристикой св€зи €вл€етс€
также еЄ длина, котора€ измер€етс€ рассто€нием между €драми св€занных атомов.
ѕри увеличении кратности св€зи еЄ длина уменьшаетс€: CЦC 0,154 нм; C=C
0,134 нм; CºC
0,120 нм.
Ёнерги€ водородной св€зи значительно меньше энергии ковалентной
св€зи и в среднем составл€ет 10Ц40 кƒж/моль (энерги€ ковалентной св€зи
кислорода с водородом равна 460 кƒж/моль, энерги€ св€зи атомов в молекуле азота
¾
920 кƒж/моль). ќднако энергии водородной св€зи достаточно, чтобы вызвать
ассоциацию молекул. ¬следствие ассоциации, затрудн€ющей отрыв молекул друг от
друга, такие вещества, как фтороводород, вода, аммиак, имеют более высокие, чем
можно было ожидать, температуры плавлени€ и кипени€. ¬одородна€ св€зь
обусловливает некоторые важные особенности воды, а также таких веществ, как
белки и нуклеиновые кислоты.
ћеталлическа€ св€зь.
ћеталлическа€ св€зь ¾
это св€зь, в которой электроны каждого отдельного атома принадлежат всем
атомам, наход€щимс€ в контакте. ¬ результате перекрывани€ валентных орбиталей
атомов возникают энергетические уровни, общее число которых равно числу
взаимодействующих атомов. ¬ кристалле, содержащем один моль атомов, количество
энергетических уровней равно числу јвогадро, а разность энергий двух соседних
уровней имеет пор€док 10-23 ¬. ѕоэтому образуетс€ практически
непрерывна€ энергетическа€ зона, в пределах которой переход электрона на
ближайший более высокий уровень происходит очень легко.
ѕредставление об энергетической электронной зоне €вл€етс€
основополагающим принципом теории твердого тела. ѕо аналогии с изолированным
атомом, в котором имеютс€ разрешенные и запрещЄнные энергетические уровни
электронов, в кристаллах также существуют разрешенные и запрещЄнные зоны дл€
электронов. ¬ процессе образовани€ кристалла по мере сближени€ атомов сначала
происходит превращение внешних орбиталей в энергетические зоны, а при
дальнейшем сближении атомов начинаетс€ перекрывание энергетических зон. Ќаличие
в энергетической зоне металлов очень близких по энергии дозволенных подуровней
дает возможность электронам перемещатьс€ в кристалле довольно легко, что обеспечивает
высокие электропроводность и теплопроводность металлов.
¬ отличие от металлов у кремни€, например, при образовании кристалла
происходит гибридизаци€ атомных орбиталей типа sp3, что приводит к
образованию единой валентной зоны, все 3s- и 3p-электроны которой вовлечены в
образование химических св€зей. ¬акантна€ 4€-зона ¾ зона проводимости ¾
отделена от валентной зоной запрещЄнных энергий. »з-за отсутстви€ электронов в
зоне проводимости кремний при низких температурах не проводит электрический
ток. ќднако запрещЄнна€ зона у кремни€ очень узка и при нагревании, освещении
или усилении электрического пол€ часть валентных электронов переходит в зону
проводимости.  ремний становитс€ проводником электрического тока. “акие
вещества называютс€ полупроводниками.

—осто€ние вещества

¬ещество может находитьс€ в газообразном, жидком, твердом состо€нии
и в состо€нии плазмы.
√азообразное состо€ние вещества характеризуетс€ сравнительно малыми
силами межмолекул€рного взаимодействи€. ћолекулы газов наход€тс€ на больших
рассто€ни€х друг от друга, поэтому газы имеют большую сжимаемость. »х молекулы
наход€тс€ в пссто€нном хаотическом движении, что объ€сн€ет способность газов
равномерно заполн€ть весь предоставленный объЄм, приобрета€ объЄм и форму
сосуда, в котором они наход€тс€.
∆идкости по своим свойствам занимают промежуточное положение между
газами и твердыми веществами. „ем выше температура, тем больше свойства
жидкостей приближаютс€ к свойствам газов, и, наоборот, чем ниже температура,
тем больше про€вл€ютс€ те свойства жидкостей, которые приближают их к твердым
веществам. ∆идкости обычно не имеют собственной формы, а приобретают форму
сосуда, в котором наход€тс€; только в очень небольших количествах они способны
сохран€ть форму капли. ¬ отличие от газов жидкости при данной температуре
занимают совершенно определенный объем. Ёто объ€сн€етс€ наличием заметных сил
взаимного прит€жени€ отдельных молекул жидкости. ћолекулы в жидкост€х
размещаютс€ значительно плотнее, чем в газах; этим и объ€сн€етс€ очень мала€
сжимаемость всех жидкостей. –ентгенографическое исследование жидкостей
показало, что они имеют зачатки кристаллического строени€.
“вЄрдые вещества построены из молекул, атомов и ионов, прочно
св€занных между собой, и поэтому имеют определенные объем и форму. „астицы
твердого вещества не могут свободно перемещатьс€, они сохран€ют взаимное
расположение, соверша€ колебани€ около центров равновеси€, поэтому дл€
изменени€ объема и формы твердого вещества требуетс€ усилие. –азличают два
состо€ни€ твердых веществ ¾ кристаллическое и аморфное.  ристаллы каждого
кристаллического вещества имеют характерную дл€ них форму. “ак, кристаллы
хлорида натри€ имеют форму куба (рис. 12), нитрата кали€ ¾
призмы и т. д.
–ис.
12. —хема и модель кристаллической решЄтки хлорида натри€.
јморфные вещества представл€вт собой агрегаты беспор€дочно
расположенных молекул. ¬ отличие от кристаллических веществ, имеющих вполне
определЄнную температуру плавлени€, аморфные вещества плав€тс€ в широком
диапазоне температур. ѕри нагревании они постепенно разм€гчаютс€, начинают
растекатьс€ и, наконец, станов€тс€ жидкими. јморфные вещества иногда
рассматривают как жидкости с очень большой в€зкостью. ¬ зависимости от условий,
при которых происходит переход из расплавленного состо€ни€ в твердое, одно и то
же вещество можно получить как в кристаллическом, так и в аморфном состо€нии.
ѕлазма ¾
ионизированный газ с достаточно высокой концентрацией зар€женных частиц,
содержащий практически одинаковые количества частиц с положительным и
отрицательным зар€дами. ¬ земных природных услови€х плазма ¾
€вление редкое. ¬ верхних сло€х атмосферы, в значительной степени
подвергающихс€ воздействию ионизирующих агентов, слабо ионизированна€ плазма ¾
ионосфера ¾
присутствует посто€нно, а в космическом пространстве плазма представл€ет собой
наиболее распространенное состо€ние вещества.
 ристаллические решЄтки
¬ кристаллических веществах частицы, из которых построены кристаллы,
размещены в пространстве в определенном пор€дке и образуют лространственную
решЄтку. ¬ зависимости от характера частиц, наход€щихс€ в узлах
пространственной решЄтки, различают молекул€рные, атомные, ионные и
металлические решЄтки (рис. 13).
¬ узлах молекул€рной решЄтки наход€тс€ пол€рные или непол€рные
молекулы, св€занные между собой слабыми силами прит€жени€. ћолекул€рную решЄтку
имеют большинство органических веществ, а также р€д неорганических соединений,
например, вода и аммиак. ¬ещества с молекул€рной решЄткой имеют сравнительно
невысокую температуру плавлени€.
јтомна€ решЄтка характеризуетс€ тем, что в еЄ узлах размещены атомы,
св€занные между собой общими электронными парами. ¬ещества с атомной решЄткой
(например, алмаз) очень тверды и имеют очень высокую температуру плавлени€.
¬ узлах ионной решЄтки расположены положительно и отрицательно
эар€женные ионы, чередующиес€ друг с другом. »онные кристаллические решЄтки
характерны дл€ большинства солей, оксидов и оснований.
–ис. 13. ќсновные типы кристаллических решЄток твЄрдого
вещества.
†¬ узлах металлической решЄтки
нар€ду с нейтральными атомами размещаютс€ положительно зар€женные ионы данного
металла. ћежду ними свободно перемещаютс€ электроны† ¾
так называемый электронный газ. “акое строение металлов обусловливает их общие
свойства: металлический блеск, электро- и теплопроводность, ковкость и др.
ѕрочность св€зи между частицами, из которых построен кристалл,
характеризуетс€ энергией кристаллической решЄтки ¾ работой,
необходимой дл€ ее разрушени€.  ристаллическа€ решЄтка разрушаетс€ лри
плавлении, испарении (сублимации) или растворении вещества. ѕоэтому теплота
плавлени€, теплота сублимации и теплота растворени€ завис€т от энергии
кристаллической решЄтки. ѕри прочих равных услови€х растворимость солей тем
больше, чем меньше энерги€ их кристаллической решЄтки.
√ л а в а VIII. Ў≈—“јя
√–”ѕѕј ѕ≈–»ќƒ»„≈— ќ…
†—»—“≈ћџ ЁЋ≈ћ≈Ќ“ќ¬

††††††† 71. ќбща€ характеристика элементов VI
группы

††††††† Ўеста€
группа периодической системы элементов состоит из двух подгрупп: главной Ч
кислород, сера, селен, теллур и полоний Ч и побочной Ч хром, молибден и
вольфрам. ¬ главной подгруппе выдел€ют подгруппу селена (селен, теллур и
полоний), побочную подгруппу называют подгруппой хрома. ¬се элементы главной
подгруппы, кроме кислорода, могут присоедин€ть по два электрона, образу€
электроотрицательные ионы.
††††††† Ёлементы
главной подгруппы имеют на внешнем электронном
уровне по шесть электронов (s2р4).
јтомы кислорода имеют два неспаренных электрона и не имеют d-уровн€. ѕоэтому
кислород про€вл€ет в основном степень окислени€ -2 и только в соединени€х со фтором
+2. —ера, селен, теллур и полоний тоже имеют на внешнем уровне шесть электронов
(s2p4), но у всех у них есть незаполненный d-уровень,
поэтому они могут иметь до шести неспаренных электронов и в соединени€х
про€вл€ть степень окислени€ Ч 2, +4 и +6.
††††††† «акономерность
изменени€ активности этих элементов така€ же, как и в подгруппе галогенов:
легче всего окисл€ютс€ теллуриды, затем селениды и сульфиды. »з кислородных
соединений серы наиболее устойчивы соединени€ серы (VI), а дл€ теллура Ч
соединени€ теллура (IV). —оединени€ селена занимают промежуточное положение.
††††††† —елен и
теллур, а также их соединени€ с некоторыми металлами (индием, таллием и др.)
обладают полупроводниковыми свойствами и широко используютс€ в
радиоэлектронике. —оединени€ селена и теллура очень токсичны. ќни примен€ютс€ в
стекольной промышленности дл€ получени€ цветных (красных и коричневых) стекол.
††††††† ¬
элементах подгруппы хрома идет заполнение d-уровн€, поэтому на s-уровне их
атомов Ч по одному (у хрома и молибдена) или два (у вольфрама) электрона. ¬се,
они про€вл€ют максимальную степень окислени€ +6, но дл€ молибдена, и особенно
дл€ хрома, характерны соединени€, в которых они имеют более низкую степень
окислени€ (+4 дл€ молибдена и +3 или +2 дл€ хрома). —оединени€ хрома (III)
очень устойчивы и похожи на соединени€ алюмини€. ¬се металлы подгруппы хрома
наход€т широкое применение.
††††††† ћолибден
был впервые получен  . ¬. Ўееле в 1778 г. ќн используетс€ в производстве сталей
высокой прочности и в€зкости, примен€ющихс€ дл€ изготовлени€ оружейных стволов,
брони, валов и др. »з-за способности испар€тьс€ при высокой температуре он мало
пригоден дл€ изготовлени€ нитей накала, но обладает хорошей способностью
сплавл€тьс€ со стеклом, поэтому используетс€ дл€ изготовлени€ держателей
вольфрамовых нитей в лампах накаливани€.
††††††† ¬ольфрам
был открыт также  . ¬. Ўееле в 178! г. ќн примен€етс€ дл€ получени€ специальных
сталей. ƒобавка вольфрама к стали увеличивает ее твердость, эластичность и
прочность. ¬месте с хромом вольфрам придает стали свойство сохран€ть твердость
при очень высоких температурах, поэтому такие стали примен€ютс€ дл€
изготовлени€ резцов к быстрорежущим токарным станкам. „истый вольфрам обладает
наивысшей среди металлов температурой плавлени€ (3370 ∞—),†
поэтому примен€етс€ дл€ изготовлени€ нитей в лампах накаливани€.  арбид
вольфрама отличаетс€ очень большой твердостью и термостойкостью и €вл€етс€
основной составной частью тугоплавких сплавов.

††††††† 72.  ислород

† ислород был
открыт шведским химиком  . ¬. Ўееле в 1769-1770 гг. и английским химиком ƒ. ∆.
ѕристли в 1774 г.
††††††† Ќахождение
в природе.  ислород €вл€етс€ наиболее распространенным элементом в природе.
—одержание его в земной коре составл€ет 47,00 % по массе. ¬ свободном состо€нии
он содержитс€ в атмосфере (около 23 % по массе), входит в состав воды (88,9 %),
всех оксидов, из которых состоит земна€ кора, кислородсодержащих солей, а также
многих органических веществ растительного и животного происхождени€.
††††††† ‘изические свойства. ѕри обычных
услови€х кислород Ч газ без цвета и запаха, слаборастворимый в воде (в 1 объеме
воды при 0 '— раствор€етс€ 5, а при 20 ∞— Ч 3 объема кислорода). ¬
других растворител€х его растворимость также незначительна. ѕри атмосферном
давлении кислород сжижаетс€ при -183 ∞—, а затвердевает при -219 ∞—. ¬ жидком и твердом
состо€ни€х кислород окрашен в голубой цвет, он обладает магнитными свойствами.
††††††† ’имические свойства.  ислород относитс€ к
активным неметаллам. ¬о всех соединени€х, кроме соединений со фтором и
пероксидов, он имеет степень окислени€ -2. (¬ соединени€х со фтором
кислород про€вл€ет степень окислени€ +2, а в пероксидных соединени€х степень
его окислени€ равна -1 или даже дробному числу.
Ёто объ€сн€етс€ тем, что в пероксидах два или несколько атомов кислорода
соединены друг с другом).
†††††††  ислород
взаимодействует со всеми металлами, за исключением золота и платиновых металлов
(кроме осми€), образу€ оксиды:
2 ћg + ќ2 = 2 Mgќ
(оксид магни€)
4 јl + 3 ќ2 = 2
јl2O3 (оксид алюмини€)
–€д металлов, кроме основных оксидов, образует
амфотерные (Znќ, —r2ќ3, јl2ќ3 и др.)
и даже кислотные (—rќ3, ћn2ќ7 и др.) оксиды.
†ќн
взаимодействует также со всеми, кроме галогенов, неметаллами, образу€ кислотные
или несолеобразующие (индифферентные) оксиды:
S + ќ2 = Sќ2
(оксид серы (IV))
4 – + 5 O2 = 2 –2ќ5
(оксид фосфора (V))
N2 + ќ2
= 2 Nќ (оксид азота (II))
ќксиды золота и платиновых металлов получают
разложением их (гидроксидов, а кислородные соединени€ галогенов Ч осторожным
обезвоживанием их кислородсодержащих кислот).
††††††† ¬
кислороде и на воздухе легко окисл€ютс€ (сгорают или тлеют) многие
неорганические и органические вещества. »з неорганических веществ, кроме
металлов и неметаллов, с кислородом реагируют все соединени€ металлов с
неметаллами, за исключением хлоридов и бромидов:
—аЌ2 + O2
= —аќ + Ќ2ќ
2 ZnS + 3 O2 = 2
Znќ + 2 SO2
ћg3–2 +
4 O2 = ћg3(–ќ4)2
—а2Si + 2 O2
= —а2Siќ4
4  I + O2 + 2 Ќ2ќ
= 4  ќЌ + I2
††††††† »з
органических соединений с кислородом взаимодействуют почти все, кроме полностью
фторированных углеводородов (фреонов), а также хлор- и бромпроизводных с
большим содержанием хлора или брома (хлороформ, тетрахлорид углерода,
полихлорэтаны и аналогичные бромпроизводные):
—3Ќ8 +
5 O2 = 3 —ќ2 + 4 Ќ2ќ
2 —2Ќ5ќЌ
+ O2 = 2 —Ќ3—Ќќ + 2 Ќ2ќ
2 —Ќ3—Ќќ + ќ2
= 2 —Ќ3—ќќЌ
C6Ќ12ќ6
+ 6 O2 = 6 —ќ2 + 6 Ќ2ќ
2 C6H6
+ 15 O2 = 12 —ќ2 + 6 Ќ2ќ
††††††† ¬
атомарном состо€нии кислород более активен, чем в молекул€рном. Ёто свойство
используют дл€ отбеливани€ различных материалов (легче разрушаютс€ окрашивающие
органические вещества). ¬ молекул€рном состо€нии кислород может существовать в
виде кислорода O2 и озона O3, т. е. дл€ него характерно
€вление аллотропии.
††††††† ѕолучение. ¬ лабораторных услови€х
кислород можно получить:
††††††† 1)
разложением перманганата кали€ при нагревании:
2  ћnO4 =  2ћnќ4
+ ћnќ2 + O2
††††††† 2)
разложением бертолетовой соли в присутствии диоксида марганца как катализатора:
2  —lO3 = 2  —l +
3 O2
††††††† 3)
разложение нитратов щелочных или щелочноземельных металлов:
2  Nќ3 = 2  Nќ3
+ ќ2
††††††† 4) разложением окcида ртути:
2 Ќgќ = 2 Ќg + O2
††††††† 5)
электролизом воды, к которой дл€ увеличени€ электропроводности добавл€ют щелочи
или сульфаты щелочных металлов. Ётот метод примен€етс€ также дл€ промышленного
получени€ кислорода.
††††††† ¬
промышленности кислород получают также разделением (ректификацией) жидкого
воздуха. ¬оздух сильно сжимают (100-200 атм), а затем резко
понижают давление. Ётот процесс называетс€ дросселированием. ќн сопровождаетс€
значительным понижением температуры газа. ќписанный принцип используетс€ при
сжижении газов в холодильном цикле, простейша€ схема которого приведена на рис.
41.
†—жатый в
компрессоре 1 воздух охлаждаетс€ в вод€ном холодильнике 2 и противоточном
теплообменнике 3, проходит дроссель 4, где от резкого понижени€ давлени€ сильно
охлаждаетс€, и через теплообменник 3 выходит из системы, охлажда€ новые порции
сжатого воздуха, которые направл€ютс€ к дросселю. „ем ниже температура сжатого
газа перед дросселем, тем ниже она после дросселировани€.  огда температура
воздуха достигнет -192 ∞—, он сжижаетс€ и собираетс€ в сборнике 5.
ѕолученный жидкий воздух, как и газообразный, состоит в основном из азота
(около 80 %) и кислорода (около 20%). ѕримеси составл€ют около 1 %. ∆идкий
воздух подвергают разгонке на ректификационной колонне. ѕоскольку азот кипит
при -195,8 ∞—, а кислород Ч при -183 ∞—, из жидкого воздуха
вначале отгон€етс€ азот, а затем кислород. ѕолученный таким образом кислород
содержит некоторое количество азота, а отогнанный азот может иметь примеси
кислорода. ƒл€ получени€ более чистых азота и кислорода их подвергают
дополнительной очистке или используют другие методы получени€.

†–ис. 41.
—хема простейшего холодильного цикла: 1 Ч компрессор;† 2 Ч вод€ной холодильник; 3 Ч противоточный теплообменник; 4 Ч
дроссельный вентиль;† 5 Ч сборник
жидкого воздуха.†
††††††† ѕрименение.  ислород широко примен€етс€
в технике. ѕроцессы окислени€ в кислороде протекают значительно интенсивнее,
чем на воздухе.  роме того, повышаетс€ температура пламени, так как теплота не
расходуетс€ на нагревание азота, содержащегос€ в воздухе. ѕоэтому технический
кислород примен€ют дл€ интенсификации окислительных процессов в химической и
металлургической промышленности: в реакци€х окислени€ органических веществ, дл€
обжига руд, выплавки чугунов и сталей, при резке металлов, в горнодобывающей
промышленности. „истый кислород используетс€ в медицине, кислородных приборах
дл€ работы под землей, под водой, на больших высотах. и как окислитель
ракетного топлива.
††††††† ќзон ќ3. Ёто аллотропическое
видоизменение кислорода, ћолекула озона состоит из трех атомов. ќкислительные
свойства озона выражены более €рко, чем кислорода. Ёто объ€сн€етс€ тем, что
озон малоустойчив и легко распадаетс€ на молекул€рный и атомарный кислород,
который всегда более активен. ѕоэтому озон окисл€ет многие вещества, стойкие к
действию кислорода. “ак, иодид, не взаимодействующий с кислородом, легко
окисл€етс€ озоном:
ќ3 = ќ2 +
ќ
ќ3 + 2  I + Ќ2ќ
= I2 + O2 + 2  ќЌ
»одкрахмальна€ бумага (бумажные полоски, смоченные
раствором иодида кали€ и крахмальным клейстером при наличии в воздухе озона
моментально синеет.

†–ис. 42.
0зонатор.
¬ природе озон образуетс€ при электрических разр€дах
в атмосфере во врем€ грозы, а также при окислении некоторых смолистых веществ
хвойных деревьев. ѕоэтому во врем€ грозы или в сосновом лесу всегда ощущаетс€
слабый запах озона. ¬ лаборатории озон можно получить в озонаторе (рис. 42),
подверга€ электрическому разр€ду сухой кислород или воздух.
††††††† Ќебольшое
содержание озона в атмосфере благопри€тно вли€ет на организм человека, но
высока€ концентраци€ его приводит к отравлению.
††††††† ¬оздух Ч это смесь газов, основными
компонентами которой €вл€ютс€ кислород (20,9 % по объему и 23,2 % по массе),
азот (78,16 % по объему и 75,5 % по массе) и инертные газы (0,99 % по
объему и 1,3 % по массе). —одержание этих
компонентов практически неизменно, поэтому они считаютс€ посто€нными.  
переменным компонентам воздуха относ€тс€ углекислый газ и вод€ной пар. ѕыль и
различные газы (SO2, Ќ2S, Nќ2 и др.} €вл€ютс€
случайными примес€ми. —одержание их зависит от метеорологических и местных
условий, времени года, наличи€ поблизости промышленных предпри€тий и т. д.
—одержание углекислого газа в воздухе в местах, удаленных от промышленных
предпри€тий, выбрасывающих большие его количества в атмосферу, не превышает
0,03 %. ¬близи промышленных предпри€тий и автотранспортных магистралей
содержание его в атмосфере значительно выше.
††††††† „истый
воздух, освобожденный от пыли и случайных примесей, прозрачный и не имеет
запаха.
††††††† ¬се
реакции, характерные дл€ кислорода, протекают и на воздухе, но медленнее из-за
разбавлени€ кислорода другими газами. ¬ жидком воздухе концентраци€ кислорода
значительно выше и многие реакции в нем протекают так же интенсивно, как в
чистом газообразном кислороде. “ак, тлеюща€ лучинка в жидком воздухе вспыхивает
€рким пламенем, как и в атмосфере кислорода.
††††††† ¬оздух
необходим дл€ жизнеде€тельности животных и растительных организмов. ¬
промышленности его используют как сырье дл€ получени€ кислорода, азота и
инертных газов, а жидкий воздух служит также холодильным агентом.
††††††† ќкисление. ¬заимодействие кислорода с
различными простыми и сложными веществами всегда сопровождаетс€ выделением
значительных количеств теплоты. ≈сли реакци€ протекает медленно, то процесс
называют тлением, а если быстро, Ч горением. ћедленные процессы взаимодействи€
кислорода с различными веществами наблюдаютс€ при дыхании, гниении и окислении
металлов на воздухе. ѕроцесс горени€ используют в промышленности с целью
получени€ тепла (сжигание угл€, кокса, дров, нефтепродуктов, горючих газов),
превращени€ тепловой энергии в механическую и электрическую (сжигание различных
видов горючего в двигател€х внутреннего сгорани€ и турбинах), а также дл€
получени€ различных оксидов (обжиг сульфидных руд и др.). ¬се реакции а
кислородом относ€тс€ к окислительно-восстановительным.
†††††††  руговорот кислорода в природе. »з
всего кислорода, содержащегос€ в земной коре, воздухе, а также в составе
оксидов, солей и воды, круговороту подвергаетс€ только тот, который содержитс€
в свободном состо€нии в воздухе.  оличество свободного кислорода в воздухе
приближенно оцениваетс€ величиной 1015 т, что составл€ет только
около 0,0001 % общего содержани€ кислорода в земной коре.
††††††† ѕри
окислении углерода и водорода, содержащихс€ в различных видах топлива,
образуютс€ углекислый газ и вода. ƒл€ сжигани€ углей, нефтепродуктов,
древесины, различных природных, попутных и образующихс€ в производстве газов
(генераторный, коксовый, доменный) расходуетс€ огромное количество кислорода.
«начительную его часть поглощают при дыхании живые организмы. ќднако количество
кислорода в атмосфере остаетс€ практически неизменным. Ёто достигаетс€
благодар€ жизнеде€тельности растений, которые поглощают углекислый газ и воду и
с помощью особых катализаторов Ч ферментов Ч под действием солнечной энергии
(фотосинтез)
†превращают
их в углеводы, освобожда€ кислород:
n —ќ2 + n Ќ2ќ
= (—Ќ2ќ)n + n ќ2
††††††† ¬ыдел€ющийс€
кислород попадает в атмосферу и компенсирует ту ее часть, котора€ расходуетс€
на окислительные процессы. “аким образом, посто€нное количество кислорода в
атмосфере обусловлено жизнеде€тельностью растительного и животного мира.

