1.

Хімічні елементи можна умовно поділити на дві групи: металічні та неметалічні елементи. Така класифікація ґрунтується на найтиповіших фізичних і хімічних ознаках простих речовин утворених цими елементами. У періодичній системі хімічних елементів неметалічні елементи розміщені в кінці періодів. До них належать: Гідроген, Гелій, Бор, Карбон, Нітроген, Оксиген, Флуор, Неон, Силіцій, Фосфор, Сульфур, Хлор, Аргон, Арсен, Селен, Бром, Телур, Йод, Астат, та інші інертні елементи. Це ρ-елементи, за винятком Н і Не, які належать до s – елементів. Які ж ознаки за своєю сукупністю дають можливість найкраще пізнати хімічний елемент з неметалічним характером? Типовою для них є здатність бути в реакціях окиснювачами. На зовнішньому енергетичному рівні атоми неметалічних елементів мають, як правило, понад 4 електрони. Майже всі вони можуть приєднувати певну кількість електронів і перетворюватися на негативно заряджені йони – аніони. Здатність атомів неметалічних елементів приєднувати електрони або зміщувати їх у свій бік зростає у групі знизу догори, а в періоді – зліва направо. Тому найтиповіший неметалічний елемент перебуває у правому верхньому куті періодичної системи. Це – Флуор. Кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні збігається з номером групи. Неметалічні елементи одної групи головної підгрупи мають однакову будову зовнішнього енергетичного рівня. Вищі оксиди неметалічних елементів є кислотними оксидами. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном при звичайних умовах – газоподібні речовини.

*фізичні властивості неметалів

За нормальних умов неметали водень, кисень, озон, азот, хлор, фтор, інертні гази перебувають у газоподібному агрегатному стані, бром – рідина, решта неметалів – сірка, вуглець, фосфор, кремній, йод – тверді речовини. Неметали відрізняються за кольором. Так, водень, кисень, азот – безбарвні гази; фтор – блідо-жовтий, хлор – жовто-зелений отруйний газ з різким специфічним запахом; бром – темно-червона рідина, жовто-бурі пари якої мають різкий неприємний запах, а при потраплянні на шкіру викликають опіки. Фосфор червоний – червоного кольору, фосфор білий – білого кольору. Сірка – жовтого кольору, йод – чорно-фіолетовий з металічним блиском.

Оскільки неметали мають різні агрегатні стани, то й температури їх плавлення та кипіння перебувають у широких межах. Газоподібні неметали за нормальних умов киплять при низьких температурах (майже -2000С). Йод при нагріванні сублімується – відразу переходить із твердого стану в газоподібний. Сірка кипить у полум’ї спиртівки. Якщо шматок сірки потерти об суху долоню або шерсть, сірка електризується і починає притягувати до себе клаптики паперу. Сірка не розчиняється у воді і не змочується нею. Якщо кинути на поверхню води щіпку сірчаного цвіту (крихкий порошок), частинки сірки не потонуть у воді, а плаватимуть на поверхні, утворюючи на ній золотисто-жовту плівку. Таке спливання дрібних часточок речовини, яка не змочується водою, називаєтьсяфлотацією. Температура кипіння алмазу +30000С.

Більшість неметалів не проводять електричний струм, тобто є діелектриками. Кремній – напівпровідник, а графіт – провідник електричного струму. Неметали погано проводять тепло, крихкі, деякі розчинні у воді, багато з них добре розчинні в органічних розчинниках.

За нормальних умов неметали водень Н2, фтор F2, хлор Cl2,кисень O2, озон О3, азот N2 та інертні гази (гелій He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радонRn) пе ребувають у газоподібному агрегатному стані, бром Вr2 — рідина, а решта

неметалів — тверді речовини.

Алотропія — явище існування одного й того самого

хімічного елемента у вигляді кількох простих

речовин, що відрізняються між собою будовою

та властивостями.

