12. Нахождение в природе и способы получения.

Щелочные металлы легко окисляются, поэтому в природе могут существовать только в виде соединений, главным образом солей: хлоридов, сульфатов, карбонатов, нитратов и тд. Наиболее распространены натрий и калий, содержание каждого из них в литосфере составляет приблизительно 2,6%,тогда как на долю остальных щелочных металлов приходится около 0,014%(вместе взятых).

Щелочные металлы не восстанавливаются из природных соединений углем, оксидом углерода и водородом. Поэтому для получения их в свободном виде прибегают к электролизу расплавленных солей или гидроксидов. Однако металлический калий получают не электролизом, а пропусканием через хлорид или гидроксид калия паров натрия(при 800*С)

KCl+Na=K+NaCl

KOH+Na=K+NaOH

Рубидий и цезий восстанавливают из хлоридов металлическим кальцием

(при 700-800*С, в вакууме):

Ca+2RbCl=2Rb+CaCl2

Цезий высокой чистоты для фотоэлементов получают(в вакууму при 1000*С):

2CscrO4+5Zr=4Cs+5ZrO+Cr2O3

Металлический литий восстанавливают из алюмината парошкообразным алюминием (в вакууме при 1200*С):

3(2Li2O*Al2O3)+4Al=12Li+5Al2O3

Кроме того, литий олуучают электролизом расплавленного хлорида.

13. Физические свойства: Щ.м. мягки, легко режутся ножом, на свежем срезе имеют серебристую окраску(кроме цезия).Все они легкие и легкоплавкие с хорошей электро- и тепло-проводностью.

Химические св-ва: Щелочные металлы весьма активны в химическом отношении. Восстановительная активность их быстро растет при переходе от лития к францию вместе с увеличением радиусов атомов и уменьшением энергии ионизации.

1) Взаимодействие с кислородом.

Только литий сгорает на воздухе с образованием оксида: 4Li+O2=2Li2O

При горении натрия образуется пероксид Na2O2

В продуктах горения калия, рубидия и цезия содержатся в основном надпероксиды.

Чтобы образовать оксид надо к пероксиду опять прибавить металл:

Na2O2 + 2Na = 2Na2O

• Галагены, сера, фосфор также легко окисляют щ.м. до галагенидов, сульфидов¸фосфидов; все реакции протекают с выделением тепла.

• С азотом при обычной температуре взаимодействует только литий(Li3N).

• С водородом: 2Na+H2=2NaH

• С водой: эти реакции экзотермические, вследствие чего водород и металл обычно воспламеняются. Наиболее спокойно (без взрыва) реагирует с водой литий:

Соединения Щелочных металлов. Щелочные металлы образуют главным образом соединения ионного типа. Их ионы на внешнем уровне имеют по 8 электронов (кроме лития), не проявляют окислительных свойств, восстанавливаются только электролизом, не склонны к комплексообразованию (кроме лития).

Гидриды- солеобразные в-ва, их ионы H- проявляют восстановительную активность в р-циях с водой: MeH+H2O=H2+MeOH.

Оксиды Ме20 — твердые вещества. Имеют ярко выраженные основные свойства: взаимодействуют с водой, кислотами и кислотными оксидами.

Гидроксиды- твердые кристаллические в-ва, сравнительно легкоплавкие, хорошо растворяются в воде с выделением теплоты и почти полностью диссоциируют на ионы.Степень диссоциации растет от LiOH к CsOH/

Соли щелочных металлов — твердые кристаллические вещества ионного строения. Почти все соли натрия и калия растворимы в воде. Наиболее важные их соли — карбонаты, сульфаты, хлориды.

29.Общие свойства металлов,положение металлов в периодической системе.Сравнительная характеристика.Способы получения металлов.Сплавы.Интерметаллические соединения.

Подгруппы IA,IIA и IIIA системы Д.И. Менделеева почти полностью состоят из металлов ( за исключением водорода и бора). В нижней части других А-подгрупп также находятся металлы (олово,висмут,полоний) Кроме того, металлы составляют В-подгруппы периодической системы. Все fэлменты также обладают металлическими свойствами.