††††††† 73. —ера

††††††† —ера
относитс€ к числу элементов, известных человеку с глубокой древности.
††††††† Ќахождение
в природе. —ера относитс€ к числу весьма распространенных элементов: содержание
ее в земной коре составл€ет 0,037 %. ¬ природе она встречаетс€ в свободном
состо€нии (самородна€ сера), в виде сульфидов и сульфатов. ¬ажнейшими
сульфидные природными соединени€ми €вл€ютс€ пирит, или железный колчедан, FеS,
цинкова€ обманка ZnS, свинцовый блеск –bS, медный блеск —u2S,
халькопирит —uFеS2, киноварь ЌgS и сульфиды многих т€желых металлов,
которые вход€т в состав так называемых полиметаллических сульфидных руд.
¬ажнейшими природными сульфатами €вл€ютс€ сульфат натри€ Nа2SO4,
кристаллогидрат которого Nа2SO4Ј10Ќ2ќ† называетс€ глауберовой солью, су.пьфат кальци€ —аSO4,
образующий минерал гипс —аSќ4Ј2Ќ2ќ, и сульфат
магни€, или горька€ соль, ћgSO4Ј7Ќ2ќ.
††††††† ¬ —Ќ√
основные месторождени€ самородной серы†
встречаютс€ в пустыне  ара- ум и ѕоволжье.  рупные месторождени€ серы
есть также в »талии, японии и —Ўј.
††††††† —ера
входит в состав животных и растительных белков и при
†их
разложении выдел€етс€ в виде сероводорода.
††††††† ‘изические свойства. —ера Ч твердое
кристаллическое вещество желтого цвета. ќна существует в трех аллотропных
модификаци€х: ромбическа€, моноклинна€ и пластическа€. Ќаиболее устойчивой при
обычных услови€х €вл€етс€ ромбическа€ сера. ћоноклинна€ сера образуетс€ при
нагревании ромбической серы выше 96 ∞—. ѕри охлаждении она снова
переходит в ромбическую. ≈сли ромбическую серу нагревать, то при 112,8 ∞— она плавитс€ и превращаетс€ в
легкоподвижную желтую жидкость. ѕри дальнейшем нагревании до 187 ∞— жидкость темнеет, становитс€ желто-бурой и
загустевает. ѕри температуре 400 ∞— жидкость вновь становитс€
подвижной и, не измен€€ окраски, при 444,6 ∞— закипает. ≈сли кип€щую
серу вылить в холодную воду, то образуетс€ пластическа€ сера Ч коричнева€
т€гуча€ масса, напоминающа€ сырой каучук. —о временем она переходит в
ромбическую серу.
††††††† ѕри
обычных услови€х молекула серы состоит из восьми атомов, замыкающихс€ в кольцо.
¬ парообразном состо€нии молекулы серы в зависимости от температуры могут
состо€ть из шести, четырех и двух атомов.
††††††† —ера
очень плохо раствор€етс€ в воде, но хорошо растворима во многих органических
растворител€х (спиртах, бензоле, сероуглероде и др.).
††††††† ’имические свойства. —ера относитс€ к
числу, довольно активных неметаллов. ќна хорошо горит в кислороде, образу€
диоксид серы:
S + ќ2 = SO2

ѕри горении серы в кислороде и на воздухе образуетс€
также триоксид серы, количество которого в отсутствие катализа незначительно.
††††††† ѕри
пропускании хлора через расплавленную серу образуетс€
†монохлорид
серы S2—l2, который затем превращаетс€ в SCl2:
2 S + —l2 Û S2Cl2
(хлорид серы (I))
S2Cl2
+ Cl2 Û 2 S—l2 (хлорид
серы (II))
ѕоследнее соединение неустойчиво, поэтому при
нагревании реакци€ сдвигаетс€ влево.
††††††† ѕри
нагревании серы в атмосфере водорода образуетс€ сероводород:
S + Ќ2 Û Ќ2S
††††††† ≈сли
смешать порошки серы и красного фосфора в мольном соотношении 2,5 : 1 и нагреть
до начала реакции, то вс€ масса очень быстро превращаетс€ в темно-красную
жидкость:
5 S + 2 – = –2S5
(сульфид фосфора (V))
††††††† —
металлами сера взаимодействует в большинстве случаев при
†нагревании,
но с некоторыми металлами (например, ртутью) и при комнатной температуре:
Zn + S = ZnS (сульфид цинка)
Ќg + S = ЌgS (сульфид ртути
(II))
ѕоследн€€ реакци€ используетс€ в лабораторной
практике дл€ св€зывани€ разлитой ртути, пары которой очень €довиты. ƒл€ этого
предполагаемое место нахождени€ мельчайших капелек ртути посыпают порошком
серы.
††††††† ѕолучение. —еру можно получить как из
источников самородной серы, так и из ее соединений. ¬ промышленности серу
получают выплавкой самородной серы перегретым паром через скважины.
–асплавленна€ сера выноситс€ на поверхность, где ее разливают в формы.
††††††† ¬
лаборатории серу можно получить из сульфида и сульфита натри€. ƒл€ этого нужно
смешать их растворы в стехиометрическом соотношении и полученный раствор
нейтрализовать сол€ной или серной кислотой:†
2 Nа2S + Nа2SO3
+ 6 Ќ—l = 6 Nа—l + 3 S + 3 Ќ2ќ
2 Nа2S + Nа2SO3
+ 3 Ќ2SO4 = « Nа2SO4 + 3 S +
3 H2ќ
—ера выдел€етс€ в виде мелкодисперсного порошка,
который при отстаивании осаждаетс€. ѕрактически серу в лаборатории получают
очень редко.
††††††† ѕрименение. Ѕольша€ часть серы
используетс€ дл€ получени€ серной кислоты. «начительное количество серы
расходуют дл€ вулканизации каучука в производстве резины. ¬ведение в каучук
определенного количества серы повышает его прочность и эластичность.
††††††† ѕри
введении в каучук большого количества серы получаетс€ твердый продукт Ч эбонит,
€вл€ющийс€ хорошим изол€ционным материалом и использующийс€ в электротехнике Ч
дл€ изготовлени€ штепселей, розеток и др. —ера примен€етс€ также дл€ борьбы с
вредител€ми сельского хоз€йства и в фармацевтической промышленности дл€
изготовлени€ мазей против кожных заболеваний.
††††††† —ероводород и сероводородна€ кислота.
—ероводород Ќ2S Чбесцветный газ с запахом тухлых €иц. ѕри -60 ∞— он переходит в жидкое
состо€ние, а при -86 ∞— затвердевает. ¬ 1 л воды при комнатной
температуре раствор€етс€ около 2,5 л сероводорода. ќн очень €довит. ѕризнаки
отравлени€ сероводородом Ч потер€ обон€ни€, головные боли и тошнота.
ѕротиво€дие Ч свежий воздух.
††††††† —ероводород
сильный восстановитель. ќн горит на воздухе
†и в
кислороде:
2 Ќ2S + 3 O2
= 2 Ќ2ќ + 2 SO2
††††††† ѕри
медленном окислении сероводорода выдел€етс€ сера:
2 Ќ2S + O2
= 2 Ќ2ќ + 2 S
††††††† –аствор
сероводорода в воде Ч сероводородна€ вода, или сероводородна€ кислота, Ч ведет
себ€ как слаба€ кислота, котора€ диссоциирует ступенчато:
Ќ2S Û H+ + ЌS-
ЌS-† Û Ќ+ + S2-
ƒиссоциаци€ по второму уравнению происходит очень
слабо. —ероводородна€ кислота может реагировать с основани€ми, основными
оксидами и сол€ми:
Ќ2S +  ќЌ =  ЌS +
Ќ2ќ
 ЌS +  ќЌ =  2S +
Ќ2O
Ќ2S + —dќ = —dS +
Ќ2O
H2S + —uSќ4
= —uS + Ќ2Sќ4
††††††† –астворимыми
сол€ми сероводородной кислоты Ч сульфидами
€вл€ютс€ только соли щелочных и щелочноземельных металлов, а также аммони€.
—ульфиды остальных металлов в воде нерастворимы, а сульфиды меди, серебра,
ртути, свинца и многих других т€желых металлов не раствор€ютс€ даже в кислотах
(за исключением азотной). Ётим объ€сн€етс€ легкость, с которой сероводород
реагирует с сол€ми т€желых металлов. Ёто же свойство обусловливает применение
сероводорода в аналитической химии дл€ отделени€ катионов т€желых металлов (—u2+, јg+, —d2+, –b2+ и др.) от катионов иных
металлов (јl3+, —а2+, ћg2+ и др.).
††††††† —ероводородна€
кислота, как и сероводород, обладает восстановительными свойствами. ќна
окисл€етс€ не только сильными окислител€ми, такими, как галогены и кислород, но
и более слабыми, такими, как соли железа (III) и серна€ кислота. ≈сли к
раствору хлорида или сульфата железа (III) прибавить сероводородную воду, то
выделитс€ свободна€ сера:
Ќ2S + —l2
= 2 Ќ—l + S
Ќ2S + 2 Fе—l3
= 2 Fе—l2 + 2 Ќ—l + S
Ќ2S + Ќ2SO4
= 2 Ќ2ќ + SO2 + S
††††††† —ероводород
образуетс€ в природе при гниении белковых веществ. ¬ лабораторных услови€х его
получают действием сол€ной или разбавленной серной кислоты на сульфид железа
(II) (реакцию провод€т в аппарате  иппа):
FеS + 2 Ќ—l = Fе—l2
+ Ќ2S
—ероводород содержитс€ в водах некоторых целебных
источников (ѕ€тигорск, ћацеста и др.).
††††††† —ернистый газ, или диоксид серы, SO2.
ѕредставл€ет собой бесцветный газ с резким, удушливым запахом. ѕри -10 ∞— он переходит в жидкое
состо€ние, а при -73 ∞— затвердевает. ¬ 1 л воды при комнатной
температуре раствор€етс€ около 40 л сернистого газа.
††††††† —ернистый
газ €вл€етс€ ангидридом сернистой кислоты:
SO2 + Ќ2ќ
Û Ќ2Sќ3
—ернистый ангидрид взаимодействует с основными
оксидами и гидроксидами:
SO2 + Cаќ = —аSO3
SO2 + 2 NаќЌ Û Na2SO3
+ Ќ2ќ
††††††† ќн может про€вл€ть свойства окислител€ и
восстановител€. ¬ присутствии катализатора окисл€етс€ до серного ангидрида
(триоксида серы) кислородом воздуха:
2 SO2 +O2
= 2 SO3
¬ присутствии сильных восстановителей, таких, как
сероводород, сернистый газ играет роль окислител€. ≈сли один цилиндр наполнить
сернистым газом, а другой сероводородом и соединить их, то в цилиндрах по€витс€
белый осадок в виде пыли. ќсадок этот Ч сера, котора€ образуетс€ в результате
окислени€ сероводорода и восстановлени€ сернистого газа:
2 Ќ2S + Sќ2
= 2 Ќ2ќ + 3 S
††††††† ¬ промышленности
сернистый газ используют главным образом дл€ производства серной кислоты. ƒл€
получени€ сернистого газа сжигают либо серу, либо железный колчедан FеS2:
4 FеS2 + 11 O2
= 2 Fе2ќ3 + 8 SO2
††††††† «начительные
количества сернистого газа образуютс€ как побочный продукт при обжиге
сульфидных руд (цинковых, свинцовых и полиметаллических):
2 ZnS + 3 ќ2 = 2
Znќ + 2 SO2
††††††† ¬
лабораторных услови€х сернистый газ можно получить действием концентрированной
серной кислоты на сухой сульфит или металлическую медь (при нагревании):
Nа2SO3
+ Ќ2SO4 = Nа2Sќ4 + Ќ2ќ +
SO2
—u + 2 Ќ2SO4
= —uSO4 + 2 H2O + Sќ2
††††††† —о
многими окрашенными органическими соединени€ми сернистьй газ образует
бесцветные продукты, поэтому его примен€ют дл€ отбелки различных изделий. —о
временем эти бесцветные соединени€ разрушаютс€ и издели€ приобретают
первоначальную окраску.  роме того, сернистый газ примен€етс€ дл€ уничтожени€
плесени и различных вредных грибков.
††††††† —ерниста€ кислота Ќ2SO3.
явл€етс€ довольно слабой, неустойчивой и существует только в разбавленных
растворах. ¬ концентрированных растворах она распадаетс€ на сернистый газ и
воду. —ерниста€ кислота, как и сернистый ангидрид, обладает восстановительными,
а в присутствии сильных восстановителей Ч окислительными свойствами. ≈сли через
раствор сернистой кислоты пропускать ток сероводорода, то происходит выделение
серы (раствор мутнеет):
Ќ2SO3
+ 2 Ќ2S = 3 Ќ2ќ + 3 S
††††††† ≈сли к
раствору сернистой кислоты прибавить водный раствор иода, то раствор
обесцветитс€ вследствие окислени€ сернистой кислоты до серной и восстановлени€
иода до иодоводорода:
Ќ2Sќ3 +
I2 + Ќ2ќ = Ќ2SO4 + 2 ЌI
Ёта реакци€ используетс€ в лабораторной практике дл€
количественного определени€ серы.
††††††† —ерниста€
кислота Ч двухосновна€, поэтому образует средние и кислые соли Ч сульфиты и
гидросульфиты (например, Nа2SO3, и NаЌSќ3).
—ерниста€ кислота практического применени€ не находит, но ее соли, особенно Na2SO3
и NаЌSќ3, широко примен€ютс€ в кинофотопромышленности как составные
части про€вител€. ѕри нагревании сульфита кали€ или натри€ до 600 ∞— происходит образование сульфата и сульфида,
т. е. сера (IV) выступает одновременно как окислитель и восстановитель:
4 Nа2Sќ3
= Nа2S + 3 Nа2SO4
††††††† —ерный ангидрид, или триоксид серы SO3.
ѕредставл€ет собой бесцветную жидкость с температурой кипени€ 45 ∞—, превращающуюс€ при температуре ниже 17'— в
белую кристаллическую массу.  райне гигроскопичен. —оедин€€сь с водой, образует
серную кислоту:
SO3 + Ќ2ќ
= Ќ2SO4
††††††† ѕри
растворении серного ангидрида в воде выдел€етс€ большое количество теплоты и,
если прибавить к воле большое количество серного ангидрида сразу, может
произойти взрыв. —ерный ангидрид хорошо раствор€етс€ в концентрированной серной
кислоте, образу€ олеум. —одержание серного ангидрида в олеуме достигает 60 %.
—ерный ангидрид обладает всеми свойствами кислотного оксида.  ак промежуточный
продукт он примен€етс€ в производстве серной кислоты, как самосто€тельный Ч при
получении органических сульфосоединений,
††††††† —ерна€ кислота Ќ2SO4.
Ѕезводна€ серна€ кислота Ч т€жела€ масл€ниста€ бесцветна€ жидкость,
затвердевающа€ при 10,4 ∞—. ќчень гигроскопична. ѕри
нагревании 100 %-ной серной кислоты выше 200 ∞— она частично разлагаетс€, выдел€€ серный
ангидрид. –аствор, содержащий 98,3 % серной кислоты и имеющий плотность 1,841
г/см3, кипит и перегон€етс€ без разделени€ при 336,5 ∞—. “акие растворы называютс€ азеотропными
смес€ми.
††††††† —ерна€
кислота поглощает влагу, выдел€€ огромное количество теплоты. ѕоэтому нельз€
приливать воду к кислоте, так как это может привести к разбрызгиванию раствора
и даже к взрыву. —ледует приливать кислоту к воде небольшими порци€ми,
помешива€ раствор.
††††††† –азбавленна€
серна€ кислота про€вл€ет все характерные свойства сильных кислот. ќна реагирует
с основными оксидами, гидроксидами и сол€ми, в ней раствор€ютс€ металлы,
расположенные в р€ду напр€жений левее водорода. ѕри растворении металлов в
разбавленной серной кислоте образуютс€ сульфаты металлов и выдел€етс€ водород:
Zn + Ќ2SO4(рaзб.)
= ZnSO4 + Ќ2
††††††† ѕри
растворении железа, олова и других металлов, про€вл€ющих несколько степеней окислени€,
образуютс€ сульфаты металлов с низшей степенью окислени€. Ќапример:
Fe + Ќ2SO4
(разб.) = FеSO4 + Ќ2O
Sn + Ќ2Sќ4
(разб.) = SnSO4 + Ќ2≠
 онцентрированна€ серна€ кислота по химическим
свойствам резко отличаетс€ от разбавленной. ќна почти не диссоциирует, без
нагревани€ не взаимодействует с железом (пассивирует его), что позвол€ет
транспортировать и хранить ее в стальных цистернах.
†††††††  онцентрированна€
серна€ кислота обладает сильными окислительными свойствами. ќна окисл€ет
некоторые металлы, расположенные в р€ду напр€жений после водорода (например,
медь, серебро, ртуть), и многие неметаллы (например, углерод, серу, фосфор).
ѕри этом выдел€етс€ не водород, а продукты восстановлени€ серы (VI): SO2,
S или Ќ2S. —тепень окислени€ этих продуктов зависит как от
концентрации серной кислоты, так и от активности восстановител€: чем сильнее
восстановитель, тем глубже процесс восстановлени€. “ак, металлы, расположенные
в р€ду напр€жений после водорода в непосредственной близости от него,
восстанавливают концентрированную серную кислоту до SO2:
Ќg + 2 Ќ2SO4
= ЌgSO4 + SO2 + 2 Ќ2ќ
ѕри растворении свинца в гор€чей концентрированной
серной кислоте образуетс€ кисла€ соль:
–b + 3 Ќ2SO4
= –b(HSO4)2 + SO2 + 2 Ќ2ќ
∆елезо окисл€етс€ гор€чей концентрированной серной
кислотой до† степени окислени€ +3:
2 Fе + 6 Ќ2SO4
= Fе2(SO4)3 + 3 SO2 + 6 Ќ2ќ
††††††† Ѕолее
активными металлами (ћg, јl, Zn) концентрированна€ серна€ кислота (с
концентрацией 25 % и выше) восстанавливаетс€ до свободной серы и сероводорода:
Zn + 2 Ќ2Sќ4(
конц.) = ZnSO4 + SO2 + 2 Ќ2ќ
3 Zn + 4 Ќ2SO4(разб.)
= 3 ZnSO4 + S + 4 Ќ2ќ
4 Zn + 5 Ќ2Sќ4(очень
разб.) = 4 ZnSќ4 + Ќ2S + 4 Ќ2ќ
†††††††  онцентрированна€
серна€ кислота очень активно взаимодействует с неметаллами.
††††††† –еакцию
растворени€ углерода в гор€чей концентрированной серной кислоте можно
представить уравнением
— + 2 Ќ2SO4
= —ќ2 + 2 SO2 + 2 Ќ2ќ
ѕри окислении серы гор€чей концентрированной серной
кислотой в качестве продукта окислени€ и продукта восстановлени€ образуетс€
диоксид серы:
S + 2 Ќ2SO4
= 3 SO2 + 2 Ќ2ќ
†††††††  онцентрированна€
серна€ кислота окисл€ет бромид Ч и иодид-ионы до свободных брома и иода:
2  ¬г + 2 Ќ2SO4
=  2Sќ4 + SO2 + ¬r2 + 2Ќ2ќ
2  I + 2 Ќ2Sќ4
=  2SO4 + SO2 + 2 Ќ2ќ
ѕоэтому ЌBr и ЌI нельз€ получить по реакции двойного
обмена.
†††††††  онцентрированна€
серна€ кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает
возможность получать Ќ—l по реакции двойного обмена:
Nа—l + Ќ2SO4(конц.)
= NаЌSO4 + Ќ—l
††††††† —ерна€
кислота отнимает воду у многих органических соединений, содержащих водород и
кислород (углеводы, клетчатка и др.), обуглива€ их.
††††††† —ерна€
кислота двухосновна€, поэтому образует средние (сульфаты) и кислые
(гидросульфаты) соли.
††††††† —ульфаты
свинца –bSќ4 и кальци€ —аSO4, (средние соли)
слаборастворимы, а сульфат бари€ ¬аSќ4, и стронци€ SrSO4
практически нерастворимы в воде и кислотах.
†ѕолучение и применение серной кислоты.
—уществуют два промышленных способа получени€ серной кислоты:† контактный и нитрозный.
††††††† ѕри
контактном способе получени€ серной кислоты сульфидную руду (чаще всего
железный колчедан FеS2) обжигают в специальных колчеданных печах.
ѕри этом получаетс€ обжиговый газ, содержащий приблизительно 9 % сернистого
ангидрида. ѕеред тем как произвести окисление сернистого газа в серный
ангидрид, обжиговый газ очищают от целого р€да примесей, которые могут
затруднить и даже сделать невозможным последующее окисление. ќдной из таких
примесей €вл€етс€ пыль, котора€ может отравить катализатор. ќчистка от
пыли† производитс€ в специальных
устройствах Ч циклон-аппаратах и электрофильтрах. —хема дальнейшей переработки
обжигового газа† приведена на рис. 43.
ќбжиговый газ проходит башню 1, в которую подают 70 %-ный раствор серной
кислоты (орошают серной кислотой)†
противотоком, т. е. навстречу поступающему газу. ¬ этой башне обжиговый
газ охлаждаетс€ и очищаетс€ от остатков пыли.
†††††††  роме
сернистого ангидрида, в обжиговом газе всегда присутствуют јs2ќ3,
небольшое количество серного ангидрида SO3 и вод€ные пары,
отравл€ющие примен€емые катализаторы. ¬од€ные пары не €вл€ютс€ каталитическим
€дом, но снижают активность катализатора и привод€т к потере серной кислоты
(потери вызваны образованием туманообразной серной кислоты, котора€ может
реагировать с веществами контактной массы и понижать ее активность).  роме
того, туманообразна€ серна€ кислота очень плохо раствор€етс€ в
концентрированной серной кислоте и поэтому в башне 7 не задерживаетс€ и вместе
с выхлопными газами может уйти в атмосферу. ќчистка обжигового газа от As2ќ3
и туманообразной серной кислоты осуществл€етс€ в электрофильтре 2. ¬ башне 3,
котора€ орошаетс€ концентрированной серной кислотой, обжиговый газ
высушиваетс€, после чего поступает в контактный аппарат 5. –астворы кислот
после орошени€ в поглотительных башн€х 1 и 3 охлаждаютс€ и вновь подаютс€ на
орошение.

