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Химия металлов. Учебное пособие

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2
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Ʌɢɬɢɣɢɳɟɥɨɱɧɵɟɦɟɬɚɥɥɵɛɭɪɧɨɪɟɚɝɢɪɭɸɬɫɨɜɫɟɦɢɧɟɨɪɝɚɧɢɱɟɫɤɢɦɢɢ ɨɪɝɚɧɢɱɟɫɤɢɦɢɤɢɫɥɨɬɚɦɢɨɛɪɚɡɭɹ ɯɨɪɨɲɨɪɚɫɬɜɨɪɢɦɵɟɜɜɨɞɟɫɨɥɢ
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Na
O + H2O ĺNaOH
2
2K
+ 2H2O ĺKOH + O
2O2
2
4RbO
+ 2H2O ĺRbOH + 3O
2
2
Ⱥɩɪɢɜɡɚɢɦɨɞɟɣɫɬɜɢɢɨɤɫɢɞɨɜɢɩɟɪɨɤɫɢɞɨɜɫɤɢɫɥɨɬɚɦɢ ɢɚɦɮɨɬɟɪɧɵɦɢ ɨɤɫɢɞɚɦɢɨɛɪɚɡɭɸɬɫɹɫɨɥɢ
O + H26ĺ/L2S + H2O
Li
2
K
+ MnO2 ĺ.2MnO
2O2
4
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2Na
+ 2H22ĺ1D2+22
2O2
35
2K2O2 + 2CO2 ĺ.2CO3 + O
2
2CsO
+ 2NH3 ĺ&V2+12 + 2H2O
2
Ƚɢɞɪɨɤɫɢɞɵ. Ƚɢɞɪɨɤɫɢɞɵɷɥɟɦɟɧɬɨɜ1-ɣɝɪɭɩɩɵɩɪɟɞɫɬɚɜɥɹɸɬɫɨɛɨɣɛɟɫ ɰɜɟɬɧɵɟɝɢɝɪɨɫɤɨɩɢɱɧɵɟɬɟɪɦɢɱɟɫɤɢɭɫɬɨɣɱɢɜɵɟɤɪɨɦɟLiOHɜɟɳɟɫɬɜɚɜɨɡ ɝɨɧɹɸɳɢɟɫɹɛɟɡɪɚɡɥɨɠɟɧɢɹɈɧɢɯɨɪɨɲɨɪɚɫɬɜɨɪɢɦɵɜɜɨɞɟɢɩɨɥɹɪɧɵɯɪɚɫ ɬɜɨɪɢɬɟɥɹɯɈɫɧɨɜɧɵɟɫɜɨɣɫɬɜɚɪɚɫɬɜɨɪɨɜɭɫɢɥɢɜɚɸɬɫɹɩɪɢɩɟɪɟɯɨɞɟɨɬLiOH ɤ
CsOH.