Карбон - може утворювати 4 основні алотропні модифікації і алмаз (безбарвні прозорі кистали високої твердості.Твердість обумовлена структурою його кристалічної решітки,де кожен атом пов*язаний з чотирьма сусідніми міцним ковалентним звазками) , Графіт (сіри кристалічна речовина з металевим блиском ,жирна на дотик.Кожний атом вуглецюгу зв*язаний ковалентним зв*язком з трьома сусідніми),Карбін (чорний порошок,кристали якого складаються з лінійних полімерів вуглцю.Нагрівання до 2000 °C призводить до утворення графіту),Фулерен (маловивчена речовина)

Сульфур (сірка)-три алотропні форми:дві кристалічні (ромбічна і моноклінна,за способом сполучення атомів у кристалі) і аморфна форма

Фосфор:білий фосфор (молекулярна будова кристалічної градки),Червоний фосфор і чорний фосфор (атомна будова кристалічної градки).Усі вони-тверді речовини з кольором,зазначеним у назві . Змінюючи температуру,одну алотропну видозміну фосфорну можна за кілька годин перетворити в іншу.

2. Неметали, за винятком інертних газів, є досить хімічно активними речовинами. Зовнішній електронний шар у їх атомах не завершений, але близький до завершення, тому атоми неметалічних елементів легко приєднують електрони, перетворюючись на негативно заряджені йони. Це відбувається під час сполучення неметалічних елементів з елементами, атоми яких, навпаки, легко віддають електрони, а такими елементами є металічні елементи і Гідроген, тому для неметалів типовими є реакції сполучення з металами і воднем. У реакціях з більш активними неметалами менш активні неметали віддають електрони і є відновниками. Відновником буде той елемент, який у періодичній системі розміщений ліворуч або нижче, а окисником той, що розміщений праворуч або вище. При цьому утворюються сполуки з ковалентним полярним зв’язком. Вищі оксиди неметалічних елементів є кислотними оксидами. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном при звичайних умовах – газоподібні речовини.

нь 02, які характерні властивості він має, для чого використовується і яку роль відіграє у природі.

Кругообіг Нітрогену в пироді

Хімічні елементи, як і вся природа, перебувають у постійному русі. Процеси відбуваються в усіх трьох оболонках Землі — літосфері, гідросфері, атмосфері. Значну роль у процесах, що відбуваються у природі, обирає біосфера — зона існування живих організмів. Так, вам відомо, що Нітроген входить до складу білків і, отже, зумовлює існування рослин, тварин, взагалі життя на 3eмлі.

У природі Нітроген зустрічається як у вільному стані, так і у зв'язаному. У вільному стані Нітроген у вигляді азоту входить до складу повітря (об'ємна частка N2 становить 78 %, масова — 75,6 %). Оскільки азот з повітря витрачається мало, його запаси в атмосфері залишаються сталими. У вигляді неорганічних сполук Нітроген у невеликих кількостях є в ґрунті. Проте у вигляді складних органічних сполук — білків — він увіходить до складу всіх живих організмів, беручи участь у їх життєдіяльності.

З Нітрогену складається азот N2, його багато в повітрі. Проте безпосередньо з повітря Нітроген у вигляді азоту засвоюють лише деякі бактерії, а всі інші організми здатні засвоювати Нітроген тільки у складі сполук.

Рослини засвоюють Нітроген неорганічних сполук, які у ґрунті, у вигляді йонів NH4 і NO3. У рослинах здійснюється синтез білків. Рослини частково поїдаються травоїдними тваринами, і білкові речовини потрапляють до організму тварин. Під час гниття залишків рослин і тварин під впливом спеціальних бактерій відбуваються складні біохімічні процеси, внаслідок яких органічні сполуки, що містять Нітроген, перетворюються на неорганічні сполуки Нітрогену, які повертаються в ґрунт. Ці сполуки знову засвоюються рослинами, і цикл перетворень замикається

Кругообіг Карбону в природі

Природні сполуки, до складу яких входить Карбон, постійно зазнають змін, внаслідок яких здійснюється кругообіг Карбону.

Важлива роль у кругообігу Карбону належить оксиду карбону(IV), що входить до складу атмосфери Землі. Цей газ надходить в атмосферу внаслідок багатьох процесів-виверження вулканів, горіння палива, розкладання вапняку, дихання людини, тварин і рослин, процесів бродіння і гниття.