–ис. 43 —хема контактного способа производства
серной кислоты; 1 Ч охладительна€ башн€; 2 Ч электрофильтр; 3 Ч осушительна€
башн€; 4 Ч теплообменник; 5 Ч контактный аппарат; 6 Ч холодильник; 7 Ч
поглотительна€ башн€.
††††††† ¬
контактном аппарате производитс€ окисление сернистого ангидрида в серный. Ёта
реакци€ €вл€етс€ экзотермической. ќднако образующийс€ серный ангидрид
термически малоустойчив и при высокой температуре может снова разлагатьс€ на
кислород и сернистый газ. “аким образом, реакци€
2 SO2 + O2
Û 2 SO3
обратима. ѕри низкой температуре окисление идет
очень медленно и значительна€ часть сернистого газа, проход€ через контактный
аппарат, не успевает окислитьс€. ѕоэтому, чтобы достигнуть максимальной степени
окислени€ сернистого газа и в то же врем€ избежать разложени€ серного ангидрида,
скорость газа регулируют таким образом, чтобы температура в контактном аппарате
поддерживалась в пределах 470-490 ∞—. Ёто достигаетс€ с помощью теплообменника
4, в котором обжиговый газ нагреваетс€ газами, выход€щими из контактного
аппарата. ¬ теплообменнике газ нагреваетс€ до температуры около† 450 ∞—, а выход€щие газы
охлаждаютс€ до температуры около 200 ∞—.
††††††† ¬
контактном аппарате 5 на полках помещаетс€ катализатор V2O5
с различными добавками Ч контактна€ масса, на поверхности которой происходит окисление
сернистого газа.
†¬ыход€щий из
теплообменника 4 газ дополнительно охлаждаетс€ водой в холодильнике 6 и
поступает в башню 7, котора€ орошаетс€ концентрированной серной кислотой
(купоросным маслом). ¬ промышленной установке таких башен может быть несколько.
—ерный ангидрид раствор€етс€ в концентрированной серной кислоте, образу€ олеум
раствор SO3 в безводной серной кислоте.

†–ис. 44.
—хема нитрозного способа получени€ серной кислоты:† 1 Ч продукционна€ башн€; 2 Ч окислительна€ башн€; 3 Ч поглотительна€
башн€.

††††††† ѕолучаемый
олеум транспортируют в стальных цистернах к месту потреблени€, где из него,
разбавлением водой, получают серную кислоту нужной концентрации.
††††††† ѕри
нитрозном способе получени€ серной кислоты окисление сернистого газа
осуществл€етс€ оксидами азота. —хема процесса показана на рис. 44. ќбжиговый
газ подаетс€ в продукционную башню 1, орошаемую нитрозилсерной кислотой NќЌSќ3.
ƒл€ запуска процесса сернистую кислоту окисл€ют азотной кислотой согласно
уравнени€м:
Sќ2 + Ќ2ќ
= Ќ2Sќ3
3 Ќ2SO3 +
2 ЌNќ3 = 3 Ќ2Sќ4 + 2 Nќ + Ќ2ќ
††††††† ќксиды
азота вместе с выхлопными газами (азот и кислород) подаютс€ в башню 2 дл€
окислени€ монооксида азота в диоксид. ѕоток газа регулируют таким образом,
чтобы 50 % газа проходило через окислительную башню 2, а 50 % Ч миновало ее.
“аким образом, в поглотительную башню 3 попадает газова€ смесь, содержаща€
монооксид и диоксид азота в эквимол€рном соотношении, вследствие чего
образуетс€ азотистый ангидрид:
Nќ + Nќ2 = N2ќ3
ѕри низкой температуре равновесие сдвигаетс€ в
сторону образовани€ азотистого ангидрида N2ќ3, а при
повышении температуры Ч в сторону образовани€ монооксида и диоксида азота. ¬
поглотительной башне 3 азотистый ангидрид реагирует с концентрированной серной
кислотой, образу€ нитрозилсерную кислоту:
N2ќ3 +
2 Ќ2SO4 = 2 NќЌSќ4 + Ќ2ќ
Ёта реакци€ может протекать только с
концентрированной серной кислотой. ѕри разбавлении водой Ќитрозилсерна€ кислота
вновь разлагаетс€ на серную кислоту и оксиды азота.
†Ќитрозилсерна€ кислота подаетс€ на орошение в продукционную башню
1, где и разлагаетс€ водой, а выделившийс€ азотистый ангидрид окисл€ет
образующуюс€ в башне 1 сернистую кислоту:
2 NќЌSO4 + Ќ2ќ
= 2 Ќ2SO4 + N2ќ3
SO2 + Ќ2ќ
= Ќ2SO3
Ќ2Sќ3 +
N2ќ3 = Ќ2SO4 + 2 Nќ
ћонооксид азота вновь направл€етс€ в окислительную
башню 2 и процесс повтор€етс€.
††††††† ѕромышленные
установки имеют, как правило, 2-3 продукционые и 2-3 поглотительные башни.
††††††† ќксиды
азота, которые не поглотились серной кислотой, уславливаютс€ в санитарной башне
(на схеме не показана), в которую подают либо раствор соды Nа2—ќ3,
либо раствор извести —а(ќЌ)2:
N2ќ3 +
Nа2—ќ3 = 2 NаNќ2 + —ќ2
2 Nќ2 + Nа2—ќ3
= NаNќ3 + NаNќ2 + —ќ2
N2ќ3 +
—а(ќЌ)2 = —а(Nќ3)2 + Ќ2ќ
4 Nќ2 + 2 —а(ќЌ)2
= —а(Nќ3)2 + —а(Nќ2)2 + 2 Ќ2ќ
ѕотер€ оксидов азота компенсируетс€ введением новых
порций азотной кислоты.
† онцентраци€
серной кислоты, получаемой нитрозным способом, достигает 70-80 %.
††††††† —ерна€
кислота находит самое широкое применение. ќна используетс€ дл€ получени€
сол€ной, азотной, фосфорной, плавиковой и многих органических кислот методом
обмена, в производстве фосфорных и азотных удобрений, органических
сульфосоединений, дл€ очистки различных газов, входит в состав нитрующих
смесей, используетс€ в производстве красителей, дл€ зар€дки аккумул€торов и др.
††††††† Ўироко
примен€ютс€ соли серной кислоты. —ульфат
натри€ (глауберова соль) Nа2SO4Ј10Ќ2ќ примен€етс€ дл€ производства
соды и в стекольной промышленности. —ульфат
кальци€ распространен в природе в виде двуводного кристаллогидрата гипса —аSO4Ј2Ќ2ќ и безводной соли ангидрита —аSO4. ѕри нагревании
природный гипс тер€ет значительную часть воды и переходит в полуводный гипс
2—аSO4ЈЌ2ќ или —аSO4Ј1/2Ќ2ќ, называемый алебастром. Ќаиболее интенсивна€ потер€
воды происходит при 120-190 ∞—. јлебастр энергично присоедин€ет воду и при
этом затвердевает. Ёто свойство используетс€ в строительной технике. ¬
зависимости от условий термической обработки можно получить полуводный гипс в
виде d- и b- модификаций, различающихс€
физико-химическими свойствами. b-модификаци€ образуетс€ при
нагревании двуводного гипса при нормальном давлении, а d-модификаци€ Ч при его
нагревании под давлением около 130 кѕа (1,3 атм). «атвердева€, d-модификаци€
гипса требует меньшего количества воды, а издели€ из нее более прочны, чем из b-модификации.
††††††† јнгидритовые
в€жущие материалы получают путем обжига гипсового камн€ при повышенных
температурах (600-700 ∞—) с различными добавками. ѕри этом получают
отделочный гипсовый цемент и кальцинированный гипс (экстрих-гипс). Ёти
материалы затвердевают значительно медленнее, чем полуводный гипс, и
примен€ютс€ дл€ изготовлени€ строительных растворов и бетонов малой прочности,
а также искусственного мрамора, бесшовных настилов полов и др..
††††††† —ульфат
магни€, или горька€ соль, ћgSO4Ј7Ќ2ќ примен€етс€
†в медицине
как слабительное.
††††††† —ульфат
железа (II), или железный купорос, FеSO4Ј7Ќ2ќ примен€етс€ дл€ приготовлени€
желтой кров€ной соли  4[Fе(—N)6], чернил, дл€ очистки
воды и консервировани€ дерева.
††††††† —ульфат
меди, или медный купорос, —uSќ4Ј5Ќ2ќ примен€етс€
†дл€ борьбы с
различными грибками Ч вредител€ми сельского хоз€йства, дл€ производства медных
покрытий и получени€ различных соединений меди.
††††††† »з
растворов, содержащих сульфат трехвалентного металла (Fе3+, јl3+, —г3+) и сульфат одновалентного
металла ( +, NЌ4+, Rb+), выкристаллизовываютс€
двойные соли типа  2SO4ЈAl2,(SO4)3Ј24H2O или  јl(SO4)3Ј12Ќ2ќ. ¬место кали€ и алюмини€
могут сто€ть в любом сочетании перечисленные элементы. Ёти соединени€
называютс€ квасцами.  васцы существуют только в твердом виде. ¬ растворе они
ведут себ€ как две самосто€тельные соли, т. е. как смесь сульфатов одно- и
трехвалентных металлов.

††††††† 74. ’ром

††††††† ’ром
был открыт Ћ. Ќ. ¬окленом в 1797 г.
†Ќахождение в природе. ѕриродные
соединени€ хрома: хромистый железн€к FеќЈ—r2ќ3
и свинцова€ красна€ руда –b—rќ4. Ѕольшие залежи хромовых руд
встречаютс€ на ”рале.
††††††† ‘изические свойства. ’ром Ч белый
блест€щий металл, отличающийс€ твердостью и хрупкостью, с плотностью 7,2 г/см3,
температурой плавлени€ 1903 ∞— и температурой кипени€
около 2570 ∞—. Ќа воздухе поверхность
хрома покрываетс€ оксидной пленкой, котора€ предохран€ет его от дальнейшего
окислени€. ƒобавка углерода к хрому еще больше увеличивает его твердость.
††††††† ’имические свойства. ’ром на холоду
очень инертен. ѕри нагревании он взаимодействует с кислородом, галогенами,
азотом, углеродом, серой и др.:
4 Cr + 3 O2 = 2
Cr2O3
2 Cr + 3 Cl2 = 2
CrCl3
2 Cr + 3 S = Cr2S3
2 Cr + N2 = 2 CrN
††††††† —ульфид
хрома может существовать только в сухом виде. ѕри
контакте с водой, даже с ее парами, он полностью
гидролизуетс€:
†—r2S3 + 6 Ќ2ќ = 2 —r(ќЌ)3
+ 3 Ќ2S
††††††† ѕри
нагревании хром раствор€етс€ в сол€ной и серной кислотах:
—r + Ќ2Sќ4
= —rSO4 + Ќ2
—r + 2 H—l = —r—l2
+ Ќ2
—оединени€ хрома (II) неустойчивы и легко окисл€ютс€
до соединений хрома (III):
4 —r—l2 + O2
+ 4 Ќ—l = 4 —r—l3 + 2 Ќ2ќ
¬ азотной кислоте и царской водке на холоду хром
вовсе не раствор€етс€, а при кип€чении раствор€етс€ очень слабо. Ёто
объ€сн€етс€ тем, что азотна€ кислота пассивирует хром. ’ром пассивируетс€ и
другими сильными окислител€ми.
††††††† ѕолучение.
¬ промышленности получают как чистый хром, так и его сплав с железом
(феррохром). „истый хром получают восстановлением его оксида алюминием:
—г2ќ3 +
2 јl = 2 —r + јl2O3
††††††† ‘еррохром
бывает двух видов: содержащий и не содержащий углерод. ѕервый получают
восстановлением хромистого железн€ка коксом:
FеќЈ—r2ќ3 + 4 — = Fе + 2 —r
+ 4 —ќ
второй Ч восстановлением хромистого железн€ка
алюминием:
†3 FеќЈ—r2ќ3
+ 8 јl = 3 Fе + 6 —r + 4 јl2O3
††††††† ѕрименение. ’ромом покрывают железные
и стальные детали и инструменты, которые используютс€ в промышленности.
’ромирование деталей осуществл€етс€ электролитическим методом.
††††††† Ќаибольшее
количество хрома примен€етс€ в металлургии дл€ получени€ хромистых сталей,
которые отличаютс€ большой твердостью и прочностью, поэтому используютс€ дл€
изготовлени€ инструментов, шарикоподшипников и деталей машин, несущих большую
нагрузку. ƒобавка хрома к бронзе, латуни и другим сплавам значительно повышает
их твердость. —плав хрома с никелем и железом (нихром) обладает высоким
электрическим сопротивлением и примен€етс€ дл€ изготовлени€ спиралей
электронагревательных приборов.
†††††††  ислородные соединени€ хрома (III).
ќксид хрома (III) —r2ќ3 €вл€етс€ амфотерным. ¬ обычных
услови€х это порошок зеленого цвета. ќн не раствор€етс€ в воде, очень слабо
раствор€етс€ в кислотах и щелочах, а при сплавлении со щелочами или карбонатами
щелочных металлов образует растворимые в воде соли хромистой кислоты Ч хромиты:
—г2ќ3
+ 2 NаќЌ = 2 Nа—rќ2 + Ќ2ќ
—r2ќ3
+  2—ќ3 = 2  —гќ2 + —ќ2
††††††† ќксид
хрома (III) при сплавлении со щелочами в присутствии кислорода воздуха может
окисл€тьс€ до хроматов:
2 —r2ќ3
+ 8  ќЌ + 3 O2 = 4  2—гќ4 + 4 Ќ2ќ
††††††† ¬
лабораторных услови€х оксид хрома (III) можно получить термическим разложением
дихромата аммони€:
(NЌ4)2—r2O7
= —r2ќ3 + N2 + 4 Ќ2ќ
††††††† ¬
промышленности оксид хрома (III) получают восстановлением дихромата кали€
коксом или серой:
2  2—r2ќ7
+ 3 — = 2 —r2ќ3 + 2  2—ќ3 + —ќ2
 2—r2ќ7
+ S = —r2ќ3 +  2SO4
††††††† ќксид
хрома (III) примен€етс€ дл€ получени€ хрома, а также дл€ изготовлени€ масл€ных
и акварельных красок. ’ромовые краски устойчивы к действию влаги и нагреванию.
—оли хрома (III) примен€ютс€ в промышленности дл€ получени€ хромовой кожи.
††††††† ѕри
действии щелочей на растворы солей хрома (III) выпадает осадок гидроксида хрома
(III) —r(ќЌ)3 серовато-голубого цвета. √идроксид хрома (III)
обладает амфотерными свойствами. ¬ отличие от оксида гидроксид хрома
легкорастворим как в кислотах, так и в щелочах:
2 —r(ќЌ)3 + 3 Ќ2SO4
= —r2(SO4)3 + 6 Ќ2ќ
Cr(ќЌ)3 +3 NаќЌ =
Nа3[—г(ќЌ)6].
поэтому его можно осадить, только если не добавл€ть избытка
щелочи. ѕри нагревании гидроксид хрома (III) тер€ет воду, превраща€сь в оксид:
2 —r(ќЌ)3 = —r2ќ3
+ 3 Ќ2ќ
††††††† Ѕольшинство
солей хрома (III) хорошо растворимо в воде, но легко подвергаетс€ гидролизу.
—ульфат хрома вместе с сульфатами калим, аммони€, рубиди€ или цези€
выкристаллизовываетс€ в виде квасцов
ће2SO4Ј—r2(SO4)3Ј24Ќ2ќ или ће—г(SO4)2Ј12Ќ2ќ, где ће Ч катион кали€,
аммони€, рубиди€ или цези€.
††††††† ’ромовый ангидрид и хромовые кислоты Ч
соединени€, в которых хром содержитс€ в высшем валентном состо€нии: +6.
“риоксид хрома —гќ3 Ч кислотный оксид, который взаимодействует с
водой, основными оксидами и основани€ми:
—rќ3 + Ќ2ќ
= Ќ2—rO4
2 —rќ3 + Ќ2ќ
= Ќ2—r2ќ7
—rќ3 + —аќ =
—а—rќ4
—rќ3 + 2  ќЌ =  2—rќ4
+ Ќ2ќ
††††††† ’ромовый
ангидрид может образовывать как хромовую, так и двухромовую кислоты и их соли.
—осто€ние равновеси€
2 —rќ42- + 2 Ќ+ Û 2 Ќ—rќ- Û Cr2ќ72- + Ќ2ќ
зависит от кислотности среды: в кислом растворе
основна€ масса хрома находитс€ в виде дихромата, а в щелочном, где концентраци€
ионов водорода очень мала, Ч в виде хромата.
††††††† ’ромовый
ангидрид Ч очень сильный окислитель. –еакции его с некоторыми органическими
веществами в присутствии серной кислоты протекают со взрывом:
8 —rќ3 + 3 —Ќ3—ќ—Ќ3
+ 12 Ќ2Sќ4 = 4 —r2(Sќ4)з + 9
—ќ2 + 9 Ќ2ќ
††††††† ’ромовый
ангидрид можно получить действием концентрированной серной кислоты на сухие
хроматы или дихроматы:
K2CrO4
+ H2SO4 = K2SO4 + CrO3 +
H2O
K2Cr2O7
+ H2SO4 = K2SO4 + 2 CrO3
+ H2O
†’ромовый
ангидрид примен€етс€ как окислитель при различных органических синтезах.
††††††† —оли щелочных
металлов и аммони€ хромовых кислот хорошо растворимы в воде. —оли других
металлов раствор€ютс€ трудно. ƒихромат кали€  2—г2ќ7,
(хромпик) широко примен€етс€ как окислитель в лабораторной практике и
химической технологии. ƒействие хроматов и дихроматов как окислителей
про€вл€етс€ в кислой среде:
 2—г2ќ7 + 6 FеSO4
+ 7 Ќ2SO4 =  2Sќ4 + —r2(SO4)3
+ 3 Fе2(SO4)3 +
†+ 7 Ќ2ќ
††††††† ѕри
прибавлении раствора железного купороса к раствору дихромата кали€ оранжева€
окраска исчезает и по€вл€етс€ зелена€, обусловленна€ образованием
гидратированных ионов —г3+.
††††††† Ѕромиды
и иодиды окисл€ютс€ дихроматом кали€ до свободных галогенов:
† 2—r2ќ7 + 6  I + 7 Ќ2SO4
= —r2(SO4)3 + 3I2 + 4  2SO4
+ 7 Ќ2ќ
ѕри взаимодействии дихромата кали€ с иодоводородной
и бромоводородной кислотами подкисл€ть раствор не требуетс€, так как
необходимую кислотность создают сами восстановители, которые €вл€ютс€ сильными
кислотами:
 2—r2ќ7
+ 14 Ќ¬r = 2  ¬r + 2 —r¬r3 + 3 ¬r2 + 7 Ќ2ќ
¬ыдел€ющийс€ иод или бром маскирует переход
оранжевой окраски раствора в зеленую.
††††††† ¬
аналитической химии реакци€ окислени€ хроматом или дихроатом кали€ различных
ионов используетс€ дл€ их определени€. Ётот метод анализа называетс€ хроматометрией.
††††††† –аствор
дихромата кали€ в концентрированной серной кислоте называетс€ хромовой смесью и
используетс€ в лабораторной практике дл€ мыть€ посуды. ќн легко удал€ет жир с
поверхности стекла, окисл€€ его образующимс€ хромовым ангидридом и смыва€
концентрированной серной кислотой.

„ а с т ь II.
Ќ≈ќ–√јЌ»„≈— јя ’»ћ»я

†√ л а в а VII. —≈ƒ№ћјя √–”ѕѕј ѕ≈–»ќƒ»„≈— ќ…
—»—“≈ћџ
ЁЋ≈ћ≈Ќ“ќ¬

†† 64. ќбща€ характеристика элементов VII группы

†† Ёлементы,
вход€щие в VII группу периодической системы, дел€тс€ на две подгруппы: главную
подгруппу галогенов Ч и побочную Ч подгруппу марганца. ¬ эту же группу
помещают н водород, хот€ его атом имеет на внешнем, валентном, уровне
единственный электрон и его следовало бы поместить в I группу. ќднако водород
имеет очень мало общего как с элементами основой подгруппы Ч щелочными
металлами, так и с элементами побочной подгруппы Ч медью, серебром и золотом. ¬
то же врем€ он, как и галогены, присоедин€€ в реакци€х с активными металлами
электрон, образует гидриды, имеющие некоторое сходство с галогенидами.
††   подгруппе
галогенов относ€тс€ фтор, хлор, бром, иод и астат. ѕервые четыре элемента
встречаютс€ в природе, последний получен искусственно и поэтому изучен
значительно меньше остальных галогенов. —лово галоген означает солеобразующий.
Ёто название элементы подгруппы получили благодар€ легкости, с которой они
реагируют со многими металлами, образу€ соли.
†† ¬се галогены
имеют структуру внешней электронной оболочки s2p5.
ѕоэтому они легко принимают электрон, образу€ устойчивую благородногазовую
электронную оболочку (s2р6). Ќаименьший радиус атома в
подгруппе Ч у фтора, у остальных он увеличиваетс€ в р€ду F < Cl < Br <
I < јt и составл€ет соответственно 133; 181; 196; 220 и 270 пм. ¬ таком же
пор€дке уменьшаетс€ сродство атомов элементов к электрону. √алогены Ч очень
активные элементы. ќни могут отнимать, электроны не только у атомов, которые их
легко отдают, но и у ионов и даже вытесн€ть другие галогены, менее активные, из
их соединений. Ќапример, фтор вытесн€ет хлор из хлоридов, хлор - бром из
бромидов, а бром Ч иод из иодидов.
†† »з всех
галогенов только фтор, наход€щийс€ во II периоде, не имеет незаполненного
d-уровн€. ѕо этой причине он не может иметь больше одного неспаренного
электрона и про€вл€ет валентность только -1. ¬ атомах других галогенов
d-уровень не заполнен, что дает им возможность иметь различное количество
неспаренных электронов и про€вл€ть валентность -1, +1, +3, +5 и +7,
наблюдающуюс€ в кислородных соединени€х хлора, брома и иода.
††   подгруппе
марганца принадлежат марганец, технеций и рений. ¬ отличии от галогенов
элементы подгруппы марганца имеют на внешнем электронном уровне всего два
электрона и поэтому не про€вл€ют способности присоедин€ть электроны, образу€
отрицательно зар€женные ионы.
†† ћарганец
распространен в природе и широко используетс€ в промышленности.
†† “ехнеций
радиоактивен, в природе не встречаемс€, а получен искусственно (впервые - Ё.
—егре и  . ѕеррье, 1937}. Ётот элемент образуетс€ вследствие радиоактивного
распада урана. –ений относитс€ к числу рассе€нных элементов. ќн не образует
самосто€тельных минералов, а встречаетс€ в качестве спутника некоторых
минералов, особенно молибденовых. ќн был открыт ¬. и ». Ќоддак в 1925 г.
—плавы, имеющие небольшие добавки рени€, обладают повышенной устойчивостью
против коррозии. ƒобавка рени€ к и ее сплавам увеличивает их механическую
прочность. Ёто свойство рени€ позвол€ет примен€ть его вместо благородного
металла ириди€. ѕлатино-платинорениевые термопары работают лучше
платино-платиноиридиевых, но их нельз€ использовать при очень высоких температурах,
так как образуетс€ летучее соединение Re2O7.