Ʉɚɤ ɝɨɜɨɪɢɥɨɫɶ ɜɵɲɟ ɝɢɞɪɨɤɫɢɞɵ ɨɛɪɚɡɭɸɬɫɹ ɩɪɢ ɜɡɚɢɦɨɞɟɣɫɬɜɢɢ ɳɟ ɥɨɱɧɵɯɦɟɬɚɥɥɨɜɢɯɨɤɫɢɞɨɜɢɩɟɪɨɤɫɢɞɧɵɯɫɨɟɞɢɧɟɧɢɣɫɜɨɞɨɣɇɨɨɫɧɨɜɧɵɦ ɦɟɬɨɞɨɦ ɢɯ ɩɨɥɭɱɟɧɢɹ ɹɜɥɹɟɬɫɹ ɷɥɟɤɬɪɨɥɢɡ ɤɨɧɰɟɧɬɪɢɪɨɜɚɧɧɵɯ ɜɨɞɧɵɯ ɪɚɫ ɬɜɨɪɨɜɯɥɨɪɢɞɨɜɳɟɥɨɱɧɵɯɦɟɬɚɥɥɨɜ
2MCl + 2H
O ĺH2ĹCl2ĹMOH
2
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Ƚɢɞɪɨɤɫɢɞɵɳɟɥɨɱɧɵɯɦɟɬɚɥɥɨɜɧɟɨɛɯɨɞɢɦɨɯɪɚɧɢɬɶ ɜɩɥɨɬɧɨɡɚɤɪɵɬɵɯ ɫɨɫɭɞɚɯɬɚɤɤɚɤɩɪɢɤɨɧɬɚɤɬɟɫɜɨɡɞɭɯɨɦɨɧɢɨɱɟɧɶɛɵɫɬɪɨ©ɪɚɫɩɥɵɜɚɸɬɫɹª ɩɨɝɥɨɳɚɹɜɨɞɭɢɭɝɥɟɤɢɫɥɵɣɝɚɡɫɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɟɦɤɪɢɫɬɚɥɥɨɝɢɞɪɚɬɨɜɢɤɚɪɛɨɧɚ ɬɨɜɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɟɧɧɨ
NaOH + H
2ĺ1D2+ā+2O
2
2KOH + CO
ĺ.2CO3 + H2O
2
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Ƚɢɞɪɨɤɫɢɞɧɚɬɪɢɹɩɪɢɦɟɧɹɸɬɞɥɹɨɱɢɫɬɤɢɛɟɧɡɢɧɚɢɤɟɪɨɫɢɧɚɜɩɪɨɢɡ ɜɨɞɫɬɜɟɦɵɥɚ ɢɫɤɭɫɫɬɜɟɧɧɨɝɨɲɺɥɤɚ ɛɭɦɚɝɢ ɜ ɬɟɤɫɬɢɥɶɧɨɣ ɤɨɠɟɜɟɧɧɨɣ ɯɢ ɦɢɱɟɫɤɨɣɩɪɨɦɵɲɥɟɧɧɨɫɬɢ
ɋɨɥɢȼ ɨɫɧɨɜɧɨɦɫɨɥɢɩɨɥɭɱɚɸɬɪɟɚɤɰɢɟɣɧɟɣɬɪɚɥɢɡɚɰɢɢɉɪɢɷɬɨɦɦɧɨɝɨ ɨɫɧɨɜɧɵɟɤɢɫɥɨɬɵɫɟɪɧɚɹɮɨɫɮɨɪɧɚɹ ɢɬ ɩɦɨɝɭɬɨɛɪɚɡɨɜɵɜɚɬɶɤɢɫɥɵɟɫɨɥɢ
LiɈɇHNO3 ĺLiNO3 + H2O
KOH + H
ĺKH2PO4 + H2O
3PO4
3KOH + H
ĺK3PO4 + 3H2O
3PO4
36
ȼɪɚɫɬɜɨɪɚɯɨɧɢɜɟɞɭɬɫɟɛɹɤɚɤɫɢɥɶɧɵɟɷɥɟɤɬɪɨɥɢɬɵɋɨɥɢɨɛɪɚɡɨɜɚɧɧɵɟ ɫɥɚɛɵɦɢɤɢɫɥɨɬɚɦɢ ɩɨɞɜɟɪɝɚɸɬɫɹɝɢɞɪɨɥɢɡɭ ɩɨɚɧɢɨɧɭ ɤɚɪɛɨɧɚɬɵɚɰɟɬɚɬɵ ɫɭɥɶɮɢɬɵɢɬ ɞ.