Для металлов характерно (кроме ртути) твердое агрегатное состояние, характерен металлический блеск,электрическая проводимость,высокая теплопроводность,пластичность(легко деформируются)

Методы добывания металлов из руд:

1.гравитационное обогащение основано на различиях в плотности полезного минерала и пустой породы на разной скорости падения их зерен жидкости

2. магнитный способ позволяет отделять руду от пустой породы

3.пенная флотация через смесь компонентов продувают воздух,вместе с пузырьками воздуха рудный минерал поднимается на поверхность и отделяется от пустой породы

4.пирометаллургия – высокие температуры при помощи угля или оксида углерода(II)

5гидрометаллургия получение свободных металлов из р-ров солей

6.электрометаллургия – получение металлов при помощи электролиза

Методы получения металлов высокой чистоты

1.очистка перегонкой в вакууме обеспечивает удаление кислорода воздуха

2.очистка методом «зонной плавки» различное распределение примесей между твердой и жидкой фазами очищаемого металла

3.очистка термическим разложением летучих соединений на нагретой поверхности (иодидный способ,карбонильный способ)

Сплавы – системы,состоящие из двух или нескольник металлов.

Сплавы сохраняют хорошую электрическую проводисомть,теплопроводность и др присузие металлам свойтва.

Типы сплавов:

1.Иногда металлы не растворяются друг в друге и не взаимодействуют ни в твёрдом, ни в расплавленном состоянии.(в системах цинк-свинец,железо-свинец и др)

2.Если металлы расплавленные смешиваются друг с другом в любых отношениях (спирт в воде),образуются однородные кристаллы

3.Иногда смешиваются друг с другом, но при кристаллизации однородный твердый раствор не образуется

4.Интерметаллические соединения – соединения, бразованные металлами .Состав их не соответствует классическим представлениям о валентности,это соединения с переменным составом.Они названы бертоллидами

28.Комплексные соединения.Комплексообразователь,внутренняя и внешняя сфера,координационное число.Строение комплексных соединений.Основные типы комплексных соединений.Диссоциация комплексных соединений.Константа нестойкости.Изомерия комплексных соединений.

Комплексные соединения- это соединения, характеризующиеся наличием хотя бы одной ковалентной связи, возникшей по донорно-акцепторному механизму.

.Главную валентность можно объяснить ионной или ковалентной связью, а побочную ковалентной связью,возникшей по донорно-акцепторному механизму.

1.центральное место в комплексном соединении занимает комплексообразователь –обычно положительно заряженный ион

2. вокруг комплексообразователя расположены лиганды, ионы противоположного знака или нейтральные

3. комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу

4.ионы, не вошедшие во внутреннюю сферу представляют внешнюю сферувнутренняя сфера отделяется от внешней квадратными скобками.

Число,показывающее, сколько лигандоы удерживают комплексообразователь – координационное число

Заряд комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов комплексообразователя и лигандов

Нейтральные лиганды: Отрицательные заряженные лиганды:

N2H2-гидразин F-фторо Cl-хлоро OH-гидроксо CNциано SCN-радано

NH3-амин

H2O –аква SO3-сульфито NO2-нитро O-окса

Типичные комплексообразователи – d элементы периодической системы Менделеева.

Ионы внешней сферы часто являются ионы щелочных металлов, аммония и др.

Типы комплексных соединений:

1.Аквакомплексы-соединения,у которых лигандами являются молекулы воды: [Al(H2O)6]Cl

2.Ацидокомплексы-лигандами являются кослотные остатки-анионы. K2[PtCl6]

3.Аммиакаты и аминаты – содержат комплексный ион,лигандами в котором являются молекулы аммиака NH3 или аминов

4.Полигалогениды – комплексообразователь в них ион галогена, а лиганды – молекулы галогена. Me[I(I2)] и Me[I(I2)4]

5.Многоядерные комплексные соединения – содержат 2 или несколько комплексообразователей атомов одного или разных элементов,соединенных между собой при помощи особых группировок или мостиков.[(NH3)5CoNH2Co(NH3)5]Cl5 (мостик NH2)

6Циклические или хелатные (клешневидные) во внутренней сфере содержат циклы,образуемые би- или полидентными лигандами.