††† 65.
¬одород

†† ¬одород бы
открыт английским физиком и был √.  авендишем в 1766 г.
†† Ќахождение в природе. —одержание водорода в
земной коре, или его кларк, составл€ет 0,15 %. Ётот элемент входит в состав
многих минералов, всех органических соединений, а также воды, котора€ покрывает
почти 3/4 поверхности «емного шара. ¬ свободном состо€нии водород встречаетс€ в
небольших количествах в верхних сло€х атмосферы и некоторых природных горючих
газах.
†† ‘изические свойства. ѕри обычных услови€х
водород Ч газ без цвета и запаха. ¬одород Ч самый легкий из всех элементов: в
14,5 раза легче воздуха, слабо растворим в воде (в 100 объемах воды при
комнатной температуре раствор€ютс€ 2 объема водорода). ѕри температуре -253 ∞— и атмосферном давлении
водород переходит в жидкое состо€ние, а при -259 ∞— затвердевает. »з-за малой молекул€рной
массы он .легко диффундирует (проходит) через пористые перегородки и даже через
нагретую металлическую перегородку. ¬от почему резиновые шарики, наполненные
водородом и очень тщательно зав€занные, спуст€ некоторое врем€ сдуваютс€. ѕри
повышенной температуре водород хорошо растворим во многих металлах (никеле,
платине, палладии).
†† ¬ природе
водород существует в виде трех изотопов: протий Ч с массовым числом 1, дейтерий
с массовым числом 2 и тритий Ч с массовым числом 3. 99,98 % природного
водорода составл€ет протий.
†† ’имические свойства. јтом водорода имеет всего
один электрон, поэтому при образовании химических соединений может легко
отдавать его, либо образовывать одну общую электронную пару, либо присоедин€ть
еще один электрон, образу€ двухэлектронную внешнюю оболочку, как у благородного
газа гели€.
†† »з-за малого
зар€да €дра атом водорода сравнительно слабо прит€гивает электроны и может
присоедин€ть их только в том случае, когда другой элемент легко их отдает.
“акими элементами €вл€ютс€ щелочные и щелочноземельные металлы, которые при
нагревавши в атмосфере водорода образуют солеобразные соединени€ Ч гидриды:
2  + Ќ2 = 2  Ќ
(гидрид кали€)
† —а + Ќ2 = —аЌ2 (гидрид кальци€)
†† ƒл€ водорода
более характерны соединени€, в которых он про€вл€ет положительную степень
окислени€. ќн взаимодействует со многими неметаллами. ¬ зависимости от
активности неметаллов реакци€ может протекать с различной скоростью. “ак, со
фтором водород взаимодействует всегда со взрывом:
†F2 + H2 = 2 ЌF {фтороводород)
’лор взаимодействует с водородом значительно
спокойнее: в темноте и без нагревани€ реакци€ протекает довольно медленно, на
свету Ч значительно быстрее, а при наличии инициатора (искра, нагревание) Ч
моментально и со взрывом. ѕоэтому смесь хлора и водорода €вл€етс€ гремучей и
требует чрезвычайной осторожности в обращении. ¬одород хорошо горит в атмосфере
хлора. ¬о всех случа€х реакци€ водорода с хлором протекает по уравнению
Ќ2 + —12
= 2 Ќ—1 (хлороводород)
— бромом и иодом водород реагирует очень медленно.
†† “ак же
активно, как с хлором, водород реагирует и с кислородом
†2 Ќ2 + ќ2 = 2 Ќ2ќ†
—месь водорода с кислородом тоже €вл€етс€ гремучей и
при наличии инициатора взрываетс€.
†† — другими
неметаллами водород реагирует либо при высокой температуре, либо при высоких.
температуре и давлении. Ќапример, с серой водород реагирует только при
нагревании, а с азотом Ч при нагревании и высоком давлении:
Ќ2 + S = Ќ2S
(сероводород)
3 H2 + N2
= 2 NЌ3 (аммиак)†
†† ¬одород
может отнимать кислород или галогены от многих металлов и неметаллов. ¬ этом
случае он выступает как восстановитель:
†—uќ + Ќ2 = —u + Ќ2ќ
†—u—l2 + Ќ2 = —u + 2 Ќ—1
Ёти реакции используютс€ в металлургии дл€ получени€
свободных металлов. ќни, как правило, протекают при высоких температурах. „ем
активнее металл, тем более высока€ температура требуетс€ дл€ его
восстановлени€.
†† јтомарный
водород более активен, чем молекул€рный, поэтому все характерные дл€ водорода
реакции с атомарными водородом протекают более энергично. ≈сли молекул€рный
водород восстанавливает металлы из .солей только при нагревании, то атомарный
водород может восстанавливать многие металлы из их солей даже в водных
растворах.
†† ќбразование
молекулы водорода из его атомов сопровождаетс€ выделением большого количества
теплоты:
†Ќ + Ќ = Ќ2 + 435 кƒж
†≈сли
направить ток газа, содержащего атомарный водород, на твердое тело, то за счет.
теплоты, выдел€ющейс€ вследствие образовании молекул водорода из атомов,
температура поверхности тела повыситс€ до 4000 ∞—. Ёту реакцию используют
при сварочных работах.
†† ѕолучение. ¬ лабораторных услови€х водород получают:
†† 1)
взаимодействием металла (чаще всего цинка) с сол€ной или
разбавленной серной. кислотой:
†Zn + 2 Ќ—l = Zn—12 + Ќ2≠
¬ ионной форме уравнение имеет следующий вид:
†Zn + 2 Ќ+ = Zn2+ + Ќ2≠
–еакцию провод€т в аппарате  иппа (рис. 40). ¬ средний шар загружают
гранулированный' цинк, а верхний при закрытом кране заполн€ют раствором
кислоты. ¬ работающем аппарате кислота из верхнего шара опускаетс€ в нижнюю
емкость, откуда попадает в средний шар, где реагирует с цинком. –еакци€ при
открытом кране продолжаетс€ до полного растворени€ цинка. ≈сли кран закрыть,
водород из среднего шара не выходит и вытесн€ет из него кислоту в нижнюю
емкость, откуда избыток ее переходит в верхний шар. –еакци€ прекращаетс€.  ак
только кран открывают, кислота снова контактирует с цинком, образуетс€ водород;
†† 2)
взаимодействием со щелочами металлов, гидроксиды которых обладают амфотерными
свойствами (алюминий, цинк):†
Zn + 2  ќЌ + 2 Ќ2ќ
=  2[Zn(ќЌ)4] + Ќ2≠
2 ј1 + 6  ќЌ + 6 Ќ2ќ
= 2  3[ј1(ќЌ)6] + 3 Ќ2≠
†† 3)
электролизом воды, к которой дл€ увеличени€ электроводности прибавл€ют
электролит Ч щелочь или сульфат щелочного металла. ’лориды дл€ этой цели менее
пригодны, так как при их электролитическом разложении на аноде выдел€етс€ хлор.
†† ¬
промышленности водород получают другими способами:
†† 1)
обработкой раскаленного угл€ вод€ным паром в специальных аппаратах Ч
газогенераторах. ¬ результате взаимодействи€ вод€ного пара с углеродом
образуетс€ так называемый вод€ной газ, состо€щий из водорода и монооксида
углерода:
— + Ќ2ќ = —ќ + Ќ2
†ѕри
обработке вод€ного газа вод€ным паром в присутствии железного катализатора
монооксид углерода превращаетс€ в диоксид, который легко раствор€етс€ в воде
при повышенном давлении или в растворах щелочей:
†—ќ + Ќ2ќ = —ќ2 + Ќ2
†—ќ2 + Ќ2ќ Û Ќ2—ќ3
†—ќ2 + 2  ќЌ =  2—ќ3 + Ќ2ќ
††† 2) конверсией (превращением) метана с вод€ным
паром, углекислым газом или смесью вод€ного пара и углекислого газа:
—Ќ4 + Ќ2ќ
= —ќ + 3 Ќ2
—Ќ4 + —ќ2
= 2 —ќ + 2 Ќ2
3 —Ќ4 + —ќ2
+ 2 Ќ2ќ = 4 —ќ + 8 Ќ2
Ёти процессы протекают при температуре около 1000 ∞— в присутствии катализатора на основе никел€
с добавками оксидов магни€, алюмини€ и других металлов. ѕолученна€ смесь может
использоватьс€ как сырье дл€ производства различных органических веществ
(метанола, альдегидов, углеводородов и др.) или получени€ водорода (смесь
обрабатывают вод€ным паром, как показало выше);
†† 3) как
побочный продукт производства хлора и гтдроксидов щелочных металлов
электролизом растворов их хлоридов.
†† ѕрименение. ¬одород Ч ценное сырье дл€ химической
промышленности. ќн, используетс€ дл€ получени€ аммиака, метанола, альдегидов,
углеводородов, превращени€ жидких жиров в твердые (гидрогенизаци€),
производства жидкого топлива гидрогенизацией углей и мазута. ¬ металлургии
водород используют как восстановитель оксидов или хлоридов дл€ получени€
металлов и неметаллов (германи€, кремни€, галли€, циркони€, гафни€, молибдена,
вольфрама и др.). Ѕлагодар€ высокой температуре горени€ в кислороде водород
примен€ют также при резке и сварке металлов (автоген).

†† 66. ’лор

†† ’лор был
открыт шведским химиком  . ¬. Ўееле в 1774 г.
†† Ќахождение в природе. »з-за высокой активности
хлор в свободном состо€нии в природе не встречаетс€. Ўироко известны его
природные соединени€ Ч хлориды щелочных и щелочноземельных металлов, наиболее
распространенными из которых €вл€ютс€ каменна€ (поваренна€) соль Nа—1,
сильвинит Ч смесь хлоридов кали€ и натри€ Ч и карналлит  —1ЈћgC12Ј6Ќ2ќ.  ак примеси к названным
минералам встречаютс€ хлориды других металлов. «начительное количество хлоридов
различи€х металлов содержитс€ в морской воде.
†† ‘изические свойства. ѕри обычных услови€х хлор Ч
газ желто-зеленого цвета с резким запахом, €довит. ќн в 2,5 раза т€желее
воздуха. ¬ 1 объеме воды при 20 ∞— раствор€етс€ около 2
объемов хлора. “акой раствор называетс€ хлорной водой. ѕри атмосферном давлении
хлор при -34 ∞— переходит в жидкое состо€ние, а при -101 ∞— затвердевает. ѕри
комнатной температуре он переходит в жидкое состо€нии только при давлении 600
кѕа (6 атм). ’лор хорошо растворим во многих органических растворител€х,
особенно в тетрахлориде углерода, с которым не взаимодействует.
†† ’имические свойства. Ќа внешнем электронном
уровне атома хлора наход€тс€ 7 электронов (s2p5), поэтому
он легко присоедин€ет электрон, образу€ анион —l- . Ѕлагодар€ наличию
незаполненного d-уровн€ в атоме хлора могут по€вл€тьс€ 1, 3, 5 и 7 неспаренных
электронов, поэтому в кислородсодержащих соединени€х он может иметь степень
окислени€ +1, +3, +5 и +7.
†† ¬ отсутствие
влаги хлор довольно инертен, но в присутствии даже следов влаги активность его
резко возрастает. 0н хорошо взаимодействует с металлами:
2 Fе + 3 —12 = 2
Fе—13 (хлорид железа (III)
Cu + —12 = —u—12
(хлорид меди (II)
и многими неметаллами:
†Ќ2 + —12 = 2 Ќ—l (хлороводород)
†2 S + —12 = S2Cl2 (хлорид серы
(1))
†Si + 2 —12 = Si—14 (хлорид кремни€. (IV))
†2 – + 5 —12 = 2 –—15 (хлорид фосфора (V))
— кислородом, углеродом и азотом хлор в
непосредственное взаимодействие не вступает.
†† ѕри
растворении хлора в воде образуетс€ две кислоты: хлороводородна€, или сол€на€,
и хлорноватиста€:
†—12 + Ќ2ќ = Ќ—l + Ќ—lO
ѕри взаимодействии хлора с холодными растворами
щелочей образуютс€ соответствующие соли этих кислот:
†—12 + 2 NaOЌ = Na—1 + NaClќ + Ќ2ќ
ѕолученные растворы называютс€ жавелевой водой,
котора€, как и хлорна€ вода, обладает сильными окислительными свойствами
благодар€ наличию иона ClO- и примен€етс€ дл€
отбеливани€ тканей и бумаги. — гор€чими растворами щелочей хлор образует
соответствующие соли сол€ной и хлорноватой кислот:
3 —12 + 6 NаќЌ =
5 Nа—l + Nа—1O3 + 3 Ќ2ќ
3 —12 + 6  ќЌ = 5
 —l +  —1O3 + 3 Ќ2ќ
ќбразовавшийс€ хлорат кали€ называетс€ бертолетовой
солью.
†† ѕри
нагревании хлор легко взаимодействует со многими органическими веществами. ¬
предельных и ароматических углеводородах он замещает водород, образу€
хлорорганическое соединение и хлороводород, а к непредельным присоедин€етс€ по
месту двойной или тройной св€зи. ѕри очень высокой температуре хлор полностью
отбирает водород у углерода. ѕри этом образуютс€ хлороводород и сажа. ѕоэтому
высокотемпературное хлорирование углеводородов всегда сопровождаетс€
сажеобразованием.
†† ’лор Ч
сильный окислитель, поэтому легко взаимодействует со сложными веществами, в
состав которых вход€т элементы, способные окисл€тьс€ до более высокого
валентного состо€ни€.
2 Fе—12 + —12
= 2 Fе—13
Ќ2SO3
+ —12 + Ќ2ќ = Ќ2Sќ4 + 2 Ќ—l
†† ѕолучение. ¬ лабораторных услови€х хлор
получают действием концентрированной сол€ной кислоты на различные окислители,
например диоксид марганца (при нагревании), перманганат кали€ или бертолетову
соль:
†ћпќ2 + 4 Ќ—l = ћп—12 + —12 + 2 Ќ2ќ
†2  ћпќ4 + 16 Ќ—l = 2  —1 + 2 ћn—12 + 5 —12
+ 8 Ќ2ќ
 —1O3 + 6 Ќ—l =
 —1 + 3 —12 + 3 Ќ2ќ
†† ¬
промышленности хлор получают электролизом растворов, или расплавов хлоридов
щелочных металлов. ѕри электролизе расплава хлорида щелочного металла на катоде
выдел€етс€ щелочной металл, а на аноде Ч хлор:
†2 Nа+ + 2е- = 2 Nа
†2 —l- - 2е- = —l2
¬ растворе хлорид щелочного металла диссоциирует на
ионы:
Nа—1 Û Na+ + —1-
†¬ода как
слабый электролит также диссоциирует на ионы:
†Ќ2ќ Û Ќ+ + OH-
ѕри пропускании электрического тока через такой
раствор на катоде из двух катионов Ч Nа+ и Ќ+ Ч разр€жаетс€ катион менее
активного водорода, а на аноде из двух анионов Ч ќЌ- и —l- Ч хлорид-ион:†
2 Ќ++ 2 е-= Ќ2
2 —l -2 е- = —12
ѕо мере протекани€ электролиза в катодном
пространстве накапливаютс€ ионы ќЌ- и образуетс€ едкий натр.
“ак как хлор может реагировать со шелочью катодное и анодное пространства
разделено полупроницаемой диафрагмой из асбеста.
†† ѕрименение. ≈жегодное мировое потребление хлора
превышает 1 млн. т. ќн используетс€ дл€ отбеливани€ бумаги и тканей,
обеззараживани€ питьевой воды, производства различных. €дохимикатов, сол€ной
кислоты, хлорорганических веществ и растворителей, а также в лабораторной
практике.
†† ’лороводород и сол€на€ кислота. ’лороводород представл€ет
собой бесцветный газ с резким, удушливым запахом. ѕри атмосферном давлении и
температуре -84 ∞— он переходит в жидкое состо€ние, а при -112 ∞— затвердевает. ’лороводород
в 1,26 раза т€желее воздуха. ¬ 1 л воды при 0 ∞— раствор€етс€ около 500 л
хлороводорода.
†† —ухой
хлороводород довольно инертный и не реагирует даже с активными металлами, а в
присутствии следов влаги така€ реакци€ протекает довольно энергично.
†† ’лороводород
может присоедин€тьс€ к непредельным углеводородам по месту двойной или тройной
св€зи, образу€ хлорорганические соединени€.
†† ¬
лабораторных услови€х хлороводород получают действием концентрированной серной
кислоты на сухой хлорид натри€:
†Nа—l + H2Sќ4 = NаЌSO4 + Ќ—l≠†
2 Nа—l + Ќ2SO4
= Nа2SO4 + 2 Ќ—l≠
ѕерва€ из этих реакций протекает при слабом
нагревании, а втора€ Ч при более высокой температуре. ѕоэтому получать
хлороводород в лаборатории лучше по первому уравнению и серной кислоты следует
брать столько, сколько требуетс€ дл€ образовани€ гидросульфата натри€.
†† ¬
промышленности хлороводород получают действием концентрированной серной кислоты
на сухой хлорид натри€ при высокой температуре (по второму уравнению), а также
сжиганием водород в атмосфере хлора:
Ќ2 + —l2
= 2 Ќ—1
’лороводород образуетс€ в значительных количествах
как побочный продукт при хлорировании насыщени€х и ароматических углеводородов.
†† –аствор
хлороводорода в воде называетс€ сол€ной
кислотой. Ёто сильна€ кислота, она реагирует со всеми металлами, сто€щими в
р€ду напр€жений левее водорода, с основными и амфотерными оксидами, основани€ми
и сол€ми:
Fе + 2 Ќ—1 = Fе—12
+ Ќ2≠
—uќ + 2 Ќ—l = —u—l2 +
Ќ2ќ
ZnO + 2 Ќ—l = Zn—12
+ Ќ2ќ
Fе(ќЌ)3 + 3 Ќ—l =
Fе—l3 + 3 H2ќ
јgNќ3 + Ќ—l =
јgCl¯ + ЌNќ3
Nа2—O3
+ 2 ЌCl = 2 Nа—l + Ќ2ќ + —ќ2≠
 роме свойств, присущих сильным кислотам, эта
кислота характеризуетс€ также восстановительными свойствами: концентрированна€
сол€на€ кислота реагирует с различными сильными окислител€ми с образованием
свободного хлора.
†† —оли сол€ной
кислоты называютс€ х л о р и д а м и. Ѕольшинство из них хорошо раствор€етс€ в
воде и полностью диссоциирует на ионы. —лабораствориными €вл€ютс€ хлорид свинца
–b—l2, хлорид серебра AgCl, хлорид ртути (I) Ќg2—l2
(каломель) и хлорид мели (I) —u—l.
†† Cол€нyю
кислоту получают растворением хлороводорода в воде. Ётот процесс осуществл€ют в
специальных поглотительных башн€х, в которых жидкость подаетс€ сверх вниз, а
газ Ч снизу вверх (принцип противотока). ¬ такой башне свежие порции воды в
верхней части башни встречаютс€ с газовым потоком, содержащим уже мало
хлороводорода, а газ с высоким содержанием хлороводорода в нижней части башни
встречаетс€ с концентрированной сол€ной кислотой. “ак как растворимость газа в
жидкости пр€мо пропорциональна концентрации его в газовой фазе и обратно
пропорциональна концентрации его в растворе, при этом методе достигаетс€ полное
извлечение хлороводорода из газа и получение концентрированного раствора
сол€ной кислоты. Ќасыщенный при комнатной температуре водный раствор
хлороводорода может содержать не более 42 масс. % хлороводорода и его плотность
не превышает 1,20 г/см3. ѕоступающа€ в продажу сол€на€ кислота
содержит 36-37†
хлороводорода и имеет плотность 1,19 г/см3.
†† —ол€ную
кислоту хран€т и транспортируют в стальных цистернах, покрытых изнутри
кислотоупорной резиной, или в стекл€нных баллонах.
†† ’лороводород,
сол€на€ кислота и ее соли широко используют в промышленности и лабораторной
практике. † ’лороводород примен€ют в
органическом синтезе дл€ получени€ хлорорганических соединений. —ол€ную кислоту
используют дл€ получени€ солей, травлени€ металлов, а также как реактив в
химических лаборатори€х.
†† »з солей
сол€ной кислоты наибольшее применение находит:
†† каменна€, или поваренна€, соль Nа—1.
ќна используетс€ как сырье дл€ получени€ хлора, металлического натри€, едкого
натра, хлороводорода и соды, а также в пищевой промышленности; †
†† хлорид кал舆  —1. ѕримен€етс€ как калийное удобрение, а также как сырье дл€
получени€ других солей кали€ и едкого кали;
†† хлорид кальци€ —а—12. Ѕезводна€
соль примен€етс€ дл€ высушивани€ газов и многих органических жидкостей и как
осушительный агент в эксикаторах. ѕри этом образуетс€ кристаллогидрат —u—l2ЈnЌ2ќ
(n = 2-6). Ќасыщенный водный раствор хлорида кальци€
используют дл€ обогащени€ сырь€ флотационным методом;
†† хлорид бари€ ¬а—12.
ѕримен€етс€ как €дохимикат в сельском хоз€йстве;
†† хлорид цинка ZnCl2.
»спользуетс€ при пайке дл€ сн€ти€ пленки оксидов (травление металла), а также
дл€ пропитки дерев€нных предметов с целью предохранени€ их от гниени€ при
закапывании в землю.
††  ислородные соединени€ хлора. ’лор образует четыре
кислородсодержащие кислоты: хлорнотистую, хлористую, хлорноватую и хлорную.
†† ’лорноватиста€ кислота Ќ—lO образуетс€
при взаимодействии хлора с водой, а также ее солей с сильными минеральными
кислотами. ќна относитс€ к слабым кислотам, очень неустойчива. —остав продуктов
реакции ее разложени€ зависит от условий. ѕри сильном освещении хлорноватистой
кислоты, наличии в растворе восстановител€, а также длительном сто€нии она
разлагаетс€ с выделением атомарного кислорода:
†Ќ—lO = H—l + O
¬ присутствии водоотнимающих веществ образуетс€
оксид хлора (I):
2 Ќ—lO = 2 Ќ2ќ +
—l2O
Cl2ќ можно считать ангидридом
хлорноватистой кислоты. ѕри нагревании хлорноватиста€ кислота разлагаетс€ с
образованием двух кислот Ч сол€ной и хлорноватой:
3 Ќ—lO = 2 Ќ—l + Ќ—lO3
ѕоэтому при взаимодействии хлора с гор€чим раствором
щелочи образуетс€ соли не сол€ной и хлорноватистой, а сол€ной и хлорноватой
кислот:
6 NаќЌ + 3 —l2 =
5 Nа—l + Nа—lќ3 + 3 Ќ2ќ
†† —оли
хлорноватистой кислоты Ч г и п о х л о р и т ы Ч очень сильные окислители. ќни
образуютс€ при взаимодействии хлора со щелочами на холоду. ќдновременно
образуютс€ соли сол€ной кислоты. »з таких смесей наибольшее распространение
получили хлорна€ известь и жавелева€ вода.
†† ’лорна€, или белильна€, известь —аќ—l2, или
—а—l(—lO), образуетс€ при взаимодействии хлора с порошкообразным гидроксидом
кальц舆 Ч пушенкой:
—а(ќЌ)2 + —l2
= Cl-O-Ca-Cl + H2O
или
2 —а(ќЌ)2 + 2 —l2
= —а—l2 + —а(ќ—l)2 + 2 Ќ2ќ
 ачество хлорной извести определ€етс€ содержанием в
ней гипохлорита. ќна обладает очень сильными окислительными свойствами и может
окисл€ть даже соли марганца до перманганат:
5 —аќ—l2 + 2
Mn(Nќ3)2 + 3 —а(ќЌ)2 = —а(ћпO4)2
+ 5 —а—l2 + 2 —а(Nќ3)2 + 3 H2O
ѕод действием углекислого газа, содержащегос€ в
воздухе, она разлагаетс€ с выделением хлора:
—аќ—l2 + —ќ2
= —а—ќ3 + —l2
или
—а—l2 + —а(ќ—l)2
+ 2 —ќ2 = 2 —а—ќ3 + 2 —l2
’лорна€ известь примен€етс€ как отбеливающее и
дезинфицирующее
вещество.
†† ’лориста€ кислота Ќ—lO2
образуетс€ при действии концентрированной серной кислоты на хлориты щелочных
металлов, которые получаютс€ как промежуточные продукты при электролизе
растворов хлоридов щелочных металлов в отсутствие диафрагмы между катодным и
анодным пространствами. Ёто слаба€, неустойчива€ кислота, очень сильный
окислитель в кислой среде. ѕри взаимодействии ее с сол€ной кислотой выдел€етс€
хлор:
Ќ—lO2 + 3 Ќ—1 =
—l2 + 2 Ќ2ќ
’лориты натри€ используютс€ дл€ получени€ диоксида
хлора, при обеззараживании воды, а также как отбеливаюший агент.
†† ’лорновата€ кислота Ќ—lO3 образуетс€
при действии на ее соли† Ч
х л о р а т ы Ч серной кислоты. Ёто очень
неустойчива€ кислота, очень сильный окислитель. ћожет существовать только в
разбавленных растворах. ѕри упаривании раствора Ќ—lO3 при низкой
температуре в вакууме можно получить в€зкий раствор, содержащий около 40 %
хлорной кислоты. ѕри более высоком содержании кислоты раствор разлагаетс€ со
взрывом. –азложение со взрывом происходит и при меньшей концентрации в
присутствии восстановителей. ¬ разбавленных растворах хлорна€ кислота про€вл€ет
окислительные свойства, причем реакции протекают вполне спокойно:
Ќ—lO3 + 6 Ќ¬r =
Ќ—l + 3 ¬r2 + 3 Ќ2ќ
†† —оли
хлорноватой кислоты Ч хлораты Ч образуютс€ при электролизе растворов хлоридов в
отсутствие диафрагмы между катодным и анодным пространствами, а также при
растворении хлора в гор€чем растворе щелочей, как показано выше. ќбразующийс€
при электролизе хлорат кали€ (бертолетова соль) слабо раствор€етс€ в воде и в
виде белого осадка легко отдел€етс€ от других солей.  ак и кислота, хлораты Ч
довольно сильные окислители:
 —lO3 + 6 Ќ—l =
 —l + 3 —l2 + 3 Ќ2ќ
†† ’лораты
примен€ютс€ дл€ производства взрывчатых веществ, а также получени€ кислорода в
лабораторных услови€х и солей хпорной Чкислоты Ч п е р х л о р а т о в. ѕри
нагревании бертолетовой соли в присутствии диоксида марганца ћпќ2,
играющего роль катализатора, выдел€етс€ кислород. ≈сли же нагревать хлорат
кали€ без катализатора, то он разлагаетс€ с образованием калиевых солей
хлороводородной и хлорной кислот:
2  —lќ3 = 2  —l +
3 O2
4  —lO3 =  —l + 3
 —lO4
†† ѕри
обработке перхлоратов концентрированной серной кислотой† можно получить хлорную кислоту:
 —lO4 + Ќ2SO4
=  ЌSO4 + Ќ—lO4
Ёто сама€ сильна€ кислота. ќна наиболее устойчива из
всех кислород содержащих кислот хлора, однако безводна€ кислота при нагревании,
встр€хивании или контакте с восстановител€ми может разлагатьс€ со взрывом.
–азбавленные растворы хлорной кислоты вполне устойчивы и безопасны в работе.
’лораты кали€, рубиди€, цези€, аммони€ и большинства органических оснований
плохо раствор€ютс€ в воде.
†† ¬
промышленности перхлорат кали€ получают электролитическим окислением
бертолетовой соли:
2 Ќ+ + 2 е- = Ќ2≠ (на катоде)
—lќ3- - 2 е- + Ќ2ќ = —lO4- + 2 Ќ+ (на аноде)