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S + H2O ɏ NaHS + NaOH
Na
2
Ƚɚɥɨɝɟɧɢɞɵɥɢɬɢɹɢɳɟɥɨɱɧɵɯɦɟɬɚɥɥɨɜɝɢɝɪɨɫɤɨɩɢɱɧɵɂɡɝɚɥɨɝɟɧɢɞɨɜɜ ɜɨɞɧɵɯɪɚɫɬɜɨɪɚɯɝɢɞɪɨɥɢɡɭɩɨɞɜɟɪɝɚɸɬɫɹɬɨɥɶɤɨɮɬɨɪɢɞɵHF – ɫɥɚɛɚɹ ɤɢɫ ɥɨɬɚ
KF + H
O ɏ KOH + HF
2
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6KI + K
+ 7H2SO4 = 3I2 + Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 7H2O
2Cr2O7
Na
S + 4HNO3 = 2NaNO3 + S + 2NO2 + 2H2O
2
ɂɡɫɨɥɟɣɳɟɥɨɱɧɵɯɦɟɬɚɥɥɨɜɜɚɠɧɨɟɩɪɚɤɬɢɱɟɫɤɨɟɡɧɚɱɟɧɢɟɢɦɟɸɬɤɚɪɛɨ ɧɚɬɢɝɢɞɪɨɤɚɪɛɨɧɚɬɧɚɬɪɢɹɄɚɪɛɨɧɚɬɧɚɬɪɢɹNa
ɤɚɥɶɰɢɧɢɪɨɜɚɧɧɚɹɫɨɞɚ
2CO3
ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɹɟɬɫɨɛɨɣɛɟɥɵɣ ɩɨɪɨɲɨɤɩɪɢɦɟɧɹɟɬɫɹɞɥɹ ɨɱɢɫɬɤɢɧɟɮɬɢɢɩɪɨɢɡ ɜɨɞɫɬɜɚɫɬɟɤɥɚɜɬɟɤɫɬɢɥɶɧɨɣɢɦɵɥɨɜɚɪɟɧɧɨɣɩɪɨɦɵɲɥɟɧɧɨɫɬɢ Ƚɢɞɪɨɤɚɪɛɨ ɧɚɬ ɧɚɬɪɢɹ NaHCO
ɢɡɜɟɫɬɟɧ ɩɨɞ ɧɚɡɜɚɧɢɟɦ ɩɢɳɟɜɚɹ ɫɨɞɚɉɨɫɪɚɜɧɟɧɢɸɫ
3
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ɪɚɡɥɚɝɚɟɬɫɹ ɫ ɜɵɞɟɥɟɧɢɟɦ ɭɝɥɟ
3
ɤɢɫɥɨɝɨɝɚɡɚ
2NaHCO
D
C80
Na2CO3 + CO2 Ĺ+ H2O.
3
Ƚɢɞɪɨɤɚɪɛɨɧɚɬɧɚɬɪɢɹ ɤɚɤ ɢɫɬɨɱɧɢɤ ɭɝɥɟɤɢɫɥɨɝɨɝɚɡɚ ɩɪɢɦɟɧɹɸɬ ɜɨɝɧɟ ɬɭɲɢɬɟɥɹɯɜɯɥɟɛɨɩɟɱɟɧɢɢɩɪɢɢɡɝɨɬɨɜɥɟɧɢɢɲɢɩɭɱɢɯɧɚɩɢɬɤɨɜ
Ɉɛɪɚɡɨɜɚɧɢɟɤɨɦɩɥɟɤɫɧɵɯɫɨɟɞɢɧɟɧɢɣ ɫɧɟɨɪɝɚɧɢɱɟɫɤɢɦɢ ɥɢɝɚɧɞɚɦɢ ɞɥɹ ɷɥɟɦɟɧɬɨɜ1-ɣ ɝɪɭɩɩɵ ɧɟɯɚɪɚɤɬɟɪɧɨȾɥɹɢɨɧɨɜLi
+
Na+K+ ɧɚɢɛɨɥɟɟɭɫɬɨɣɱɢ
37
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2ɗɥɟɦɟɧɬɵɜɬɨɪɨɣɝɪɭɩɩɵ
Ʉ ɷɥɟɦɟɧɬɚɦ -ɣ ɝɪɭɩɩɵ ɉɟɪɢɨɞɢɱɟɫɤɨɣ ɫɢɫɬɟɦɵ ɨɬɧɨɫɹɬɫɹ ɛɟɪɢɥɥɢɣ ɢ ɦɚɝɧɢɣɚɬɚɤɠɟɱɟɬɵɪɟɳɟɥɨɱɧɨɡɟɦɟɥɶɧɵɯ ɦɟɬɚɥɥɚɤɚɥɶɰɢɣɫɬɪɨɧɰɢɣɛɚɪɢɣ ɢ ɪɚɞɢɣ. Ɋɚɞɢɣ – ɪɚɞɢɨɚɤɬɢɜɧɵɣɷɥɟɦɟɧɬ ɨɛɪɚɡɭɸɳɢɣɫɹ ɩɪɢ ɪɚɫɩɚɞɟ ɢɡɨɬɨ-
238
ɩɚ
U.