Изомерия комплексных соединений.

1.Геометрическая (цис-транс) обусловлена различным положением лигандов относительно друг друга.

2.Гидратная изомерия обусловлена неодинаковым распределением молекул воды между внутренней и внешней сферами комплексного соединения.

3.Ионизационная изомерия – неодинаковое распределение кислотных остатков (ионов) между внутренней и внешней сферами комплексного соединения.

Диссоциация комплексов

Комплексные соединения – неэлектролиты в водных растворах диссоциации не подвергаются..Константа нестойкости комплексного иона характеризует прочность внутренней сферы комплексного соединения.

Константа устойчиности-величина, обратная константе нестойкости.

27.Электролиз.Закон Фарадея.Электролиз расплавов и растворов.

В растворах и расплавах электролитов имеются разноименные по знаку ионы (катионы и анионы).

Электролиз определяют как окислительно-восстановительный процесс,протекающий на электродах при прохождении Эл. Тока через раствор или расплав электролита.

Суть электролиза – восстановление на катоде и окисление на аноде. При этом катод отдает электроны катионам, а анод принимает электроны от аниодов.

Схема электролиза расплава хлорида натрия:

Катод (-) NaCl Анод (+)

N a(+)+e(-)=Na Na(+)+Cl(-) 2Cl(-)-2e=Cl2

Электролиз водных растворов.

Рассмотрим хрорид натрия. При прохождении тока через р-р катиона нытрия движутся к катоду, а хлорид-ионы – к аноду. Для восстановления ионов натрия катоду надо приложить потенциал,равный -2.714В, а для восстановления молекул воды -0.41В. Поэтому на катоде будут восстанавливаться молекулы воды

2H2O+2e=H2+2OH(-), а на аноды будут окисляться хлорид-ионы

2Cl(-)-2e=Cl2 общее уравнение электролиза получим,если посленно сложим уравнения двух процессов

2 H2O+2Cl(-)электролиз H2+Cl2+2OH(-)

Катодные и анодные процессы

На катоде

1.Катионы металлов, имеющие электронный потенциал больше водорода (от Cu до Au) при электролизе восстанавливаются на катоде

2.Катионы металлов (от Li до Al) не восстанавливаются на катоде, вместо них восстанавливаются молекулы воды

3.Катионы металлов от Al до 2H при электролизе на катоде восстанавливаются дновременно с молекулами воды

На аноде (нерастворимом)

1 анионы бескислородных кислот (S,I,Br)окисляются

2 р-р содержит кислород (SO,NO,CO) окисляются молекулы воды

Растворимый анод при электролизе окисляется

В 1832  году Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит: если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I. Коэффициент пропорциональности называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.

26.Электронные потенциалы металлов.Водородный электрод сравнения.Гальванический элементы. Ряд напряжений металлов.Электродные окислительно-восстановительные потенциалы. Неметаллические электроды.Понятие о химических источниках тока.

Гальванический элемент- устройство, в котором на основе ОВР получают электрический ток,т.е химическая энергия реакции превращается в энергию электрического тока.

Цинковый электрод – источник электронов, поступающих во внешнюю цепь,- принято считать отрицательным, а медный электрод – положительным. Электрод, на котором протекает процесс окисления,называют анодом, а электрод, на котором протекает процесс восстановления – катодом.

Разность потенциалов,возникающих между металлом и окружающей его водной средой при наступлении равновесия – равновесный электродный потенциал или потенциал электрода/

Стандартный электродный потенциал –электродный потенциал,когда активность ионов металла равно единице при опущенной в р-р соли пластинка металла. Измерить потенциал отдельного электрода нельзя. Его измеряют относительно величины другого электрода. Чаще всего применяют стандартный водородный электрод. Величину потенциала такого электрода условно принимают за нуль.(при всех значениях температур).

В любом полуэлементе наряду с окислителем и восстановителем имеются в-ва, ими образуемые. Они составляют окислительно-восстановительные системы или пары , состоящие из окисленной и восстановленной форм.