†† 67. Ѕром

†† Ѕром был
открыт в 1826 г. французским химиком ј. ∆. Ѕаларом.
†† Ќахождение в природе. ¬ свободном состо€нии бром
в природе не встречаетс€. ќн не образует также самосто€тельных минералов, а его
соединени€ (в большинстве случаев со щелочными металлами) €вл€ютс€ примес€ми
хлорсодержащих минералов, таких, как каменна€ соль, сильвинит и карналит.
—оединени€ брома встречаютс€ также в водах некоторых озер и буровых скважин.
†† ‘изические свойства. Ѕром Ч легколетуча€
красно-бура€ жидкость с непри€тным, удушливым запахом.  ипит при 58,8 ∞— и затвердевает при† -7,3 ∞—. ¬ 1 л воды при 20 ∞— раствор€етс€ 35 г брома.
¬ органических растворител€х бром раствор€етс€
значительно лучше.
†† ’имические свойства. ѕо химическим
свойствам бром напоминает хлор. Ќа внешнем электронном уровне его атома
находитс€ 7 электронов (s2p5), поэтому он легко
присоедин€ет электрон, образу€ ион Br-. Ѕлагодар€ наличию
незаполненного d-уровн€ бром может иметь 1, 3, 5 и 7 неспаренных электронов и в
кислородсодержащих соединени€х про€вл€ет степень окислени€ +1, +3, +5 и +7.
†† ѕодобно
хлору бром взаимодействует с металлами и неметаллами:
2 Al + 3 ¬r2 = 2
AlBr3 (бромид алюмини€)
Ќ2 + ¬r2
= 2 Ќ¬r (бромоводород)
2 – + 3 Br2 = 2
–¬r3 (бромид фосфора (III))
¬се реакции брома протекают менее энергично, чем
хлора. ћенее энергично реагирует бром и с водой. ѕри растворении в воде
реагирует только часть брома, образу€ бромоводородную и бромноватистую кислоты:
¬r2 + Ќ2ќ
Û Ќ¬r + Ќ¬rќ
ѕри растворении брома в растворе щелочи на холоду
образуютс€ соли
этих кислот:
¬r2 + 2 NаќЌ =
NaBr + Nа¬rќ + Ќ2ќ
— предельными и непредельными углеводородами бром
также† реагирует менее энергично, чем
хлор:
—6Ќ6 +
¬r2 = —6H5Br + Ќ¬r
—Ќ2=—Ќ2
+ ¬r2 = —H2¬r-—Ќ2¬r
†† Ѕром, как и
хлор, €вл€етс€ окислителем. “ак, он легко окисл€ет сернистую кислоту до серной:
Ќ2SO3
+ ¬r2 + Ќ2ќ = Ќ2Sќ4 + 2 Ќ¬r
≈сли к раствору сероводорода прибавить бромную воду,
то красно-бура€ окраска исчезает и раствор мутнеет вследствие выделени€ серы:
Ќ2S + ¬r2
= 2 ЌBr + S
†† ѕолучение. ¬ лабораторных услови€х бром
получают действием на различные окислители бромоводородной кислоты или ее солей
в сернокислотной среде:
2  ћnO4 + 16 Ќ¬r
= 2  ¬r + 2 ћn¬r2 + 5 ¬r2 + 8 Ќ2ќ
 —lO3 + 6 Ќ¬r =
 —l + 3 ¬r2 + 3 Ќ2O
2  ћnO4 + 10  Br
+ 8 Ќ2SO4 = 6  2Sќ4 + 2 ћnSO4
+ 5 ¬r2 + 8 Ќ2ќ
††† ¬ промышленности бром получают действием
хлора на различные бромиды:
2  ¬r + —l≠2 = 2
 —l + ¬r2
††† ѕрименение.
Ѕром примен€ют дл€ получени€ различных броморганических соединений,
используемых в лакокрасочной и фармацевтической промышленности. «начительные
количества брома расходуютс€ дл€ получени€ бромида серебра, используемого в
качестве светочувствительного вещества при изготовлении кинофотоматериалов.
†† Ѕромоводород и бромоводородна€ кислота.
Ѕромоводород† Ч это бесцветный газ с
резким запахом, переход€щий при† -66,8 ∞— в жидкость, затвердевающую
при† -87 ∞—. ¬ 1 л воды при 0 '— раствор€етс€ около 500
л бромводорода.
†† ’имические
свойства бромводорода и его водного раствора Чбромоводородной кислоты Ч
аналогичны свойствам хлороводорода и сол€ной кислоты с той лишь разницей, что
бромоводородна€ кислота €вл€етс€ более сильной кислотой, а бромоводород Ч более
сильным восстановителем.
†† Ѕромводород
легко присоедин€етс€ по месту двойной или тройной св€зи непредельных
углеводородов, образу€ бромпроизводные соответствующих органических соединений:
—Ќ3-—Ќ=—Ќ2 + Ќ¬r = —Ќ3-—Ќ¬r-—Ќ3
†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ѕропиле톆††††††††††††††††††† »зопропилбромид
†† »з-за легкой
окисл€емости бромводорода его нельз€ получить действием концентрированной
серной кислоты на бромиды щелочных металлов при нагревании, так как серна€
кислота окисл€ет бромиды
†до
свободного брома:
2  Br + 2 Ќ2SO4
=  2SO4 + SO2 + ¬r2 + 2 Ќ2ќ
—вободный от брома бромоводород получают
взаимодействием трибромида фосфора с водой:
–¬r3 + 3 Ќ2ќ
= Ќ3–ќ3 + 3 Ќ¬r
†† Ѕромоводородна€
кислота используетс€ дл€ получени€ бромидов различных металлов, особенно
бромида серебра, который используетс€ в производстве светочувствительных
кинофотоматериалов.
†† Ѕольшинство
солей бромоводородной кислоты (б р о м и д о в) хорошо растворимо в воде.
Ќерастворимыми сол€ми €вл€ютс€ бромид серебра јg¬r, бромид ртути (I) Ќg2¬r2,
бромид меди (I) —u¬r и бромид свинца –b¬r2.
††  ислородные соединени€ брома аналогичны
кислородным соединени€м хлора, но кислоты €вл€ютс€ более слабыми электролитами
и более слабыми окислител€ми.  роме бромата кали€  ¬rќ3, который примен€етс€
в аналитической химии и лабораторной практике, они практического значени€ не
имеют.

†† 68. »од

†† »од был
открыт французским химиком-селитроваром Ѕ.  уртуа в 1811 г.
†† Ќахождение в природе. —оединени€ иода
самосто€тельных залежей не образуют, а встречаютс€ в виде примесей к минералам
хлора. —оли иода содержитс€ в водах буровых скважин. «аметные количества иода
вход€т в состав некоторых морских водорослей, вола которых может быть
использована как сырье дл€ получени€ этого элемента.
†† ‘изические свойства. »од представл€ет
собой твердое темно-серое кристаллическое вещество со слабым металлическим
блеском. ѕри медленном нагревании он легко возгон€етс€, образу€ фиолетовые
пары. ѕри быстром нагревании иод при 114 ∞— плавитс€, а при 183 ∞— кипит. ќн хорошо растворим в органических
растворител€х и водном растворе  I. ¬ присутствии  I растворимость его в воде
очень незначительна (при 20 ∞— в 1 л воды раствор€етс€
290 мг иода).
†† ’имические свойства. ѕо химическим свойствам
иод похож на хлор и бром, однако менее активен. — водородом он реагирует только
при нагревании, причем реакци€ протекает не до конца:
I2 + Ќ2
= 2 ЌI (иодовород)
ѕри нагревании иод взаимодействует c фосфором:
2 –+ 3I2 = 2 –I3
(иодид фосфора (III))
¬ присутствии воды, играющей роль катализатора, иод интенсивно,
почти со взрывом, реагирует с алюминием:
2 јl + 3I2 = 2
јlI3† (иодид алюмини€)
— водой иод почти не реагирует, а со щелочью
реагирует аналогично
хлору и брому:
I2 + 2  ќЌ =  I +
 IO3 + Ќ2ќ
3I2 + 6  ќЌ = 5
 I +  IO3 + 3 Ќ2ќ
»од обладает окислительными cвойcтвами, которые
про€вл€ет в присутствии сильных воccтанователей. ќн легко взаимодействует c сернистой
кислотой и сероводородом:
Ќ2SO3
+ I2 + Ќ2ќ = Ќ2Sќ4 + 2 ЌI
Ќ2S + I2
= 2 ЌI + S
ѕри взаимодействии иода с тиосульфатом образуетс€ не
сульфат, как
в случае с хлором или бромом, а тетратионат:
I2 + 2 Nа2S2O3
= 2 NаI + Nа2S4ќ6
†Ёта реакци€
используетс€ в аналитической химии. ћетод анализа, основанный на ее применении,
называетс€ иодометрическим. ќкончание реакции определ€ют по по€влению или
исчезновению синей окраски, котора€ обусловлена взаимодействием иода с
крахмалом.
†† ѕолучение. ¬ лаборатории иод можно
получить аналогично получению хлора или брома действием иодоводородной кислоты
на различные окислители ( ћnќ4, ћnќ2,  —lO3,
 ¬rќ3 и даже Fе—l3 и —uSO4):
2  ћnќ4 + 16 ЌI =
2  I + 2 MnI2 + 5I2 + 8 Ќ2ќ
 ¬rќ3 + 6 ЌI =
 ¬r + 5 I2 + 3 Ќ2ќ
2 FеC3 + 2 ЌI = 2
FeCl2 + I2 + 2 Ќ—l
2 —uSO4 + 4 ЌI =
2 —uI + 2 Ќ2SO4 + I2
¬ промышленности иод получают действием хлора на
иодиды:
2  I + —I2 = 2
 Cl + I2
†† ѕрименение. »од примен€ют в
лабораторной практике и медицине. ќн входит в состав многих фармацевтических
препаратов, а в качестве 5 %-ного водно-спиртового
раствора используетс€ дл€ обработки ран. Ќедостаток иода в организме приводит к
серьезным заболевани€м (зоб).
†† »одоводород и иодоводородна€ кислота.
»одоводород Ч это бесцветный, с резким запахом газ, который при -35,4 ∞— превращаетс€ в жидкость, а
при -50,8 ∞— затвердевает. ¬ 1 л воды
раствор€етс€ около 500 л иодоводорода, образу€ иодоводородную кислоту. —реди
бескислородных кислот это наиболее сильна€ кислота. ќна значительно сильнее
сол€ной и даже бромоводородной кислот.
††† »одоводородна€ кислота Ч очень сильный
восстановитель, поэтому окисл€етс€ даже кислородом воздуха, вследствие чего
раствор ее окрашиваетс€ в бурый цвет:
4 ЌI + O2 = 2 Ќ2ќ
+ 2 I2
Ќа свету окисление проходит более энергично, чем в
темноте, поэтому растворы иодоводородной кислоты хран€т в темной стекл€нной
посуде.
†† Ѕольшинство
солей иодоводородной кислоты Ч и о д и д о в Чхорошо растворимо в воде.
Ќерастворимыми сол€ми иодоводородной
кислоты €вл€ютс€ иодид серебра јgI, иодид ртути (I)
Ќg2I2, иодид меди (I) —uI и иодид свинца –bI2.
†† »одоводород
получают действием воды на фосфортрииодид:
–I3 + 3 Ќ2ќ
= Ќ3–ќ3 + 3 HI
ѕолучить »одоводород действием серной кислоты на иодиды
щелочных металлов невозможно, так как почти весь иодид окисл€етс€
концентрированной серной кислотой до свободного иода:
2  I + 2 Ќ2SO4
=  2Sќ4 + SO2 + I2 + 2 Ќ2ќ
8  I + 4 Ќ2SO4
= 3  2SO4 +  2S + 4I2 + 4 Ќ2ќ
»одоводородна€ кислота примен€етс€ только в
лабораторной практике.
††  ислородные соединени€ иода аналогичны
кислородным соединени€м брома. —лабые кислоты ЌIO, ЌIO3 и ЌIO4
€вл€ютс€ также слабыми окислител€ми. ќни наход€т применение только в
лабораторной практике.

†† 69. ‘тор

†† ¬ свободном
состо€нии фтор впервые получен французским химиком ј. ћуассаном в 1886 г.
†† Ќахождение в природе. »з солей фтора
наиболее распространен в природе флюорит (плавиковый шпат) —аF2.
‘тор в виде фторида кальци€ входит также в состав апатита. 3—а3(–ќ4}2Ј —аF2 (или —а5(–ќ4)3F).
†† ‘изические свойства. ¬ обычных услови€х
фтор представл€ет собой бесцветный, обладающий резким запахом газ, который в
толстых сло€х окрашен в зеленовато-желтый цвет. ѕри† -181,1 ∞— фтор переходит в жидкое состо€ние, а
при† -219,6 ∞— затвердевает. –астворимость фтора не
изучена, так как он разрушает почти все растворители.
†† ’имические свойства. Ќа внешнем
электронном слое атома фтора находитс€ 7 электронов (s2р5).
“ак как этот слой расположен ближе к €дру, чем у атомов хлора, брома и иода,
фтор сильнее всех галогенов прит€гивает электроны. Ётим объ€сн€етс€ его
исключительно высока€ химическа€ активность. ‘тор не имеет d-уровн€, поэтому не
может иметь более одного неспаренного электрона и про€вл€ть другие валентные
состо€ни€, кроме единицы.
†† ‘тор взаимодействует
почти со всеми элементами, причем реакции протекают более энергично, чем с
хлором или кислородом. Ќа поверхности некоторых металлов (–b, —u, Ni, ћg)
образуетс€ плотна€ пленка фторида, котора€ преп€тствует дальнейшему прохождении
реакции.
†† Ќеметаллы в
порошкообразном состо€нии реагируют со фтором очень энергично, а в компактном Ч
значительно труднее. ”глерод в виде сажи сгорает в атмосфере фтора мгновенно, а
графит реагирует со фтором только при высокой температуре. — кислородом и
азотом фтор непосредственно не взаимодействует.
†† ѕолучение. —вободный фтор из-за высокой
реакционной способности выделить очень непросто. ѕолучают его в небольших
количествах электролизом расплава дифторида кали€  FЈЌF в свинцовой аппаратуре (образовавшийс€ на
внутренней поверхности стенок электролизера фторид свинца –bF2
лредохран€ет аппарат от разрушени€).
†† ѕрименение. —вободный фтор примен€ют
дл€ получении фторпроизводных органических соединений, которые используютс€ как
сырье дл€ производства фторопластов (тефлон), высокотемпературных смазочных
масел и жидкостей дл€ холодильных машин (фреонов).
†† ‘тороводород, плавикова€ кислота.
‘тороводород† Ч газ с резким запахом.
ѕри 19,9 ∞— он переходит в жидкое
состо€ние, а при -83,1 ∞— затвердевает. ∆идкий фтороводород
смешиваетс€ с водой в любых соотношени€х, –аствор фтороводорода в воде
называетс€† фтороводородной или
плавиковой кислотой. ¬ отличие от других галогеноводородных кислот плавикова€
кислота относитс€ к слабым кислотам. ќна хорошо реагирует со многими металлами,
основными оксидами, основани€ми и сол€ми. ¬ присутствии сильных кислот в ней
раствор€ютс€ многие редкие металлы, которые в других кислотах не раствор€ютс€
(титан, цирконий, ниобий, тантал и др.). ѕлавикова€† кислота образует со многими металлами очень прочные комплексные
фториды: Ќ3FеF6, Ќ2“iF6, Ќ3јlF6.
Ќатриева€ соль Nа3јlF6, даже в расплаве диссоциирует c
образованием иона јlF63-. ‘тороводород и плавикова€
кислота реагируют с диоксидом кремни€ с образованием летучего соединени€ SiF4:
SiO2 + 4 ЌF = SiF4
+ 2 Ќ2ќ
†† “ак как в
состав стекла входит значительное количество диоксида кремни€, плавикова€
кислота разъедает стекло, поэтому хранить ее можно в посуде, изготовленной из
полимерных материалов (полиэтилена, фторопласта или эбонита), или в стекл€нной,
покрытой изнутри слоем парафина.
†† ‘тороводород
примен€етс€ дл€ получени€ фторорганических соединений, в производстве
фторопластов, металлургии редких металлов, а также как травильный агент при
обработке поверхности некоторых металлов.
†† ѕолучают
фтороводород действием концентрированной серной кислоты на плавиковый шпат —аF2:
—аF2 + Ќ2SO4
= —аSO4 + 2 ЌF
‘тороводород образуетс€ также как побочный продукт
при переработке апатитов,
††  ислородсодержащих
кислот фтор не образует, хот€ соединени€ фтора с кислородом известны.