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Ɍɚɛɥɢɰɚ2.3
ɇɟɤɨɬɨɪɵɟɫɜɨɣɫɬɜɚɷɥɟɦɟɧɬɨɜɜɬɨɪɨɣɝɪɭɩɩɵ
ɋɜɨɣɫɬɜɨ Be Mg Ca Sr Ba
Ɂɚɪɹɞɹɞɪɚ +4 +12 +20 +38 +56
Ⱥɬɨɦɧɚɹɦɚɫɫɚ     
Ɇɟɬɚɥɥɢɱɟɫɤɢɣɪɚɞɢɭɫɧɦ  60   17
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–4
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ɬɨɜɜɡɟɦɧɨɣɤɨɪɟɢ ɦɚɫɫ ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɟɧɧɨȼɫɬɪɟɱɚɸɬɫɹɤɚɤɜɜɢɞɟ ɫɨɛɫɬɜɟɧɧɵɯɦɚɝɧɟɡɢɬ MgCO
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(SiO3)6 ɢɥɢBeOāAl2O3āSiO2ɢɮɟɧɚɤɢɬ (Be2SiO4ɢɦɟɸɬɩɪɨɦɵɲɥɟɧ
3Al2
3+
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3+
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3
38
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3
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ɋɨɞɟɪɠɚɧɢɟɫɬɪɨɧɰɢɹā
–2
ɦɚɫɫ) ɢɛɚɪɢɹā
–2
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ɤɨɪɟɧɚɞɜɚɩɨɪɹɞɤɚɦɟɧɶɲɟ. ɂɡɦɢɧɟɪɚɥɨɜ ɧɚɢɛɨɥɟɟɜɚɠɧɵɦɢɹɜɥɹɸɬɫɹ ɰɟɥɟ
ɫɬɢɧ SrSO
ɫɬɪɨɧɰɢɚɧɢɬ SrCO3ɛɚɪɢɬ BaSO4. Ɋɚɞɢɣɜɧɟɡɧɚɱɢɬɟɥɶɧɵɯɤɨɥɢ
4
ɱɟɫɬɜɚɯɫɨɞɟɪɠɢɬɫɹɜɭɪɚɧɨɜɵɯɪɭɞɚɯ
ɉɨɥɭɱɟɧɢɟȻɟɪɢɥɥɢɣɩɨɥɭɱɚɸɬ ɦɟɬɨɞɨɦ ɜɚɤɭɭɦɧɨ-ɬɟɪɦɢɱɟɫɤɨɝɨɜɨɫɫɬɚ ɧɨɜɥɟɧɢɹɦɚɝɧɢɟɦɢɡɮɬɨɪɢɞɚ ɢɥɢɨɤɫɢɞɚ ɩɪɢ–1200 °ɋ
BeF