З повітря С02 у значних кількостях поглинається наземними рослинами та фітопланктоном Світового океану. Процес поглинання С02 відбувається тільки на світлі — фотосинтез, внаслідок якого утворюються органічні сполуки, що містять Карбон. Внаслідок фотосинтезу в атмосферу виділяється кисень 02:

hv

nС02 + mН20 ------------> Сn(Н20)m + n02↑

хлорофіл

Із рослин, які поїдаються тваринами, Карбон переходить у тваринні організми. Тварини виділяють Карбон у вигляді вуглекислого газу під час дихання. Рослини і тварини з часом відмирають, починають гнисти, окиснюватись і частково перетворюватись на С02, що повертається у повітря й знову поглинається рослинами. А частково рослинні та тваринні рештки у ґрунті перетворюються на горючі копалини — кам'яне вугілля, нафту, природний газ. Горючі копалини використовують як паливо, внаслідок згоряння якого С02 знову повертається в атмосферу.

3. Більшість неметалічних елементів утворюють сполуки з Гідрогеном; їх не утворюють лише інертні елементи. Бінарні сполуки Гідрогену з неметалами назвали леткими тому, що за звичайних умов вони газоподібні (HCl, NH3, H2S), або рідини, що легко переходять у газоподібний стан (HF за температури 19,50С і H2O). Ці сполуки складаються із молекул. Атоми в них сполучені між собою ковалентними полярними зв’язками. Для сполук неметалічних елементів з Гідрогеном найчастіше використовують тривіальні назви, рідше – хімічні.

4. Амоніак — будова молекули й фізичні властивості

молекула NH3 має структуру трикутної піраміди з атомом Нітрогену у вершині. Хімічний зв’язок утворюється шляхом

перекривання s-орбіталей трьох атомів Гідрогену і трьох р-орбіталей Нітрогену. р-хмари перпендикулярні, але кут між зв’язками перевищує 90°, тому що електронні хмари атомів Гідрогену відштовхуються й утворюють кут зв’язку 107°. Довжина зв’язку N - H становить 1,01 А.

Фізичні властивості: безбарвний газ із різким запахом, добре розчинний у воді (до 700 л амоніаку в 1 л води). Температура плавлення дорівнює —77,7 °С, температура кипіння 33,4 °С.

У лабораторії амоніак добувають нагріванням суміші солей амонію з лугами. Найчастіше для цього використовують хлорид амонію NH4Cl і гашене вапно Ca(OH)2 (в надлишку): 2NH4Cl + Ca(OH)2 = Ca Cl2 + 2NH3↑+ 2H2O

Ці речовини ретельно перемішують, вміщають у пробірку або колбу і нагрівають. Реакція з виділенням амоніаку проходить при звичайних умовах, а при нагріванні різко прискорюється. Добути амоніак можна також нагріваючи нашатирний спирт: NH4ОН ⇄ NH3 + H2O.

Збирають амоніак у пробірку розміщену вверх дном, оскільки він легший за повітря.

Солі амонію – тверді кристалічні речовини, добре розчинні у воді, сильні електроліти. Добувають солі амонію взаємодією амоніаку та гідроксиду амонію з кислотами.

Хімічні властивості:

1. Солі амонію дисоціюють у водному розчині на катіон амонію NH4+ та аніон кислотного залишку: NH4NO3 ⇄ NH4+ + NO3–

2. Розкладаються при нагріванні на амоніак і відповідну кислоту:

(NH4)2SO4 2NH3 + Н2SO4; (NH4)2СO3 2NH3 + Н2О + СO2.

Як виняток: NH4NO3 N2О + 2Н2О.

3. Взаємодіють з лугами, при цьому виділяється амоніак: (NH4)2СO3 + 2KOH = 2NH3 + K2СO3 + 2H2O.

Амоніак, що виділяється, можна виявити по запаху або змоченим у воді лакмусовим папірцем. Папірець синіє, тому що на його поверхні утворюється гідроксид амонію: NH3 + H2O ⇄ NH4ОН.