†† 70. ћарганец

†† ћарганец
впервые получили  . ¬. Ўееле и ё. √ан в 1774 г.
†† Ќахождение в природе. ѕо
распространению в природе марганец занимает место после железа. —одержание его
в земной коре составл€ет 0,1 %. ќсновным минералом, в виде которого марганец
встречаетс€ в рудах, €вл€етс€ пиролюзит ћnќ2.  роме пиролюзитовых
марганцевых руд встречаютс€ марганцевые руды, содержащие браунит Mn2ќ3,
манганит ћпќ(ќЌ), гаусманит ћn3O4 и марганцевый шпат ћnCO3.
 роме того, марганец в виде оксидов содержитс€ почти во всех железных рудах.
†† ‘изические свойства. ћарганец Ч
серебристо-белый металл, плотность его 7,2 г/см3. ќн твердый и
хрупкий, при 1260 ∞— плавитс€, а при 2120 ∞— закипает. Ќа воздухе металл покрываетс€
пестрыми п€тнами оксидной пленки, котора€ предохран€ет его от дальнейшего
окислени€. — железом марганец образует сплавы с любым соотношением компонентов
(ферромарганец).
†† ’имические свойства. ћарганец образует
различные соединени€, в которых про€вл€ет степень окислени€ +2, +3, +4, +6 и
+7. —оединени€ марганца с другими степен€ми окислени€ малохарактерны и
встречаютс€ очень редко.
†† ѕри
взаимодействии металлического марганца а различными неметаллами образуютс€
соединени€ марганца (II):
ћn + —2 = ћп—l2
(хлорид марганца (II))
ћn + S = ћnS (cулъфид
марганца ћnќ + 2 ЌCl = ћn—l2
ёп€€€њ€З€€€€€€€€€€€€€€пU€Б€€€€€€€€€€€ю/€€€€эёп€€€я€П€€€€€€?€€€€€€€хe€Б€€€€€€€€€€€€O€€€пэёп€€€п€≠€€€€€€?€€€€€€€ны€€€€€€€€€€€€€€€€€я€€€€€€ую≠€€€€€€?€€€€€€€э
€€€€€€€€€€€€€ю√€€€ё€€€€€€эш?€€€€€ь€€€€€€€к[€€€€€€€€€€€€€эг€€€Њыяw€€€юш€€€€€€?€€€€€€€рx€€€€€€€€€€€€€ыг€€€љыя{€€€€y€€€€€€€?€€€€€€€э0€€€€€€€€€€€€€чг€€€}ыя{€€€€°€€€€€€€?€€€€€€€э0€€€€€€€€€€€€€ѕб€€юыыя{€€€€Ѕ€€€€€€€€€€€€€€€йM€€€€€€€€€€€€€њщ€€юычя}€€€€б€€€€€€€€€€€€€€€еR€€€€€€€€€€€€€ь€€эычя}€€€€л€€€€€€€€€€€€€€€э0€€€€€€€€€€€€ю€ш€эччяњ€€€€Э€€€€€€€€€€€€€€€ш0€€€€€€€€€€€€щ€ю?€€ччяЊ€€€€‑€€€€€€€€€€€€€€€р1€€€€€€€€€€€€ч€€≠€€ч€яњ€€€ю??€€€€€€€€€€€€€€кP€€€€€€€€€€€€п€юП€€€€€њ€€ья€€€€€€€€€€€€€€ц
€€€€€€€€€€€€я€ю«€п€€€€€€€ш€п€€€€€€€€€€€€€€рa€€€€€€€€€€€€?€€г€я€€€€€€€с€ч€€€€€€€€€€€€€€еa€€€€€€€€€€€ю€€€с€яя€€€€€€г€щ€€€€€€€€€€€€€€а«€€€€€€€€€€€э€€€ьњяп€€њ€€П€ю€€€€€€€€€€€€€€пр€€€€€€€€€€€ы€€€ю?њњяяяњ€€≠€€€€€€€€€€€€€€€ит€€€€€€€€€€€з€€€€њяяяя€ь?€€њ€€€€€€€€€€€€€м
€€€€€€€€€€€я€€€€∆€њяяяя€ш€€€я€€€€€€€€€€€€€б.€€€€€€€€€€€€€€€€а€яяяя€б€€€з€€€€€€€€€€€€€фi€€€€€€€€€€€€€€€€шяяпп€З€€€ы€€€€€€€€€€€€€дi€€€€€€€€€€€€€€€€ь≠њяппю€€€э€€€€€€€€€€€€€бb€€€€€€€€€€€€€€€€ы
€њяппш?€€€ю€€€€€€€€€€€€€ч
€€€€€€€€€€€€€€€€ча€њяпчЅ€€€€€?€€€€€€€€€€€€уa€€€€€€€€€€зЯ€€€€€ш≠њяпц€€€€€я€€€€€€€€€€€€у=€€€€€€€€€€з?€€€€пшњяпа?€€€€€п€€€€€€€€€€€€н
€€€€€€€€€€ж€€€€€эаяр€€€€€€ч€€€€€€€€€€€€м1€€€€€€€€€€д€€€€€€ыюh€€€€€€ы€€€€€€€€€€€€йl€€€€€€€€€€б€€€€€€ы€р
ы€€€€€€ь€€€€€€€€€€€€фo€€€€€€€€€€г€€€€€њ€€}њч€€€€€€€€€€€€€€€€€€€зu€€€€€€€€€€б€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€аa€€€€€€€€€€д€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€чe€€€€€€€€€€ж€€€ю€ч€€€ы€€€€€€€€щз€€€€€€€€€€к[€€€€€€€€€€з?€€€э€п€€њы€€€€€€€€щз€€€€€€€€€€д/€€€€€€€€€€€€€€€э€пю€њы€€€€€€€€ь€€€€€€€€€€бl€€€€€€€€€€€€€€€ы€яю€њы€€€€€€€€ьѕ€€€€€€€€€€кs€€€€€€€€€€€€€€€ч€яю€њы€€€€€€€ьѕ€€€€€€€€€€э5€€€€€€€€€€€€€€€ч€яэ€њы€€€€€€€юя€€€€€€€€€€ъe€€€€€€€€€€€€€€€п€њэ€њэ€њ€€€€€€ю≠€€€€€€€€€€тy€€€€€€€€€€€€€€€п€њэ€њэ€њ€€€€€€ю≠€€€€€€€€€€р.€€€€€€€€€€€€€€€я€њэ€њэ€њ€€€€€€€?€€€€€€€€€€шe€€€€€€€€€€€€€€€њ€э€њэ€я€€€€€€€?€€€€€€€€€€еx€€€€€€€€€€€€€€€њ€ы€њэ€я€€€€€€€€€€€€€€€€€€шe€€€€€€€€€€€€€€€ю€ы€њэ€я€€€€€€€€€€€€€€€€€€ю.€€€€€€€€€€€€€€ю€ю€ы€њю€п€€€€€€€€€€€€€€€€€€э
€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€пn€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€не€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€пu€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€уp€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€пn€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€фs€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€уp€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€дe–ис.
2. —хема рентгеновской трубки.
Ќа рис.
2 схематически показана рентгеновска€ трубка.  атод   трубки при нагревании
испускает электроны, которые под действием приложенного к электродам высокого
напр€жени€ с громадной скоростью устремл€ютс€ к аноду ј . ѕри ударе электронов
об анод и возникают рентгеновские лучи. Ёти лучи не отклон€ютс€ ни в
электрическом, ни в магнитном поле и представл€ют собой электромагнитные волны
очень малой длины. —ама€ длинна€ рентгеновска€ волна почти в 200 раз короче
самой короткой волны видимого света.
–ентгеновские
лучи обладают способностью ионизировать газы. ѕод действием рентгеновских лучей
часть электронейтральных молекул газов тер€ет электроны, превраща€сь в
положительно зар€женные ионы, а часть присоедин€ет электроны, превраща€сь в
отрицательно зар€женные ионы. ¬ызываема€ рентгеновскими лучами ионизаци€ газов
свидетельствует о сложности строени€ атомов.
—пособность
электролитов в растворЄнном или расплавленном состо€нии проводить электрический
ток также свидетельствует об их ионизации и, следовательно, о сложности атомов.
ќчень
важным дл€ дальнейшего развити€ учени€ о строении атома было открытие €влени€
радиоактивности. ‘ранцузский учЄный ј. Ѕеккерель обнаружил, что соединени€
урана €вл€ютс€ источником излучени€, которое действует на фотографическую
пластинку, ионизирует воздух, проникает через непрозрачные тела.
»сследовани€
Ѕеккерел€ продолжили ћ. —клодовска€- юри и ѕ.  юри. Ёти учЄные открыли в
урановой руде два новых элемента Ч радий и полоний, обладающие высокой
активностью излучени€. —пособность к излучению была обнаружена также у тори€,
актини€ и р€да других элементов. Ёто свойство получило название
радиоактивность. Ѕыло доказано, что интенсивность излучени€ пропорциональна
количеству радиоактивного элемента независимо от того, входит ли он в состав
соединений или находитс€ в виде простого вещества. —ледовательно,
радиоактивность €вл€етс€ общим свойством атомов элементов.
»сследование
лучей ради€ показало, что они имеют сложный характер. ¬ электрическом и
магнитном пол€х пучок лучей ради€ расщепл€етс€ на три пучка, которые были
названы a-, b- и g-лучами (рис. 3). a-Ћучи в электрическом поле отклон€ютс€ от
пр€молинейного направлени€ движени€ в сторону отрицательно зар€женной
пластинки. ќказалось, что они представл€ют собой поток положительно зар€женных
частиц, вылетающих из атома со скоростью около 20000 км/с. ћасса каждой такой
частицы равна 4 а. е. м., а положительный зар€д вдвое больше зар€да электрона.
a-„астицы, следовательно, €вл€ютс€ ионами гели€, несущими зар€д +2.
д[1]g
£Х~“1(oи
и
[1]PBrush
0 0 263 207pBMZ>(ѕƒ
ƒ
€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€юЪ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€юв€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ю6€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€3€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€Ц€€€€€€€€€€€€€€€ь€€€€€€€€€€€€€€€юt€€€€€€€€€€€€€€€а≠€€€€€€€€€€€€€€ю"€€€€€€€€€€€€€€€ь€€€€€€€€€€€€€€юt€€€€€€€€€€€€€€ь€√€€€€€€€€€€€€€€юЊ€€€€€€€€€€€€€€ш€с€€€€€€€€€€€€€€юю€€€€€€€€€€€€€€с€€ш€€€€€€€€€€€€€€юt€€€€€€€€€€€€€€г€€ь€€€€€€€€€€€€€€ €€€€€€€€€€€€€€з€€ю€€€€€€€€€€€€€юt€€€€€€€€€€€€€€«€Гю?€€€€€€€€€€€€€юы€€€€€€€€€€€€€€ѕщА€?€€€€€€€€€€€€€€т€€€€€€€€€€€€€€ѕбь?€€€€€€€€€€€€€€[1]€€€€€€€€€€€€€€ѕзю?€€€€€€€€€€€€€юЛ€€€€€€€€€€€€€€ѕѕю?€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€ѕћ?€€€€€€€€€€€€€юг€€€€€€€€€€€€€€ѕћ?€€€€€€€€€€€€€€^€€€€€€€€€€€€€€ѕь€?€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€ѕь€?€€€€€€€€€€€€€юњ€€€€€€€€€€€€€€ѕћ?€€€€€€€€€€€€€€Л€€€€€€€€€€€€€€ѕћ?€€€€€€€€€€€€€ю¬€€€€€€€€€€€€€€ѕћ?€€€€€€€€€€€€€€л€€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€€€€€€€€€€€€€
€€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€€€€€€€€€€€€юг€€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€€€€€€€€€€€€юг€€€€€€€€€€€€€€ѕѕњ€?€€€€€€€€€€€€€ю[1]€€€€€€€€€€€€€€ѕ€њ€?€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€ѕ€Њ?€€€€€€€€€€€€€юt€€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€€€€€€€€€€€€юX€€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€€€€€€€€€€€€юG€€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€€€€€€€€€€€€€t€€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€€€€€€€€€€€€ю‑€€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€€€€€€€€€€€€юt€€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€€€€€€€€€€€€ю
€€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€€€€€€€€€€€€ю€€?€€€€€€€€€€€ѕѕњ€?€€щ€€€€€€€€€€ю€€?€€€€€€€€€€€ѕ€њ€?€€щ€€€€€€€€€€€v€€€€€€€€€€€€€ѕ€Њ?€€ш?€€€€€€€€€юИ€€€€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€ш€€€€€€€€€€€€€
≠€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€щ€€€€€€€€€ю€€<
€€€€€€€€€€ѕѕЊ?€€ща≠€€€€€€€€€
€€?А€€€€€€€€€ѕИ??€€щь
€€€€€€€€€
€€?р€€€€€€€€€ѕА?€€щ€А€€€€€€€€
€€?ю
€€€€€€€€€ќЊ?€€щ€р≠€€€€€€€ю¬€€?€ј€€€€€€€€»OЊx?€€щ€ю
€€€€€€€€И€€?€р€€€€€€€€Ѕћ[1]~?€€щ€€А€€€€€€юК€€?€ю€€€€€€€€√А?€€щ€€р€€€€€€ю
€€?€€ј?€€€€€€€√√Љ≠€€щ€€ю€€€€€€€€€?€€ш
€€€€€€€√ѕЊ≠€€щ€€€ј≠€€€€€€>€€?€€€АААј00ј`А€€€€€€ €€?€€€а?€€€€€€з«Ю?€€щ€€€ь€€€€€юЄ€€?€€€р
€€€€€€гг,?€€щ€€€€ј≠€€€€€v€€?€€€чА€€€€€срю?€€щ€€€€№
€€€€ю€€?€€€€р€€€€€ш|
ш€€щ€€€€€А€€€ю€€?€€€€ю€€€€€ю;Б€€€щ€€€€€р€€€ю€€€?€€€ч€ј€€€€€А€€€щ€€€€яю
€€€юP€€?€€€ч€ш€€€€€ш€€€щ€€€€я€ј€€€ј€€?€€€ч€ю€€€€€юЊ€€€€щ€€€€я€р€€€[1]€€?€€€ч€€ј?€€€€юњ€€€щ€€€€я€ю€€ю€€€?€€€ч€€ш€€€€юњ€€€щ€€€€я€€ј?€юt€€?€€€ч€€€€€€юњњ€€€щ€€€€я€€ш
€€€€?€€€ч€€€а?€€€юњя€€€щ€€€€я€€€€ю€€?€€€ч€€€ь?€€€эњя€€€щ€€€€я€€€б€ю3€€?€€€ч€€€ю?€€€эњп€€€щ€€€€я€€€с€ю
€€?€€€ч€€€ю€€€эњу€€€щ€€€€я€€€у€ю‑€€?€€€ч€€€ю€€€эњэ€€€щ€€€€я€€€у€юЅ€€?€€€€€€€ю€€€эњю€€€щ€€€€€€€€у€юБ€€?€€€€€€€ю€€€эњ€?€€щ€€€€€€€€у€ю;€€?€€€ч€€€ю€€€ыњ€я€€щ€€€€я€€€у€юБ€€?€€€ч€€€ю€€€ыњ€з€€щ€€€€я€€€у€юZ€€?€€€ч€€€ю€€€ыњ€щ€€щ€€€€я€€€у€€Л€€?€€€ч€€€ю€€€ыњ€ю€щ€€€€я€€€у€€^€€?€€€ч€€€ю€€€чњ€€П€щ€€€€я€€€у€€
€€?€€€ч€€€ю€€€чњ€€с€щ€€€€я€€€у€€
€€?€€€ч€€€ю€€€чњ€€ющ€€€€я€€€у€€€€?€€€ч€€€ю€€€пњ€€€Пщ€€€€я€€€у€€ €€?€€€ч€€€ю€€€пњ€€€рщ€€€€я€€€у€юh€€?€€€ч€€€ю€€€пњ€€€€††† €€€€я€€€у€юи€€?€€€ч€€€ю€€€яњ€€€€с€€€€я€€€у€ю€€?€€€€€€€ю€€€яњ€€€€щ€€€€€€€у€€
€€?€€€€€€€ю€€€яњ€€€€щц€€€€€€у€€€€?€€€ч€€€ю€€€яњ€€€€щ€Б€€я€€€у€юи€€?€€€ч€€€ю€€€њњ€€€€щ€ю?€я€€€у€€Л€€?€€€ч€€€ю€€€њњ€€€€щ€€ря€€€у€ю3€€?€€€ч€€€ю€€€њњ€€€€щ€€€бя€€€у€ю€€?€€€ч€€€ю€€€њњ€€€€щ€€€ю≠€€€у€юt€€?€€€ч€€€ю€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€
€€?€€€ч€€€ю€€€њ€€€€щ€щ€€я€€€у€юЛ€€?€€€ч€€€ю€€€њ€€€€щ€щ€€я€€€у€€€€?€€€ч€€€ю€€ю€њ€€€€щ€ш≠€я€€€у€€W€€?€€€ч€€€ю€€ю€њ€€€€щ€шO€я€€€у€€,€€?€€€ч€€€ю€€э€њ€€€€щ€ьз€я€€€у€юN€€?€€€ч€€€ю€€э€њ€€€€щ€ьз€я€€€у€юњ€€?€€€€€€€ю€€ы€њ€€€€щ€ьз€€€€€у€юњ€€?€€€€€€€ю€€ы€њ€€€€щ€ьз€€€€€у€€[1]€€?€€€ч€€€ю€€ч€њ€€€€щ€ю€я€€€у€€Л€€?€€€ч€€€ю€€ч€њ€€€€щ€юg€я€€€у€€м€€?€€€ч€€€ю€€п€њ€€€€щ€юs€я€€€у€€
€€?€€€ч€€€ю€€п€њ€€€€щ€€3€я€€€у€€√€€?€€€ч€€€ю€€п€њ€€€€щ€€З€я€€€у€ю
€€?€€€ч€€€ю€€я€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю‑€€?€€€ч€€€ю€€я€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю€€?€€€ч€€€ю€€њ€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю>€€?€€€ч€€€ю€€њ€њ€€€€щ€€€€я€€€у€юЛ€€?€€€ч€€€ю€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€
€€?€€€ч€€€ю€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€G€€?€€€ч€€€ю€ю€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю€€?€€€ч€€€ю€ю€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю_€€?€€€ч€€€ю€э€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€юЛ€€?€€€€€€€ю€э€€њ€€€€щ€€€€€€€€у€ю††† €€?€€€€€€€ю€ы€€њ€€€€щ€€€€€€€€у€€€€?€€€ч€€€ю€ч€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю€€?€€€ч€€€ю€п€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю€€?€€€ч€€€ю€я€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€€€?€€€ч€€€ю€я€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€€€?€€€ч€€€ю€њ€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю€€?€€€ч€€€ю€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€«€€?€€€ч€€€юю€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю
€€?€€€ч€€€юэ€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€Л€€?€€€ч€€€юы€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю€€?€€€ч€€€юч€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€€€?€€€ч€€€юп€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю€€?€€€ч€€€юп€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю
€€?€€€ч€€€юя€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€юЛ€€?€€€€€€€юњ€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€юВ€€?€€€€€€€ю€€€њ€€€€щ€€€€€€€€у€€\€€?€€€€€€€ю~€€€€њ€€€€щ€€€€€€€€у€€V€€?€€€ч€€€ю}€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю€€?€€€ч€€€ю{€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€F€€?€€€ч€€€юw€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€Д€€?€€€ч€€€юo€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€v€€?€€€ч€€€ю_€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€юГ€€?€€€ч€€€ю?€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю»€€?€€€ч€€€ю€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€
€€?€€€ч€Дь€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€[1]€€?€€€ч€1€ъ€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€&€€?€€€ч€9€ц€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€О€€?€€€ч€8€о€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю€€?€€€ч€8ё€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€ц€€?€€€€€ТЊ€€€€њ€€€€щ€€€€€€€€у€ю
€€?€€€€€¬~€€€€њ€€€€щ€€€€€€€€у€€‑€€?€€€ч€€юю€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю&€€?€€€ч€€эю€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€+€€?€€€ч€€ыю€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€ј€€?€€€ч€€чю€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю€€€?€€€ч€€пю€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€€€€?€€€ч€€яю€€€€њ€€€€щ€€€€я€€€у€ю+€€?€€€ч€€њю€€€€њѕ€€€щ€€€€я€€€у€€Л€€?€€€ч€€ю€€€€њѕ€€€щ€€€€я€€€у€ю
€€?€€€ч€ю€ю€€€€њз€€€щ€€€€я€€€у€юЛ€€?€€€ч€э€ю€€€€њз€€€щ€€€€я€€€у€€~€€?€€€ч€ы€ю€€€€њз€€€щ€€€€я€€€у€€w€ь?€€€€€ч€ю€€€€њг€€€б€€€€€€€€у€€ €ь€€€€€п€ю€€€€њг€€€а?€€€€€€€у€€Ъ€€ј€€€ч€я€ю€€€€Њa€€€ю€€€я€€€у€ю<€€а≠€€ч€?€ю€€€€њ
€€€€€€€я€€€у€€€€ь
€€чю€€ю€€€€њЬ€€€€а≠€€я€€€у€юГ€€€А€чэ€€ю€€€€њ€€€€€ь
€€я€€€у€€v€€€р€чы€€ю€€€€њ€€€€€€А€я€€€у€€€€€ю€чч€€ю€€€€њ€€€€€€р€я€€€у€юЪ€€€€ј?чп€€ю€€€€њ€€€€€€ю€я€€€у€юГ€€€€шчя€€ю€€€€њ€€€€€€€ј?я€€€у€€€€€€€€чњ€€ю€€€€њ€€€€€€€шя€€€у€ю0€€€€€а7€€ю€€€€њ€€€€€€€€я€€€у€€Л€€€€€ш€€€ю€€€€њ€€€€€€€€ј_€€€у€€√€€€€€€€€€ю€€€€њ€€€€€€€€ш€€€у€€
€€€€€€ј
0ј0€€€у€юP€€€€€€ш
€€ю€€€€њ€€€€€€€€€А≠€€уью€€€€€€€А€ю€€€€њ€€€€€€€€€ь
€€уь€Ъ€€€€€€€р€ю€€€€њ€€€€€€€€€€А€уью€€€€€€€€ю€ю€€€€њ€€€€€€€€€€р€уа‑€€€€€€€€€ј?ю€€€€њ€€€€€€€€€€ю€уью
€€€€€€€€шю€€€€њ€€€€€€€€€€€ј?уьюО€€€€€€€€€ю€€€€њ€€€€€€€€€€€шуь€D€€€€€€€€€а‑€€€€њ€€€€€€€€€€€€у€юA€€€€€€€€€ь[1]€€€€њ€€€€€€€€€€€€а€ю&€€€€€€€€€€А€€€€њ€€€€€€€€€€€€ь
€€V€€€€€€€€€€р€€€€њ€€€€€€€€€€€€€Г€юh€€€€€€€€€€ю€€€€њ€€€€€€€€€€€€€у€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€юt€€€€€€€ш
€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€юН€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€ю&€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€юй€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€€F€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€€
€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€€
€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€€0€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€юP€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€юJ€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€юМ€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€€Щ€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€њ€€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€
–ис. 3.
–асщепление радиоактивного луча в электрическом поле.
b-Ћучи,
подобно катодным в электрическом поле, отклон€ютс€ в направлении положительно
зар€женной пластинки. Ѕыло установлено, что b-лучи представл€ют собой поток
электронов, имеющих скорость от 100000 до 300000 км/с.  ак a-, так и b-лучи
легко поглощаютс€ различными материалами.
g-Ћучи,
как и рентгеновские лучи, не измен€ют своего направлени€ ни в электрическом, ни
в магнитном поле. ѕодобно видимому свету и рентгеновским лучам, g-лучи €вл€ютс€
электромагнитными волнами очень малой длины. ѕоэтому они легко проникают через
различные материалы.
ќбсто€тельное
изучение свойств ради€ показало, что во врем€ радиоактивного излучени€ он
распадаетс€, образу€ два новых элемента: гелий и радон. ѕроисходит превращение
атомов одного элемента в атомы других элементов. “аким образом, ионизаци€
идкостей и газов и особенно €вление радиоактивности убедительно доказывают, что
атомы не €вл€ютс€ неделимыми, а состо€т из более простых частиц.
ѕланетарна€
модель атома –езерфорда.
ѕринима€
во внимание изложенное выше, а также электронейтральность атома, следует
заключить, что в нЄм должна находитьс€ положительно зар€женна€ составна€ часть,
зар€д которой уравновешивает отрицательные зар€ды электронов. Ёта положительно
зар€жнна€ часть атома, открыта€ в 1911 г. английским физиком Ё. –езерфордом,
была названа €дром атома.
–езерфорд
изучал траектории полЄта a-частиц, бомбардирующих листки золотой фольги
толщиной около 0,0005 мм. ”чЄный обнаружил, что подавл€ющее большинство
a-частиц, пройд€ через фольгу, продолжало двигатьс€ в прежнем направлении.
Ќебодьша€ часть a-частиц отклон€лась от своего пути на различные углы, а
отдельные частицы начинали двигатьс€ в противоположном направлении. Ёто €вление
известно под названием рассе€ние a-частиц (рис. 4). “акое поведение a-частиц
можно объ€снить лишь тем, что они, проход€ через металл, как бы наталкивались
на положительно зар€женную часть атома Ч €дро, масса которого больше массы
a-частицы, и попадали в поле действи€ кулоновских сил отталкивани€.
(—толкновение с электроном не может существенно отразитьс€ на траектории
a-частицы, так как масса электрона (9,1Ј10-18 г) почти в 7500 раз меньше
a-частицы.)
д[1]m6†††
i4»1(Чи
и
[1]PBrush
0 0 315 157–BM∆>(;ЭИƒ
ƒ
€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€а€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€г€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€б€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€а€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€а€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€г€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€а€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€р?€€€€€€€€€€€€€€€€€€м€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ј≠€€€€€€€€€€€€€€€€€€к€€€€€€€€€€€€€€€€€€€А€€€€€€€€€€€€€€€€€€и€€€€€€€€€€€€€€€€€€€
€€€€€€€€€€€€€€€€€€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€€о€€€€€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€€ы€€€€€€€€€€€€€€€€€€ь€€€€€€€€€€€€€€€€€€м€€€€€€€€€€€€€€€€€€ь€€€€€€€€€€€€€€€€€€йю
ь€€€€€€€€€€€€€€€€€€люь€€€€Я€€€€€€€€€€€€€и€€€€€€€€€€€€€€€€€щь€€€€Я€€€€€€€€€€€€€ц€€€€€€€€€€€€€€€€€бю€€юyЯ€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€аю€щжГ√€€€€€€€€€€€€е€€€€€€€€€€€€€€ю€
€ьз3ЩЩ€€€€€€€€€€€€й€€€€€€€€€€€€€ј€€А€ьз3ЩЩ€€€€€€€€€€€€о€€€€€€€€€€€ь€€€ј€ьз3ЩЩ€€€€€€€€€€€€н€€€€€€€€€€ј€€€€€р?€ю3ЩЩ€€€€€€€€€€€€р€€€€€€€€ш€€€€€€€€€€ьз3ЩЩ€€€€€€€€€€€€о€€€Г€€€А€€€€€€€€€€€ьзЗГ√€€€€€€€€€€€€щ€€р
€р€€€€€€€€€€€€€ьз€€€€€€€€€€€€€€€ф€ь≠≠€€€€€€€€€€€€€€ьз€€€€€€€€€€€€€€€щ€ь
€€€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€ж€ь?€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€н€ь€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€п€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€е€€а≠€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€о€€ь€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€и€€€Б€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ф€€€щ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€к€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ч€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ую€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ею€€€€€€€€€€€€€€€€€€€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€ю?€€€€€€€€€€€€€€€€€€€а€€€€€€€€€€€€€€€€€€€≠€€€€€€€€€€€€€€€€€€€о€€€€€€€€€€€€€€€€€€€З€€€€€€€€€€€€€€€€€€€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€€«€€€€€€€€€€€€€€€€€€€г€€€€€€€€€€€€€€€€€€€з€€€€€€€€€€€€€€€€€€€й€€€€€€€€€€€€€€€€€€€г€€€€€€€€€€€€€€€€€€€п€€€€€€€€€€€€€€€€€€€г€€€€€€€€€€€€€€€€€€€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€в€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€а€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€э€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€б€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€п€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€м€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€т€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ж€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€аю
€€€€€€€€€€€€€€€€€€€пю?€€€€€€€€€€€€€€€€€€о€€€€€€€€€€€€€€€€€€€р
€€€€€€€€€€€€€€€€€€ы€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€р€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ур€€€€€€€€€€€€€€€€€з€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ую€€€€€€€€€€€€€€€€€ш€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€а€€€€€€€€€€€€€€€€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€ь€€€€€€€€€€€€€€€€т€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€ј?€€€€€€€€€€€€€€€к€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€ш
€€€€€€€€€€€€€€€р€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€р€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€р€€€€€€€€€€€€€€к€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€ю€€€€€€€€€€€€€€т€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€а€€€€€€€€€€€€€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€ь€€€€€€€€€€€€€й€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€ј≠€€€€€€€€€€€€й€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€ш
€€€€€€€€€€€€к€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€А?€€€€€€€€€€€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€р€€€€€€€€€€€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€а€€€€€€€€€€ею≠€€€€€ь€€€€€€€€€€ею€€€€ј≠€€€€€€€€€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€А€€€ш
€€€€€€€€€м€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€ю
€€А?€€€€€€€€в€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€ьр€€€€€€€€б€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€р€€€€€€€ж€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€а?€€€ь≠€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€А€€ь€с€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€ј€Ас€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€ь
ь
у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€А<≠ш
р€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€р€€аа€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€
€ь€т€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€а€ь€а€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€юь€€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€р€€€ф€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€а€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€у€€€€€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€э€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€тю€€€€€€€€€€€€ь?€сю?ј€€€€€€€ь€т€€€€€€€€€€€€€€€€€€ю0€€ш≠€€€€э€€€€€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€ю
е€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€А
ш€€€€€€€€€€€€€€€€€€€Б€€€€€€€€€€€€€€€€€шф€€€€€€€€€€€€€€€€€€€Ѕ€€€€€€€€€€€€€€€€€ј?н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€√€€€€€€€€€€€€€€€€ю€б€€€€€€€€€€€€€€€€€€€г€€€€€€€€€€€€€€€€ю€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€€г€€€€€€€€€€€€€€€€ю€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€д€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€к€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€т€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€о€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€р€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€д€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ь?€е€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ь€г€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€р€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€јаюшчют€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€Ар€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€а?и€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€т€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ш€х€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ш?€а€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€щ€€в€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€л€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€р€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ф€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€н€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€р€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€а€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ь€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€р€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€з€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€Б€а€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€А€б€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€а?€юаюг€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ьа€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€р?а€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ј€а€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€√€з€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ѕ€з€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€з€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€а
–ис. 4.
–ассе€ние a-частиц.
ѕроход€
через фольгу, a-частицы встречают на своЄм пути множество атомов металла, но
отклон€ютс€ от первоначального пути очень редко (отклон€етс€ только одна из ста
тыс€ч a-частиц, прошедших через фольгу). Ёто можно объ€снить лишь тем, что
размеры €дра очень малы по сравнению с размерами атома и веро€тность того, что
траектори€ полЄта a-частицы пройдЄт через €дро, очень мала. ќсновна€ масса
a-частиц пролетает сквозь атом, не мен€€ направлени€ движени€.
≈сли
предположить, что атом, €дро и электрон имеют форму шара, то диаметр атома
будет равен примерно 10-8 см, а диаметр €дра Ч 10-13 см, т. е. €дро занимает
примерно 1/1015 часть объЄма атома. ≈сли дл€ нагл€дности представить себе атом
увеличенным до размеров шара диаметром 100 м (высота тридцатиэтажного дома), то
€дро атома в этом случае имело бы диаметр не более 1 мм. ¬ то же врем€ масса