+ Mg ĺ Be + MgF
2
2
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4SrO + 2Al ĺ 3Sr + SrAl
2O4
ɉɪɢɦɟɧɟɧɢɟȻɟɪɢɥɥɢɣɨɛɥɚɞɚɟɬɫɚɦɨɣɜɵɫɨɤɨɣɭɞɟɥɶɧɨɣɩɪɨɱɧɨɫɬɶɸ ɢɡ ɜɫɟɯ ɦɟɬɚɥɥɨɜ ɒɢɪɨɤɨ ɢɫɩɨɥɶɡɭɟɬɫɹ ɤɚɤ ɥɟɝɢɪɭɸɳɚɹɞɨɛɚɜɤɚɜɧɢɤɟɥɟɜɵɯ ɠɟɥɟɡɧɵɯɢɦɟɞɧɵɯɛɟɪɢɥɥɢɟɜɵɟɛɪɨɧɡɵɫɩɥɚɜɚɯɩɪɢɨɛɪɟɬɚɸɳɢɯɛɥɚɝɨɞɚɪɹ ɛɟɪɢɥɥɢɸ ɜɵɫɨɤɭɸɩɪɨɱɧɨɫɬɶɢ ɬɜɟɪɞɨɫɬɶ ɯɨɪɨɲɭɸɷɥɟɤɬɪɨ- ɢ ɬɟɩɥɨɩɪɨɜɨɞ ɧɨɫɬɶ ɜɵɫɨɤɭɸɤɨɪɪɨɡɢɨɧɧɭɸɫɬɨɣɤɨɫɬɶȻɟɪɢɥɥɢɣɢɫɩɨɥɶɡɭɟɬɫɹɜɚɜɢɚɫɬɪɨɟ ɧɢɢɪɚɤɟɬɧɨɣɞɟɬɚɥɢɫɜɟɪɯɡɜɭɤɨɜɵɯɫɚɦɨɥɟɬɨɜ ɨɛɨɥɨɱɤɢɪɚɤɟɬɢɞɪɢɹɞɟɪ ɧɨɣɬɟɯɧɢɤɟɨɬɪɚɠɚɬɟɥɢɡɚɦɟɞɥɢɬɟɥɢɧɟɣɬɪɨɧɨɜɢɡ ɧɟɝɨ ɢɡɝɨɬɨɜɥɹɸɬɨɤɨɲɤɢ ɪɟɧɬɝɟɧɨɜɫɤɢɯɬɪɭɛɨɤɬɤɨɧɩɪɨɧɢɰɚɟɦɞɥɹɪɟɧɬɝɟɧɨɜɫɤɢɯɥɭɱɟɣ
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ɋɬɪɨɧɰɢɣ ɢ ɛɚɪɢɣ ɢɫɩɨɥɶɡɭɸɬɫɹ ɤɚɤ ɝɟɬɬɟɪɵ ɝɚɡɨɩɨɝɥɨɬɢɬɟɥɢ ɜ ɷɥɟɤ ɬɪɨɜɚɤɭɭɦɧɨɣɬɟɯɧɢɤɟɫɩɥɚɜɚɥɶɛɚ ȼɚɢ % Alɩɪɢɢɡɝɨɬɨɜɥɟɧɢɢɫɩɟ
39
ɰɢɚɥɶɧɵɯ ɨɩɬɢɱɟɫɤɢɯ ɫɬɟɤɨɥɫɬɟɤɨɥɞɥɹɤɢɧɟɫɤɨɩɨɜɷɥɟɤɬɪɨɧɧɵɯɬɪɭɛɨɤ ɛɚ
g
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90
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Sr-ɢɫɬɨɱɧɢɤȕ-ɢɡɥɭɱɟɧɢɹɉɪɢɟɝɨɢɡɛɵɬɤɟɜɨɪ
ɝɚɧɢɡɦɟɩɨɪɚɠɚɟɬɫɹɩɟɱɟɧɶɤɪɨɜɶɢɤɨɫɬɧɚɹɬɤɚɧɶ
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ɂɡɨɬɨɩɪɚɞɢɹ ɚɧɢɱɟɫɤɢɯ ɨɫɚɞɨɱɧɵɯɩɨɪɨɞɢɦɢɧɟɪɚɥɨɜɜɝɟɨɯɢɦɢɢɢɡɨɬɨɩɵ