Якісною реакція на солі амонію є взаємодія з розчином лугу. Реакція супроводжується виділенням амоніаку, який виявляють за запахом або посинінням зволоженого індикаторного папірця. Скорочене йонне рівняння: NH4+ + ОН– = NH3↑ + H2O.

5.

6. Сульфатна кислота (сірчана кислота, IUPAC — дигідрогенсульфат, застаріла назва — купоросне масло) — сполука сірки з формулою H2SO4. Безбарвна масляниста, дуже в'язка і гігроскопічна рідина. Сірчана кислота — одна з найсильніших неорганічних кислоті є дуже їдкою та небезпечною. Ця кислота утворює два ряди солей: сульфати і гідрогенсульфати, в яких у порівнянні з сульфатною кислотою замінюються один або два атоми гідрогену на катіони металів. Сірчана кислота є однією з найважливіших технічних речовин усвіті і лідирує за кількістю виробництва.Вона в основному використовується для виробництва добрив і інших неорганічних кислот. В основному використовуються водні розчини цієї кислоти.

Сульфатна кислота є важливим продуктом хімічної промисловості. Вона у великих кількостях застосовується у виробництві мінеральних добрив, волокон, пластмас, барвників, вибухових речовин, у металургії в процесі добування міді, нікелю, урану та інших металів. Використовується також як осушувач газів.

Серед сульфатів велике практичне значення мають мідний і залізний купороси СuS04 • 5Н20 і FeS04 • 7Н20. Вони використовуються в сільському господарстві для боротьби із шкідниками рослин, у виробництві фарб, для просочення деревини як антисептичний засіб.

Купороси — технічна назва кристалогідратів сульфатів деяких важких металів (міді, заліза, цинку, нікелю), тобто це солі, кристали яких містять кристалізаційну воду.

Гіпс СаS04 • 2Н20 і сульфат кальцію СаS04 використовують у будівництві, медицині та інших галузях.

Сульфат натрію Na2S04 застосовують у виробництві скла. Він входить до складу природною мінералу Nа2S04 • 10Н2О глауберової солі, яка використовується в медицині як проносний засіб.

Сульфати калію К2S04 і амонію (NН4)2S04 використовують як добрива.

Сульфат барію ВаS04 застосовують у виробництві паперу, гуми та білої мінеральної фарби, а також у медицині для рентгеноскопії шлунку («Барієва каша».

Найбільш сучасний спосіб добування сульфатної кислоти у промисловості — це контактний. Як сировина використовується пірит FeS2 (залізний, або сірчаний, колчедан.)

7.

Безводна нітратна кислота HN03 — безбарвна летка рідина, з різким запахом, на повітрі «димить», дуже добре розчиняється у воді, змішуючись з нею у будь-яких співвідношеннях.

Ортофосфатна кислота Н3РО4, яку звичайно називають просто фосфатною — тверда, безбарвна, кристалічна речовина, нелегка, також добре розчиняється у воді і змішується з нею у будь-яких співвідношеннях.

7.2 Пробема

Нітрати лужних металів, крім того, використовують як компоненти ракетного палива та піротехнічних сумішей, для виробництва вибухових речовин, скла, ліків і для обробки та консервування харчових продуктів. Так, нітрат Натрію NaNO3, застосовують (у чітко визначеній нормі!) для готовлення ковбас, шинки, окосту, деяких сортів сиру і риби. Він відновлюється мікроорганізмами до нітриту натрію NaN02, який перешкоджає окисненню м'яса і зберігає рожевий колір м'ясних виробів, поліпшує смак сирів, облагороджує їхній запах.

У домашніх умовах використання нітратів і нітритів неприпустиме, бо вживання навіть дещо перевищеної норми цих солей може призвести до порушення функції крові як переносника кисню й створити загрозу для життя. Адже нітрати спричинюють набряк легенів, кашель, блювоту і серцеву недостатність.

Нітрити, зокрема NaN02, у шлунково-кишковому тракті утворюють високотоксичні сполуки, що вражають печінку і спричинюють розвиток злоякісних пухлин.