атома фактически сосредоточена в €дре. —ледовательно, плотность атомных €дер
очень велика. ≈сли бы можно было собрать 1 см3 атомных €дер, то их масса
оказалась бы равной приблизительно 116 млн. т.
Ё.
–езерфорд предложил планетарную модель атома, согласно которой €дро находитс€ в
центре атома, а электроны вращаютс€ вокруг €дра подобно планетам, вращающимс€
вокруг —олнца. «ар€ды электронов уравновешиваютс€ положительным зар€дом €дра, и
атом в целом остаЄтс€ электронейтральным. ¬озникающа€ вследствие вращени€
электронов центробежна€ сила уравновешиваетс€ электростатическим прит€жением
электронов к противоположно зар€женному €дру.
ќпыты
по рассе€нию a-частиц позволили не только установить существование атомного
€дра, но и определить его зар€д. ќказалось, что положительный зар€д €дра атома
численно равен пор€дковому номеру элемента в периодической сиситеме.
—ледовательно, пор€дковый номер элемента не просто регистрирует его положение в
периодической системе, а €вл€етс€ важнейшей константой элемента, выражающей
положительный зар€д €дра его атома. »з электронейтральности атома следует, что
и количество вращающихс€ вокруг €дра электронов равно пор€дковому номеру
элемента. “аков физический смысл пор€дкового номера элемента в ѕериодической
системе элементов.
—оздание
–езерфордом планетарной, или €дерной, модели атома было крупным шагом вперЄд в
познании строени€ атома. Ќо в некоторых случа€х эта теори€ вступала в
противоречие с твЄрдо установленными фактами.
“ак,
планетарна€ модель не могла объ€снить устойчивости атома. ¬раща€сь вокруг €дра,
электрон должен часть своей энергии испускать в виде электромагнитных
колебаний, что должно привести к нарушению равновеси€ между электростатическим
прит€жением электрона к €дру и центробежной силой, обусловленной вращением
электрона вокруг €дра. ƒл€ восстановлени€ равновеси€ электрон должен
переместитьс€ ближе к €дру. —ледовательно, непрерывно излуча€ электромагнитную
энергию, электрон должен постепенно приближатьс€ к €дру и в конце концов упасть
на него Ч существование атома должно прекратитьс€. ¬ действительности атом
очень устойчив и может существовать бесконечно долго.
ћодель
–езерфорда не могла объ€снить также характер атомного спектра. »звестно, что
солнечный свет, проход€ через стекл€нную призму, образует спектр Ч цветную
полосу, содержащую все цвета радуги. Ёто €вление объ€сн€етс€ тем, что солнечный
свет состоит из электромагнитных волн различных частот. ¬олны различных частот
неодинаково преломл€ютс€ призмой, что приводит к образованию сплошного спектра.
јналогично ведЄт себ€ свет, излучаемый раскалЄнными жидкост€ми и твЄрдыми
телами. —пектр раскалЄнных газов и паров представл€ет собой отдельные цветные
линии, разделЄнные тЄмными промежутками, Ч линейчатый спектр. ѕри этом атомы
одного элемента дают вполне определЄнный спектр, отличающийс€ от спектра
другого элемента. Ќа рис. 5 показана видима€ часть атомного спектра водорода.
д[1]ШЙ
в
љ}“1(≠и
и
[1]PBrush
0 0 369 77∞
BMЃ
>(qMp
ƒ
ƒ
€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ЮГ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€цЛ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€≈N€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€р,€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ђ€€€€€я€€€€€€€€€€€€€€э€€€€€€я€€€€э€€€€€э€€€я€€€ѕЛ€€€€€п€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€п€€€€ю€€€€€ю€€1п€€€„€€сбсќ≠€€€€€€€€€€€Ю≠щ€€щбщќ≠€ЯЮј€ю‑≠Ьб€3ѕћ…?ЪM€€мЌмћѕ€€€€€€€€€€€Ьќћщ€€щћщќя€ЯЮ№ј€ьћяЬЌ€3ѕћ…?е≠€€ћћћьѕ€€€€€€€€€€ш
ћѕщ€€АћАьѕшЬѕз€ьћ»ћ€З€ћ…?Х≠€€ћьћ€ѕ€€€€€€€€€€ыЬћѕщ€€єьєьѕыЯЬѕу€€ѕЋЯь€З€ј…? Г€€ћьћ€ѕ€€€€€€€€€€эЬћѕщ€€ўьўьѕэЯЬѕщ€€ѕЌЯь€З€ћ∆?л
€€ћћћ€?€€€€€€€€€€юЯ<ѕщ€€йуйьѕюЯЬѕш€€<ќЯћ€ѕ€ћ∆?к€€ЅЅЅ€ѕ€€€€€€€€€€юЬћ≠й€€йьйьѕюЮЬѕь€€ћ‑ЯЅ€ѕ€ћ∆?©I€€ѕѕѕьѕ€€€€€€€€€€€ћ€б€€сћсьѕ€‑ѕћ€ьћ€≠ѕ€Я€€€€€v€€мамьѕ€€€€€€€€€€€ќѕщ€€сћсюя€≠Юяћ€ьќ≠а€≠€€€€Я]€€сасю≠€€€€€€€€€€€Ю≠≠щ€€щбщю≠€ЯЮ≠б€ю‑Яа€€€€€€€6€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€£ћ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€Є+ь§Oьг[1]€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€∆ь€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€Ђ€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€м‑€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€ц
€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€к€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€ЛF€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€Ъ€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€»„€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€Дh€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€ѕЯ€€юььћТI€€€€€€€€€п€€€€щ€€€€€€€€€€€€ющ€€€€€€ѕЯ€€юььћТI€€€€€€€€€Ъя€€€€щ€€€€€€€€€€€€ющ€€€€€€зЯ€€юььћТI€€€€€€€€€ц€€€рЩ€€€€€€€€€€€€юCщ€€€€€€зЯ€ш~ььћТI€€€€€€€€€И€€€€ж€€€€€€€€€€€€ющ€€€€€€гЯ€у>ььћТI€€€€€€€€€М€€€€з9€€€€€€€€€€€€€9щ€€€€€€гЯ€у>ььћТI€€€€€€€€€Я]€€€з9€€€€€€€€€€€€€9щ€€€€€€гЯ€у>ььћТI€€€€€€€€€ч††† €€€ж€€€€€€€€€€€€€3щ€€€€€€…Я€у>ььћТI€€€€€€€€€€v€€€т€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€††† Я€ш~ььћТI€€€€€€€€€Ъ§€€ѕ8щ€€€€€€€€€€€€<3щ€€€€ьуЩЯућюььћТI€€€€€€€€€Аj€€ѕ?щ€€€€€€€€€€€€<Щщ€€€€ьу€Яу…юььћТI€€€€€€€€€€ъ€€ѕ?щ€€€€€€€€€€€€<Щщ€€€€ьу€Яу…>ььћТI€€€€€€€€€€щ€€ѕ?щ€€€€€€€€€€€€<√щ€€€€ьу€Яућ~ььћТI€€€€€€€€€€р€€ѕ?щ€€€€€€€€€€€€<€щ€€€€ьу€ЯуѕюььћТI€€€€€€€€€€ф€€ј?щ€€€€€€€€€€€€€щ€€€€ь
€ЯрюььћТI€€€€€€€€€сф€€ѕ?щ€€€€€€€€€€€€<€щ€€€€ьу€ЯуѕюььћТI€€€€€€€€€€Н€€ѕ?щ€€€€€€€€€€€€<€щ€€€€ьу€ЯуѕюььћТI€€€€€€€€€€ъ€€ѕ?щ€€€€€€€€€€€€<€щ€€€€ьу€ЯуѕюььћТI€€€€€€€€€€ц€€ѕ?щ€€€€€€€€€€€€<€щ€€€€ьу€ЯуѕюььћТI€€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€€э€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€€ъ€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€€ч€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€€ю€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€€ц€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€€э€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€€э€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€€ф€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€€х€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€€ю€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€€р€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€€ц€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€–€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€ћ€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€п€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€¬€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€ў€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€’€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€„€€€€щ€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€Я€€юььћТI€€€€€€€€€ѕьƒьЎ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€“€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€§€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ё€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ќ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€А€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€А
–ис. 5.
јтомный спектр водорода в видимой области.
Ћинейчатый
характер спектра водорода не согласуетс€ с теорией –езерфорда, так как
излучающий энергию электрон должен приближатьс€ к €дру непрерывно, и его спектр
должен быть непрерывным, сплошным.
—ледовательно,
планетарна€ модель атома не могла объ€снить ни устойчивости атомов, ни
линейчатый характер спектра газов и паров.
—троение
атома по Ѕору.
—ледующим
шагом в развитии представлений о строении атома €вилась теори€, созданна€ в
1913 г. датским физиком Ќ. Ѕором. Ёта теори€ объединила €дерную модель атома с
квантовой теорией света. —огласно квантовой теории света, лучиста€ энерги€
испускаетс€ или поглощаетс€ телами отдельными порци€ми Ч квантами, а излучение
представл€ет собой поток фотонов, энерги€ которых тем больше, чем выше частота
излучени€. ѕринима€ во внимание линейчатый характер атомных спектров и
положение квантовой теории света о прерывистом характере излучени€, Ѕор в
основу своей теории положил представление о дискретном, прерывном изменении
энергии электрона в атоме.
—огласно
теории Ѕора, электроны могут обращатьс€ вокруг €дра атома только по строго
определЄнным, разрешЄнным круговым орбитам, причЄм, двига€сь по таким орбитам,
электроны не излучают электромагнитную энергию. “о, какую именно разрешЄнную
орбиту будет занимать электрон, зависит от энергии атома.
¬
основном, невозбуждЄнном состо€нии атом обладает минимальной энергией, и
электрон вращаетс€ по наиболее близкой к €дру орбите. ¬ этом случае св€зь
электрона с €дром наиболее прочна€. ≈сли атом получает дополнительную порцию
энергии, он переходит в возбуждЄнное состо€ние. ѕри этом электрон перемещаетс€
на одну из наиболее удалЄнных от €дра орбит.
“аким
образом, энерги€ электрона в возбуждЄнном атоме больше, чем энерги€ электрона в
атоме в основном, невозбуждЄнном состо€нии. ¬озбуждЄнное состо€ние атома очень
непродолжительно: оно длитс€ лишь стомиллионные доли секунды, после чего
электрон возвращаетс€ на исходную орбиту. ќн может перейти с отдалЄнной орбиты
на исходную непосредственно либо через наход€щиес€ между ними другие
разрешЄнные орбиты. Ётот переход электрона сопровождаетс€ уменьшением энергии
атома и выделением еЄ в виде электромагнитного излучени€. ѕо Ѕору, излучение
энергии атома происходит только при переходе электрона с более отдалЄнных орбит
на орбиты, расположенные ближе к €дру. Ёлектрон, движущийс€ по одной и той же
орбите, не излучает энергию. ¬ атоме, наход€щемс€ в основном состо€нии,
электрон может вращатьс€ бесконечно долго, т. е. такой атом €вл€етс€ очень
устойчивой системой.
ѕри
переходе электрона с более отдалЄнной от €дра орбиты на орбиту, более близкую к
€дру, энерги€ излучени€ измен€етс€ не непрерывно, а порци€ми Ч квантами.
¬еличина кванта энергии св€зана с частотой излучени€ n или длиной волны l
соотношением
E = E2
E1 = ln = hЈc/l
где E1
и E2 Ч энерги€ атома в состо€ни€х 1 и 2; h Ч посто€нна€ ѕланка, равна€
6,625Ј1034 ƒж/с; c Ч скорость света, равна€ 2,998Ј108 м/с.
¬
классической механике вращение тела вокруг центра определ€етс€ моментом
количества движени€ mЈvЈr, где m Ч масса тела; v Ч скорость его движени€; r Ч
радиус окружности, по которому оно вращаетс€. ѕо Ѕору момент количества
движени€ электрона в атоме водорода может быть равен только целому числу квантов
действи€ nЈh/2pр, где n Ч натуральное число; h Ч посто€нна€ ѕланка, поэтому
mЈvЈr =
nЈh/2p††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (1)
ѕринима€
во внимание равенство центробежной силы (f1 = mЈv2/r) центростремительной силе
(f1 = e2/r2), действующих в системе €дро атома водорода Ц электрон, получаем:
mЈv2/r
= e2/r2†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (2)
Cочета€
уравнени€ (1) и (2), находим:
r =
h2n2/4p2ЈmЈe2†† 膆 v = 2pe2/hn
ѕолученные
уравнени€ позвол€ют рассчитать радиусы разрешЄнных орбит в атоме водорода и
скорости движени€ по ним электрона. Ќапример, дл€ основного состо€ни€ атома
водорода (n = 1):
r =
(6,625Ј10-27)2/4Ј(3,14)2Ј9,1Ј10-26Ј(4,8Ј10-10)2 = 0,053 нм
v =
2Ј3,14Ј(4,8Ј10-10)2/6,625Ј1Ј10-27 = 2200 км/с.
–адиус
следующей орбиты (n = 2) равен 0,212 нм, а скорость движени€ электрона на этой
орбите составл€ет 1/2 его скорости на первой орбите, т. е. примерно 1100 км/с.
Ёто очень высока€ скорость (дл€ сравнени€ можно указать, что скорость
космического корабл€ "¬осток" составл€ла около 8 км/с).
“еори€
Ѕора находилась в резком противоречии с положени€ми классической механики,
котора€ допускает вращение электрона по любой орбите и считает невозможным
движение зар€женной частицы по круговой орбите без излучени€ энергии. ќднако
рассчитанные Ѕором атомные спектры хорошо совпадали со спектрами, полученными
экспериментально. “ак, в атомном спектре водорода линии в ультрафиолетовой
части оказались св€занными с переходами электрона с более удалЄнных разрешЄнных
орбит на ближайшую к €дру. Ћинии в видимой части спектра (см. рис. 5)
соответствовали переходам электрона с третьей (Ha), четвЄртой (Hb) и п€той (Hg)
орбит на вторую. ¬ инфракрасной области спектра водорода линии св€заны с
переходами электрона с более удалЄнных разрешЄнных орбит на третью и т. д.
“аким
образом, теори€ Ѕора не только объ€снила физическую природу линейчатого
характера атомных спектров как результат перехода электрона с одной разрешЄнной
орбиты атома на другую, но и позволила рассчитать положение линий в спектре.
¬
дальнейшем в теорию Ѕора были внесены дополнени€, допускавшие возможность
движени€ электрона в атоме не только по круговым, но и по эллиптическим
орбитам, расположенным в различных плоскост€х. Ќесмотр€ на эти дополенни€ и
усовершенствовани€, теори€ Ѕора не смогла объ€снить некоторые свойства
многоэлектронных атомов.
—овременные
представлени€ о строении атома.
ѕодтверждЄнна€
экспериментально в 1927 г. двойственна€ природа электрона, обладающего
свойствами не только частицы, но и волны, побудила учЄных к созданию новой
теории строени€ атома, учитывающей оба этих свойства. —овременна€ теори€
строени€ атома опираетс€ на квантовую механику.
ƒвойственность
свойств электрона про€вл€етс€ в том, что он, с одной стороны, обладает свойствами
частицы (имеет определЄнную массу поко€), а с другой Ч его движение напоминает
волну и может быть описано определЄнной амплитудой, длиной волны, частотой
колебаний и др. ѕоэтому нельз€ говорить о какой-либо определЄнной траектории
движени€ электрона Ч можно лишь судить о той или иной степени веро€тности его
нахождени€ в данной точке пространства.
Cледовательно,
под электронной орбитой следует понимать не определЄнную линию перемещени€
электрона, а некоторую часть пространства вокруг €дра, в пределах которого
веро€тность пребывани€ электрона наибольша€. »ными словами, электронна€ орбита
не характеризует последовательность перемещени€ электрона от точки к точке, а
определ€етс€ веро€тностью нахождени€ электрона на определЄнном рассто€нии от
€дра. ¬ св€зи с этим электрон представл€ют не в виде материальной точки, а как
бы "размазанным" по всему объЄму атома в виде так называемого
электронного облака, имеющего области сгущени€ и разрежени€ электрического
зар€да. ѕредставление об электроне как о некотором облаке электрического зар€да
удобно; оно довольно точно передаЄт особенности поведени€ электрона. ќднако
следует иметь в виду, что электронное облако не имеет резко очерченных границ,
и даже на большом рассто€нии от €дра существует веро€тность пребывани€ электрона.
ƒл€ характеристики формы электронного облака пон€тие орбиталь вместо пон€ти€
орбита было введено именно дл€ того, чтобы не смешивать движение электрона с
движением тела в классической физике. ќднако при упрощЄнном рассмотрении
строени€ атома иногда сохран€ют термин орбита, помн€ тем не менее об особом
характере движени€ электрона в атоме.
ѕо
современным представлени€м состо€ние элетрона в атоме описываетс€ четырьм€
квантовыми числами. √лавное квантовое число n характеризует величину энергии
электрона и может принимать только положительные целочисленные значени€: 1, 2,
3 и т. д. — увеличением главного квантового числа энерги€ электрона возрастает.
—осто€ние электрона, отвечающее определЄнному значению главного квантового
числа, называют энергетическим уровнем электрона в атоме. ѕомимо энергии
электрона главное квантовое число определ€ет размеры электронного облака: чем
выше значение главного квантового числа, тем больше электронное облако.
Ёлектроны, характеризующиес€ одним и тем же квантовым числом, имеют электронные
облака приблизительно одинаковых размеров. ѕоэтому говор€т о существовании в
атоме электронных слоЄв. Ёлектронные слои обозначают большими буквами
латинского алфавита K, L, M, N, O, причЄм K-слой €вл€етс€ первым от €дра атома,
ему соответствует главное квантовое число n = 1, L-слой Ч вторым, M-слой Ч
третьим и т. д. Ёлектроны, образующие данный слой, могут обладать несколько
отличающейс€ друг от друга энергией и иметь орбитали различных форм. »з
квантовомеханической теории следует, что с увеличением главного квантового
числа n измен€ютс€ число и характер электронных орбиталей в пределах данного
электронного сло€.  оличество орбиталей дл€ каждого значени€ n равно квадрату
главного квантового числа (n2).
¬торое
квантовое число l, описывающее форму электронного облака, называетс€
орбитальным квантовым числом. ѕри данном главном вантовом числе n орбитальное
квантовое число l может принимать любые целочисленные значени€ от 0 до nЦ1.
—оответствующие орбитали обозначаютс€ строчными буквами латинского алфавита: s
(l = 0), p (l = 1), d (l = 2), f (l = 3). ќрбитальное квантовое число
отображает энергию электрона на подуровне. Ёлектроны с различными орбитальными
квантовыми числами несколько отличаютс€ друг от друга: их энерги€ тем выше, чем
больше число l. „исло возможных подуровней в каждом энергетическом уровне
совпадает с пор€дковым номером электронного сло€, но фактически ни один
энергетический уровень не содержит больше четырЄх подуровней. Ёто справедливо
дл€ стационарного состо€ни€ атомов всех элементов. “ак, первому энергетическому
уровню соответствует s-подуровень; второму уровню Ч два подуровн€: s и p;
третьему уровню Ч три подуровн€: s, p и d; четвЄртому и следующим уровн€м
четыре подуровн€: s, p, d и f.
ќриентацию
орбиталей в пространстве определ€ет третье квантовое число, называемое
магнитным квантовым числом и обозначаемое m. ѕри данном орбитальном квантовом
числе l магнитное квантовое число m может принимать любые целочисленные
значени€ от Цl до +l, в том числе нулевое значение. ќно определ€ет число
орбиталей в одном и том же электронном слое: одна s-орбиталь (m = 0), три
p-орбитали (m равно Ц1, 0, +1), п€ть d-орбиталей (m равно Ц3, Ц2, Ц1, 0, +1,
+2, +3). ќрбитали с различными магнитными квантовыми числами, но с одинаковым
главным и орбитальным квантовыми числами характеризуютс€ одной и той же
энергией. ћагнитное квантовое число есть вектор, следовательно, ему
соответствует не только определЄнное числовое значение, но и определЄнное
направление, что выражаетс€ в знаках "+" и "Ц".
„етвЄртое
квантовое число, называемое спином и обозначаемое ms, раньше св€зывали с
вращением электрона вокруг своей оси, но теперь ему не придают какого-либо
нагл€дного образа и считают чисто квантовомеханической величиной. —пин
электрона может иметь два значени€: +1/2 и Ц1/2.
‘орма
электронных облаков.
Ёлектронное
облако не имеет резко очерченных границ в пространстве, поэтому представлени€ о
размерах и форме электронного облака требуют специального по€снени€. ќбратимс€
к рис. 7, на котором изображено электронное облако атома водорода. ¬ этом
облаке можно провести поверхности, на которых электронна€ плотность будет иметь
одинаковое значение. ¬ случае атома водорода это сферические поверхности,
внутри которых заключена больша€ или меньша€ часть электронного облака. ≈сли
проведЄнна€ поверхность охватывает 90 % зар€да и массы электрона, еЄ называют
граничной поверхностью. –азмер и форму граничной поверхности отождествл€ют с
размером и формой электронного облака.
д[1]ЯK
'XЪ”1(њи
и
[1]PBrush
0 0 437 176–&BMЊ&>(µ∞А&ƒ
ƒ
€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ьЙ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€v€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€щF€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€щЙ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ыF€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€шE€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€v€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€v€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€щF€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€шР€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€шj€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ь€€€€€€€€€€€€€€€щF€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€щ?€€€€€€€€€€€€ю€юь€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€щ?€€€€€€€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ћ€€€€€€€€€€€€ю€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ѕ€€€€€€€€€€€€€ю€ые€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ѕ€€€€€€€€€€€€€ю€ю„€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ѕ€€€€€€€€€€€€€ю?€ъZ€€€€€€€€€€эЁЁЁя€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ѕ€€€€€€€€€€€€€ю≠€ьЪ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€«€€€€€€€€€€€€€€€€эГ€€€€€€€€€чwwwww€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€√€€€€€€€€€€€€€€€€шt€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ь€€€€€€€€эЁЁЁЁЁЁЁ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€шƒ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€г€€ь‑€€€€€€€€чwwwwwwww€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€а€€щ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€ь?€ь^€€€€€€€эЁЁЁЁЁЁЁЁЁя€€€€€€€€€€€€р€щ€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€р€€w€€€€€€€чwwwwwwwwww€€€€€€€€€€€€р€€€€€€Я€€€€€€€€€€€€€ь?€шt€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€р€€€€€Я€€€€€€€€€ю€€а€€ьG€€€€€€€ЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁ€€€€€€€€€€€€р?€€€€€Я€€€€€€€€€р€€г€€€
€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€т≠€€€€€€€€€€€€€€€А€€€€€ы@€€€€€€чwwwwwwwwwww€€€€€€€€€€€у€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€щ{€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€уЗ€€€€€Я€€€€€€€€ь≠€€€€€€юЪ€€€€€€ЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁ€€€€€€€€€€€у√€€€€€Я€€€€€€€€ш?€€€€€€ю€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€уб€€€€€Я€€€€€€€€р€€€€€€€юБ€€€€€€wwwwwwwwwwwww€€€€€€€€€€ур€€€€Я€€€€€€€€Ѕ€€€€€€€€6€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€уш?€€€€Я€€€€€€€€Г€€€€€€€ыГ€€€€€эЁЁЁЁЁ№ЁЁЁЁЁя€€€€€€€€€€ую≠€€€€Я€€€€€€€ю€€€€€€€ш„€€€€€€€€€€€А€€€€€€€€€€€€€€€€у€€€€€Я€€€€€€€ь≠€€€€€€€€€€€€€чwwwwpU@wwwww€€€€€€€€€€у€З€€€€Я€€€€€€€ш€€€€€€€ьЩ€€€€€€€€€€аwww
€€€€€€€€€€€€€€€у€√€€€€€€€€€€€€а€€€€€€€€€Щ€€€€€ЁЁЁЁЁЁЁЁј]ЁЁЁЁ€€€€€€€€€€у€г€€€€€€€€€€€€Ѕ€€€€€€€€шЛ€€€€€€€€€ьwwwt≠€€€€€€€€€€€€€€у€с€€€€Я€€€€€€€З€€€€€€€€€€€€€€wwwwpUUUUUwwww€€€€€€€€€у€р€€€€Я€€€€€€ю€€€€€€€€ъ
€€€€€€€€€бwwwwwC€€€€€€€€€€€€€€у€ш€€€€Я€€€€€€ь≠€€€€€€€€ю€€€€эЁЁЁЁ≈ЁЁЁЁЁ—ЁЁЁЁ€€€€€€€€€€у€ь€€€Я€€€€€€р€€€€€€€€ш€€€€€€€€€wwwwwp€€€€€€€€€€€€€€у€ь€€€Я€€€€€€а€€€€€€€€€эЄ€€€€чwwwvUUUUUT7www€€€€€€€€€у€ю?€€€Я€€€€€€√€€€€€€€€€шЪ€€€€€€€€ьwwwwwww≠€€€€€€€€€€€€€у€ю≠€€€Я€€€€€€€€€€€€€€€шj€€€€эЁЁЁЎЁЁЁЁЁЁЁНЁЁЁя€€€€€€€€€у€€≠€€€Я€€€€€ю€€€€€€€€€ю€€€€€€€€сwwwwwwwG€€€€€€€€€€€€€у€€П€€€€€€€€€ь≠€€€€€€€€€ю€€€€чwwweUUUUUUUCwwww€€€€€€€€€у€€П€€€€€€€€€ш€€€€€€€€€ыF€€€€€€€€«wwwwwwwq€€€€€€€€€€€€€у€€«€€€Я€€€€€а€€€€€€€€€€ъ≠€€€€ЁЁЁЁНЁЁЁЁЁЁЁЎЁЁЁЁ€€€€€€€€€у€€«€€€Я€€€€€Ѕ€€€€€€€€€€€v€€€€€€€€wwwwwwwt€€€€€€€€€€€€у€€г€€€Я€€€€€З€€€€€€€€€€щЪ€€€€wwwvUUUUUUUT7www€€€€€€€€у€€б€€€Я€€€€€П€€€€€€€€€€ю+€€€€€€€ьwwwwwwwww≠€€€€€€€€€€€€у€€с€€€Я€€€€€≠€€€€€€€€€€ы€€€€€ЁЁЁ№ЁЁЁЁЁЁЁЁЁЭЁЁЁ€€€€€€€€€у€€ш€€€Я€€€€ю≠€€€€€€€€€€шЊ€€€€€€€щwwwwwwwwwO€€€€€€€€€€€€у€€ш€€€Я€€€€ь?€€€€€€€€€€ъ€€€€wwwqUUUUDUUUUGwww€€€€€€€€у€€ь€€Я€€€€ь€€€€€€€€€€ь€€€€€€€уwwwqwwwg€€€€€€€€€€€€у€€ь€€€€€€€ш€€€€€€€€€€€юB€€€эЁЁЁЅЁЁЁƒDDЁЁЁЅЁЁЁя€€€€€€€€у€€ю?€€€€€€€р€€€€€€€€€€€ь
€€€€€€€зwww7wws€€€€€€€€€€€€у€€ю?€€Я€€€€б€€€€€€€€€€€ы~€€€чwwwEUUUDDDUUUQwww€€€€€€€€у€€€?€€Я€€€€√€€€€€€€€€€€эF€€€€€€€«wwuwwq€€€€€€€€€€€€у€€€?€€Я€€€€«€€€€€€€€€€€юЙ€€€эЁЁЁНЁЁ№DDDEЁЁЎЁЁЁя€€€€€€€€у€€€≠€€Я€€€€П€€€€€€€€€€€юц€€€€€€€Чwwqwwt€€€€€€€€€€€€у€€€≠€€Я€€€€€€€€€€€€€€€шл€€€чwwwUUDDDDDUUTwwww€€€€€€€€у€€€Я€€Я€€€ю≠€€€€€€€€€€€юP€€€€€€€7wwQwwv€€€€€€€€€€€у€€€Я€€Я€€€ь?€€€€€€€€€€€€F€€€ЁЁЁЁЁЁƒDDDD]Ё№]ЁЁя€€€€€€€€у€€€П€€Я€€€ь€€€€€€€€€€€эЛ€€€€€€€7ww7wv€€€€€€€€€€€у€€€П€€€€€€ш€€€€€€€€€€€€ьЩ€€€чwwvUUUDDDDDUЁЁ7www€€€€€€€€у€€€ѕ€€€€€€с€€€€€€€€€€€€ь‑€€€€€€юwwwUW?€€€€€€€€€€€у€€€ѕ€€Я€€€с€€€€€€€€€€€€юЪ€€€ЁЁЁ№]ЁЁDDDDD_€э€€я€€€€€€€€у€€€«€€Я€€€г€€€€€€€€€€€€юъ€€€€€€юwww€€?€€€€€€€€€€€у€€€«€€Я€€€г€€€€€€€€€€€€ь€€€чwwvUUTDDDDDFsvЈмЁч€€€€€€€€у€€€г€€Я€€€«€€€€€€€€€€€€юI€€€€€€ьwww≠kЯлZ€€€€€€€€€у€€€г€€Я€€€П€€€€€€€€€€€€ш~€€€ЁЁЁ№ЁЁ№DDDDDG≠ЈЭлmЁ€€€€€€€€у€€€у€€Я€€€€€€€€€€€€€€€эM€€€€€€ьwwu≠ЊЯлo€€€€€€€€€у€€€у€€Я€€€≠€€€€€€€€€€€€щ*€€€чwwtUUTDDDDDG≠ялwч€€€€€€€€у€€€с€€Я€€ю?€€€€€€€€€€€€€Щ€€€€€€ь≠№лwА€€€€€€€€у€€€с€€€€€ь?€€€€€€€€€€€€щ€€€ЁЁЁ№ЁЁ№DDDDDF-пЭл{Ё€€€€€€€€у€€€щ€€€€€ь€€€€€€€€€€€€шЄ€€€€€€ьwwu≠п≠л{€€€€€€€€€у€€€щ€€Я€€ш€€€€€€€€€€€€€€0€€€чwwtUUTDDDDDE≠чЧk}ч€€€€€€€€у€€€ш€€Я€€ш€€€€€€€€€€€€€ю+€€€€€€ьwwu≠ґЯЂm€€€€€€€€€у€€€ш€€Я€€с€€€€€€€€€€€€€э
€€€ЁЁЁ№ЁЁ№DDDDDE≠[ЭЋVЁ€€€€€€€€у€€€ь€€Я€€с€€€€€€€€€€€€€шt€€€€€€ьwwusїЯмо€€€€€€€€€у€€€ь€€Я€€г€€€€€€€€€€€€€шЄ€€€чwwtUUTDDDDDG€юЧ€€ч€€€€€€€€у€€€ь€Я€€г€€€€€€€€€€€€€щF€€€€€€ьwwwww≠€€€€€€€€€€€у€€€ь€Я€€«€€€€€€€€€€€€€шй€€€ЁЁЁ№]Ё№DDDDDMЁЁЁЁЁ€€€€€€€€у€€€ю€Я€€«€€€€€€€€€€€€€щ
€€€€€€юwwwww?€€€€€€€€€€€у€€€ю€€€€П€€€€€€€€€€€€€що€€€чwwvUUUDDDDDUUU7www€€€€€€€€у€€€ю?€€€€П€€€€€€€€€€€€€э]€€€€€€юwww7ww?€€€€€€€€€€€у€€€ю?€Я€€≠€€€€€€€€€€€€€юю€€€ЁЁЁ№]ЁЁƒDDDD]ЁЁЁЁя€€€€€€€€у€€€€?€Я€€≠€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€7wwQwwv€€€€€€€€€€€у€€€€?€Я€ю?€€€€€€€€€€€€€э[1]€€€чwwwUUDDDDDUUTwwww€€€€€€€€у€€€€≠€Я€ю?€€€€€€€€€€€€€ыF€€€€€€€7wwqwwv€€€€€€€€€€€у€€€€≠€Я€ь€€€€€€€€€€€€€ьЪ€€€эЁЁЁЭЁЁ‘DDDEЁЁ№ЁЁЁя€€€€€€€€у€€€€Я€Я€ь€€€€€€€€€€€€€щV€€€€€€€Чwwqwwt€€€€€€€€€€€€у€€€€Я€Я€ш€€€€€€€€€€€€€€юц€€€чwwwUUTDDDEUUPwwww€€€€€€€€у€€€€Я€Я€ш€€€€€€€€€€€€€€щ€€€€€€€«wwwwwq€€€€€€€€€€€€у€€€€Я€€€с€€€€€€€€€€€€€€€
€€€эЁЁЁ≈ЁЁЁƒDD]ЁЁ—ЁЁЁя€€€€€€€€у€€€€П€€€с€€€€€€€€€€€€€€ъ
€€€€€€€зwwwqwwws€€€€€€€€€€€€у€€€€П€Я€г€€€€€€€€€€€€€€щS€€€чwwwaUUUTDEUUUCwww€€€€€€€€у€€€€ѕ€Я€г€€€€€€€€€€€€€€ъ€€€€€€€уwwww7wwwg€€€€€€€€€€€€у€€€€ѕ€Я€«€€€€€€€€€€€€€€шЪ€€€эЁЁЁ—ЁЁЁЁЁЁЁЁЁ≈ЁЁЁя€€€€€€€€у€€€€«€Я€«€€€€€€€€€€€€€€ь€€€€€€€€щwwwwwwwwwO€€€€€€€€€€€€у€€€€«€Я€П€€€€€€€€€€€€€€ьP€€€€wwwtUUUUUUUUUwww€€€€€€€€у€€€€г€Я€€€€€€€€€€€€€€€ы~€€€€€€€ьwwwwwwwww≠€€€€€€€€€€€€у€€€€г€Я€≠€€€€€€€€€€€€€€эi€€€€ЁЁЁ№ЁЁЁЁЁЁЁ№ЁЁЁ€€€€€€€€€у€€€€с€Яю?€€€€€€€€€€€€€€юд€€€€€€€€wwwwwwwt€€€€€€€€€€€€у€€€€р€€ь?€€€€€€€€€€€€€€юа€€€€wwwwUUUUUUUPwwww€€€€€€€€€у€€€€ш€€ш€€€€€€€€€€€€€€щсоответствует форма электронного облака, напоминающа€ двойную грушу или
Qm~Qj
WhWeЋXcћX`ќX^–X[ќ[1][1][1][1][1][1][1]
[1]
[1][1]
–X”Xy’XvзXtиXqDZoEZlЛZj≥Z€€ЧxhЪxeycy`vy^wy[ќ[1][1][1][1][1][1][1][1]
wyАyyБyv≤yt≥yqJzoKzlF|jj|gє}eЊ}bк}`л}]a~[b~Xќ[1][1][1][1][1][1][1][1][1]
b~Љ~yљ~v\tfqgnhlniЙgКd+Аb,А_ЄА]єАZвАXќ[1][1][1][1][1][1][1][1][1][1]
вАеАtБr[1]БoБm8Б€€OЪkPЪhrЪfsЪcЫaЫ^≠Ы\ЃЫYжЫWќ[1][1][1][1][1]
жЫзЫxНЬvПЬoІЬm™Ьf–Ьd“Ь])Ю[*ЮTМЮRЧЮO?MЃЫY[1][1]