Потенциал окислительно-восстановительной системы, измеренный по отношению к стандартному водородному электроду, при условии, когда отношение активностей окисленной и восстановленной форм равно1, называют стандартным электродным окислительно-восстановительным потенциалом.

Устройства,вырабатывающие электрический ток за счёт энергии окислительно-восстановительных реакций,называются химическими источниками или гальваническими элементом

Пример хим источника: медно-цинковый элемент

14. Первичные (одноразовый прием)

15. Вторичные (многократное использование)

16. 25.Окислители и восстановители. Различные типы ОВР.Составление ОВР. Способы уравнения ОВР.

Окислитель - это вещество или химический элемент, принимающие электроны в окислительно-восстановительной реакции.

Восстановитель - это вещество или химический элемент, отдающие электроны в окислительно-восстановительной реакции.

В периодах с повышением порядкового номера элемента восстановительные свойства простых в-в понижаются, а окислительные возрастают и становятся максимальными у галогенов. Натрий- самый активный восстановитель. Хлор – самый активный окислитель.

Атомы металлов присоединять электроны не могут,они обладают только восстановительными свойствами.

Для неметаллов более характерно присоединение электронов.

Условия протекания ОВР:

• Наличие как минимум 2 компонентов – окислителя и восстановителя

• Определенная среда.

Методы составления уравнений.

1.метод электронного баланса.

2.Метод полуреакций.

Реакции ионного обмена

Согласно теории электролитической диссоциации все реакции в водных растворах электролитов являются реакциями между ионами. Они называются ионными реакциями, а уравнения этих реакций - ионными уравнениями. А поскольку при взаимодействии ионов энергия активации очень мала, то такие реакции протекают с очень большими скоростями.

При составлении ионных уравнений реакций следует руководствоваться тем, что вещества малодиссоциированные, малорастворимые (выпадающие в осадок) и газообразные записываются в молекулярной форме. Знак ↓, стоящий при формуле вещества, обозначает, что это вещество уходит из сферы реакции в виде осадка, знак ↑ обозначает, что вещество удаляется из сферы реакции в виде газа. Сильные электролиты, как полностью диссоциированные, записывают в виде ионов. Сумма электрических зарядов левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов правой части.

Ионными уравнениями могут быть изображены любые реакции, протекающие в растворах между электролитами. Если при таких реакциях не происходит изменения зарядов ионов (не изменяется степень окисления), то они называются ионообменными.

Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям

Если тождественные частицы имеют одинаковые квантовые числа, то их волновая функция симметрична относительно перестановки частиц. Отсюда следует, что два одинаковых фермиона, входящих в одну систему, не могут находиться в одинаковых состояниях, т.к. для фермионов волновая функция должна быть антисимметричной. Обобщая опытные данные, В. Паули сформировал принцип исключения, согласно которому системы фермионов встречаются в природе только в состояниях, описываемых антисимметричными волновыми функциями (квантово-механическая формулировка принципа Паули).

Правило Хунда определяет порядок заполнения орбиталей определённого подслоя и формулируется следующим образом: суммарное значение спинового квантового числа электронов данного подслоя должно быть максимальным. Сформулировано Фридрихом Хундом в 1925 году.

Это означает, что в каждой из орбиталей подслоя заполняется сначала один электрон, а только после исчерпания незаполненных орбиталей на эту орбиталь добавляется второй электрон. При этом на одной орбитали находятся два электрона с полуцелыми спинами противоположного знака, которые спариваются (образуют двухэлектронное облако) и, в результате, суммарный спин орбитали становится равным нулю.

Другая формулировка: Ниже по энергии лежит тот атомный терм, для которого выполняются два условия.

Мультиплетность максимальна

При совпадении мультиплетностей суммарный орбитальный момент L максимален.

Разберём это правило на примере заполнения орбиталей p-подуровня p-элементов второго периода (то есть от бора до неона (в приведённой ниже схеме горизонтальными чёрточками обозначены орбитали, вертикальными стрелками — электроны, причём направление стрелки обозначает ориентацию спина)