На жаль, багато хто вже перебуває під впливом цих високотоксичних сполук. Вони хоч і у невеликих кількостях, але є в забрудненому повітрі та сигаретному диму. Не завадить згадати про нітрити та інші токсичні речовини, перш ніж закурити чергову сигарету.

Отже, в сільському господарстві, у харчовій промисловості з нітратами треба поводитися грамотно: неухильно додержувати норм внесення їх у ґрунт, запобігати надлишку нітратів, тоді їх вміст у фруктах, овочах та інших продуктах не перевищуватиме гранично допустимої концентрації (5 мг/кг на добу).

Зменшити кількість нітратів можна, якщо всі овочі, плоди, в тому числі цитрусові, перед вживанням ретельно помити гарячою водою, після чого яблука, огірки почистити, а з моркви вирізати серцевину. Зниженню шкідливого впливу на організм нітратів і нітритів сприяє вживання вітамінів, особливо А, Е, В9.

8.

Фізичні властивості ортофосфатної кислоти

При нормальних умовах ортофосфатна кислота являє собою безбарвну й розпливчасту на повітрі кристалічну сполуку із температурою плавлення +42 °С (65%-й розчин кислоти замерзає тільки при -85 °С). У твердому стані й у розчині молекули ортофосфатної кислоти асоційовані за рахунок водневих зв’язків, і тому концентровані розчини мають високу в’язкість. Фосфатна кислота добре розчиняється у воді (до 80% за масою). Її водні розчини — гарні електроліти (найвища електропровідність спостерігається тоді, коли концентрація кислоти становить 48%).

На відміну від багатьох сполук Фосфору, фосфатна кислота не отруйна.

Штучні (мінеральні) добрива, — вироби однієї з галузей хімічної промисловості, що містять поживні елементи, потрібні для сільського господарства. Застосування штучних добрив сприяє збільшенню врожайності сільсько-господарських культур, покращенню якості продукції та спричиняється до підвищення стійкості рослин у несприятливих кліматичних умовах. Найчастіше у ґрунті немає відповідної кількості азоту, фосфору й калію. Тому азотні, фосфорні і калійні мінеральні добрива широко застосовуються у сільському господарстві.

9. Карбон утворює два оксиди — карбон(ІІ) оксид СО та карбон(ІV) оксид СO2 зі ступенями окиснення Карбону відповідно +2 та +4.

Карбон(ІІ) оксид, карбон монооксид

Атом Карбону в цьому оксиді перебуває в основному стані (6С 1s22s22p2) і має одну вакантну р-орбіталь. У його молекулі є два зв’язки між атомами С та О, що утворюються за обмінним механізмом, і ще один зв’язок — за донорно-акцепторним механізмом:

Отже, валентність Карбону й Оксигену в CO — III. Молекула лінійна і малополярна (причому частковий негативний заряд зосереджено на атомі Карбону, а позитивний — на атомі Оксигену, хоча його електронегативність і вища).

Карбон(ІІ) оксид — це газ, без кольору і запаху (а тому дуже небезпечний1), без смаку, отруйний, оскільки з гемоглобіном крові швидко утворює стабільну сполуку — карбоксигемоглобін.

Добування карбон(ІІ) оксиду

10. Карбонатна кислота

Солетвірному оксиду карбону(IV) С02 відповідає карбонатна кислота Н2С03.

Карбонатна кислота Н2С03 — нестійка сполука. Вона існує лише у водному розчині. Під час намагання виділити її з розчину вона легко розкладається на воду і оксид карбону(IV). У водному розчині має місце рівновага:

CO2 + H2O ⇔Н2С03 ⇔Н+ + НСОз-⇔2Н++ СО2-3

Цим пояснюються кислотні властивості карбонатної кислоти Н2С03. Карбонатна кислота належить до слабких кислот, тобто дисоціює на йони незначною мірою. Як двохосновна, вона утворює два ряди солей: середні — карбонати і кислі — гідрокарбонати.

Наприклад: Na2СО3 — карбонат натрію, NaНС03 — гідрокарбонат натрію; СаС03 — карбонат кальцію і Са(НС03)2 — гідрокарбонат кальцію.