[1]
?@xЃv°sКІqЫІn`®lq®i©gD©€€™єe√єbоЇ`цЇ]ї[
[1][1][1][1][1][1][1][1][1][1]
ї$їxЃЉvєЉsйјqhЅn
√l
√i≠√g √d4√b5√[9√Y:√Rїьь[1][1][1][1][1][1][1][1]
:√F√yG√vN√tO√mS√kT√dЯ√b°√[Ћ√Yћ√R≈P≈M:√R[1]

ьь[1]
≈^≈y_≈v–≈t—≈q“≈jЎ≈hў≈aч≈_ш≈\щ≈Uь≈Sэ≈P:√R[1][1][1]ь[1][1]
ь[1][1][1]
э≈ю≈t∆r∆kH∆iI∆bN∆`O∆]P∆VR∆TS∆Mњ∆Kэ≈P:√

[1][1]


∆ј∆tЅ∆r¬∆kƒ∆i≈∆f∆∆_…∆] ∆ZЋ∆S„∆QЎ∆Nў∆K:√[1][1][1]
[1][1]
[1]

ў∆Џ∆tҐ«r•«k¶«iІ«b∞«`±«YЄ«Wї«P√«N∆«Gў∆K





∆«««y»«rз«pк«iл«gм«`ч«^ъ«WvЋUwЋNЖЋLў∆Kь



ЋЗЋtУЋrФЋk\ќiЙќfБ”dФ”a>’_F’\§÷Zњ÷WЅ÷U»÷R[1][1][1][1][1][1][1][1]ьь
»÷ф„y
Ўvfўtwўq„џoЎџhуџfфџc(№aD№^Ж№\З№YЁWЁT[1][1][1][1][1][1][1][1]
[1][1][1][1]
ЁЁy‑Ёv(Ёt)Ёq3Ёo4ЁlwЁjАЁg
ёe
ёb-а`Gа]Ба[ВаX[1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1]
а–аy—аv÷аt„аq5гo6гhдf/дc[жaqж^“ж\ъж€€ј
ZВаX[1][1][1][1][1][1]ь[1][1][1][1]
ј
Ѕ
t≠rЃoUmVfБd©€€y>bz>_ђ@]≠@V±@Tј
ZВаXь[1][1]ь[1][1]
±@≤@tґ@rЈ@kйAiкAfƒBdыBaD_D\+EZ,EWпHUIRВа[1][1][1][1][1][1][1][1]ьь
I/IyЬIvФJtХJq©JoЊJlјJj4KgDKeEKbрK`сK];L[<LX[1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1]
<LЙLyКLv8Mt9MqJNoKNlЂNjЅNg÷Ne(ObШO`ЩO]®O[©OTь[1][1][1][1][1][1]
[1][1][1][1]
©OЕPyПPvґQtЈQqЅQo¬QlЌQjќQg°ReҐRb—R`“RY5SW6ST[1][1]ь[1][1][1][1][1][1][1][1][1][1]
6SVyV€€Vr‑V€€'Wp@Wm.Xk/XdYb[1]Y[
YYYRYP6S


[1][1]
YYt
Yr
Yk
Yi
YbY`YYYWYPYNYGYR





YYyYrYp≠Yi!Yg"Y`$Y^%YW√[U≈[NЎ[L€[I[1]ь



€[I^yT^vat,aqGaofalЁgjёgc‑ha≠hZXhXйhUЫrS[1][1]ьь[1][1][1][1]
rsxПsvРso©sm™sf&td't]?t[@tT^tR_tK}tIЫ
ьь

[1][1]
}t~ttЛtrМtk¶tiІtb¬t`√tYќtWѕtPаtNбtG}tIь
ььь
бtоtyпtr† up
uiugu`,u^-uW3uU4uNUyL}tI
ь
ь
UyVyt[yr\ykayibybкy`z]Вz[ТzXІzVєzSK|QQ|N[1][1][1][1][1][1][1]ььь
Q|T|y\|v4Бt?БqwБoБlЅБj”БgлЖeІzVєzSK|QQ|N[1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1][1]††† АЈxєxїx„xўmbmЎmЏm3[3X£3U•3JQ|
<
‑[1]<
[1]<<‑р
<
‑[1]<
3n4pѓ5p16p36p~P^£P[•PPЬRP
TMЈTBвUB
<
‑[1]<
<
‑[1]<<‑р
<
‑
вU$XpЙZpЛZpVx^XxSЧxPЩxE≤yEњzEB|ED|E
<
<
‑[1]<
<
‑<‑р
<

D|F|pl|€€n|e«}e
БeБe;ЪS=ЪHZЪEB|ED|E
<
[1]<
<
‑<‑р
<
‑
<
‑† ZЪ\Ъp&ЬpuЮp,pІҐpt£p¶p©p©p&Є^(Є[\ЄX
<
‑<‑[1]<[1]<
<‑р
<
‑
\Є^Єp$єp¶єp®єp™єp√єm≈єbLЉbwљb÷Њb:¬b/√bI√_”√\<‑[1]<[1][1]<
[1]<
<
‑[1]<
<
‑
”√Q≈pЮ≈mE∆bУ∆_Ї∆Tя∆QХ«F’«C††† »C÷Њb:¬b/[1]<
<
‑[1]<
<
‑[1]<[1]
<
‑[1]<[1]
<
‑††††† »-…p+ћpЌpXќpZќp\ќpЙќmЛќb¶ѕbe—b_÷b№џbџяbшвbдbдb<[1]
<
‑[1]<
<
‑ддp/дn1дc–жc“жcэ
Q'
N)


CC№
<
‑[1]<
<‑р
<
‑<
<
‑
БpМ=^О=SЄ=P)>P+>EЫAEјBE¬BEƒBEэBB[1]<
<
‑[1]<
<
‑<‑р
<
‑
эB€Bp8DpXEpРHp/IpЬIgJdјJY4KP\NM÷NB
<
‑[1]<
<
‑
<
‑[1]<
<
‑
<
‑
÷N*OrцPgvTgVg‑VdпVa€XV+YS‘[H÷[HЎ[H
<

<
‑[1]<
<
‑[1]<
[1]<
<
‑<
‑
Ў[€[x\mНam≥cmXhmйhd¬jYVmY»pYгqYЩrYЫrY„rVsV<[1]<
<
‑<
‑
<
‑[1]<
ssxEsx{sx≠sxтsxtxCtxБtxµtxтtx8ux:umлum“wmџxmжymиymкym
<
‑[1]<
кyzx≠zm¶{mz~mDm÷БmўГmТЕmлЖmнЖm8ux:umлum“wmџxmжymиymкym
<
‑[1]<
f[1]а=–/°Ю2ƒ!8
®9–[1]8
»(р
<
‑[1]<
[1][1]kЖ[1]ЯlЖ€€€€€p~P^£P[•PPЬRP
TMЈTBвUB
<
‑[1]<
<
‑[1]<<‑р
<
‑
[1]З2
7T
2y№Щѕ§ћї∆††† &ѕ


€
:D
VNЂX3c$nRw
<

Times New Roman Cyr
†Arial CyrSymbolTimes New Roman
CE
[1]<
<
‑<‑р
<
‑
<
‑†
ѕочему шарики изображающие атомы в модел€х стюарта бриглеба имеют различный цвет и диаметр.  акой объем озонированного кислорода содержащего озона расходуетс€ при горении л пропина. ќпределите массу эквивалента элемента если г его соедин€ютс€ с мг иода какой это элемент. —колько г эквивалент кислорода требуетс€ на эту реакцию чему равны эквиваленты серы и. ќпределить атомную массу элемента граммов высший оксид которого содержит кислорода. Ёлемент образует оксид содержащий кислорода вычислить эквивалентную массу элемента.  ак измен€етс€ химический характер этих соединений при переходе от натри€ к хлору.  оличество веществ которое нацело взаимодействует с одной весовой частью водорода. ’ими€ —Ќ при сгорании образовалось углекислого газа вода массой грамм и плотность. ’ими€ масса мл газа при нормальных услови€х вычислить плотность газа по водороду. „то такое электронное облако и как это пон€тие соотноситс€ с пон€тием орбиталь. ¬ычислите массу мол€ оксида ртути решение ƒомашн€€ работа по химии за клас.  омплексные соединени€ в химии медно хромисто аммиачные комплексы свойства. ћасса ортофосфорной кислоты равна грамм соответствует количеству вещества. –еферат по химии на тему закон посто€нного состава закон сохранени€ массы.

      ©2010