Карбонати — кристалічні речовини. У воді не розчиняються, за винятком карбонатів лужних металів та амонію.

Унаслідок дії кислот на сухі карбонати або їхні водні розчини виділяється оксид карбону(IV), що викликає спінювання:

СаС03 + 2НСl = СаСІ2 + С02 ↑ + Н20

11. Місце елементів-металів у Періодичній системі хімічних елементів д. І. Менделєєва та особливості будови їх атомів. Металічний хімічний зв'язок. Загальні фізичні властивості металів

Метали мають величезне значення в розвитку людської цивілізації. З давніх-давен людству відомі золото, срібло, мідь та залізо. Сучасна металургія отримує для потреб техніки більше 60 металів та на їх основі понад 5000 сплавів.

Розглянемо положення елементів-металів у Періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва. Якщо провести лінію від Бору до Астату, то можна помітити, що усі елементи, розташовані лівіше від проведеної лінії, відносять до металічних. Правіше цієї межі розміщені переважно елементи-неметали та деяка частина d-елементів, які належать до так званих перехідних металів (наприклад, Хром, Ферум, Платина). Бачимо, що переважна більшість відомих хімічних елементів є металічними.

Атоми елементів-металів на зовнішньому енергетичному рівні містять невелику кількість електронів — від одного до трьох, зрідка — чотири. Намагаючись набути стійкої електронної конфігурації інертних газів, металічні елементи легко віддають електрони, утворюючи катіони. Чим менше електронів міститься на зовнішньому енергетичному рівні і чим більший радіус атома, тим легше атом металічного елемента перетворюється на відповідний катіон. За цієї причини в періодах при збільшенні заряду атомного ядра, металічні властивості зменшуються, а в групах — збільшуються.

Метали є речовинами немолекулярної будови. Оскільки атоми елементів-металів здатні віддавати електрони з зовнішнього енергетичного рівня, то у вузлах кристалічної ґратки металів містяться позитивні йони і деяка частина нейтральних атомів. Між ними хаотично пересуваються відносно вільні електрони, які стають спільними для всієї кристалічної ґратки. Таку кристалічну ґратку називають металічною. Усуспільнені електрони, вільно пересуваючись, компенсують сили електростатичного відштовхування між позитивно зарядженими йонами і, таким чином, забезпечують хімічний зв’язок в кристалі металу. Зв’язок, який здійснюють відносно вільні електрони між катіонами металів кристалічної ґратки називають металічним.

Фізичні властивості металів зумовлені особливостями їх будови. За звичайних умов усі метали (за винятком ртуті) є твердими кристалічними речовинами. Температури плавлення металів значно відрізняються: цезій можна розплавити у долоні, а температура плавлення вольфраму +3410 °С.

Більшість металів, за винятком золота та міді, мають сріблясто-білий або сріблясто-сірий колір. Усі метали мають характерний металевий блиск, який пояснюється наявністю в них вільних електронів. У вигляді порошку метали втрачають блиск (крім магнію і алюмінію) і набувають чорного або темно-сірого кольору.

Усі метали — добрі провідники електричного струму. Це пояснюється наявністю вільних електронів, які під впливом навіть невеликої різниці потенціалів починають пересуватися в певному напрямку. Найкращими провідниками електричного струму є срібло, мідь, золото, алюміній і залізо. Метали мають високу теплопровідність, яка також пояснюється високою рухливістю електронів.

Більшість металів пластичні. Їх можна кувати, витягати в дріт, прокочувати в тонкі листи. При цьому відбувається зсув атомів та йонів кристалічної ґратки, але зв’язки між ними не розриваються завдяки руху відносно вільних електронів. Пластичність зменшується в ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe. Золото можна прокатати в тонку фольгу товщиною до 0,003 мм.

Метали відрізняються своєю твердістю. Найбільш твердим є хром, яким можна різати скло. Найбільш м’якими є натрій і калій, які легко ріжуться ножем. Також метали різняться своєю густиною. Найлегшим з металів є літій, а найважчим — осмій.