228
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226
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228
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ɩɨɥɶɡɭɸɬɤɚɤɢɧɞɢɤɚɬɨɪɵɫɦɟɲɟɧɢɹɢɰɢɪɤɭɥɹɰɢɢɜɨɞɨɤɟɚɧɨɜ
2ɏɢɦɢɱɟɫɤɢɟɫɜɨɣɫɬɜɚ
ȼɫɟɷɥɟɦɟɧɬɵ 2-ɣɝɪɭɩɩɵɜɜɢɞɟɩɪɨɫɬɵɯɜɟɳɟɫɬɜɹɜɥɹɸɬɫɹɦɹɝɤɢɦɢ ɤɪɨɦɟ ɛɟɪɢɥɥɢɹ ɫɟɪɟɛɪɢɫɬɨ-ɛɟɥɵɦɢ ɦɟɬɚɥɥɚɦɢ ɤɪɢɫɬɚɥɥɢɡɭɸɳɢɦɢɫɹ ɜ Ƚɉɍ ɛɟɪɢɥ ɥɢɣ ɦɚɝɧɢɣ ɢɧɢɡɤɨɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɧɵɟɦɨɞɢɮɢɤɚɰɢɢɤɚɥɶɰɢɹɢɫɬɪɨɧɰɢɹɢɥɢɈɐɄ­ɫɬɪɭɤɬɭɪɟ (ɛɚɪɢɣɜɵɫɨɤɨɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɧɵɟɦɨɞɢɮɢɤɚɰɢɢɤɚɥɶɰɢɹɢ ɫɬɪɨɧɰɢɹ). Ȼɟ ɪɢɥɥɢɣ ɨɬɥɢɱɚɟɬɫɹ ɨɬ ɨɫɬɚɥɶɧɵɯ ɦɟɬɚɥɥɨɜ -ɣ ɝɪɭɩɩɵ ɜɵɫɨɤɨɣ ɬɜɺɪɞɨɫɬɶɸ ɢ ɧɢɡɤɨɣɩɥɚɫɬɢɱɧɨɫɬɶɸɆɟɬɚɥɥɵ-ɣɝɪɭɩɩɵɩɨɫɪɚɜɧɟɧɢɸɫɨɳɟɥɨɱɧɵɦɢɨɛɥɚ ɞɚɸɬɛɨɥɶɲɟɣ ɩɥɨɬɧɨɫɬɶɸ ɬɜɺɪɞɨɫɬɶɸɯɚɪɚɤɬɟɪɢɡɭɸɬɫɹ ɛɨɥɟɟ ɜɵɫɨɤɢɦɢɬɟɦ ɩɟɪɚɬɭɪɚɦɢ ɩɥɚɜɥɟɧɢɹ ɇɚɢɦɟɧɶɲɟɣ ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɨɣ ɩɥɚɜɥɟɧɢɹ ɨɛɥɚɞɚɟɬ ɦɚɝɧɢɣ ɫɦɬɚɛɥ2.4ɧɚɢɛɨɥɶɲɟɣ– ɛɟɪɢɥɥɢɣɉɨɫɜɨɢɦɜɨɫɫɬɚɧɨɜɢɬɟɥɶɧɵɦɫɜɨɣɫɬɜɚɦ ɷɥɟɦɟɧɬɵ 2-ɣ ɝɪɭɩɩɵ ɭɫɬɭɩɚɸɬ ɬɨɥɶɤɨ ɳɟɥɨɱɧɵɦ ɦɟɬɚɥɥɚɦ ɋɨɟɞɢɧɟɧɢɹ ɷɥɟ ɦɟɧɬɨɜ-ɣɝɪɭɩɩɵɢɦɟɸɬɛɨɥɶɲɭɸɞɨɥɸɢɨɧɧɨɫɬɢɫɜɹɡɢɤɨɬɨɪɚɹɭɜɟɥɢɱɢɜɚɟɬɫɹ ɫɜɟɪɯɭɜɧɢɡɩɨ ɝɪɭɩɩɟɜɫɥɟɞɫɬɜɢɟ ɭɦɟɧɶɲɟɧɢɹ ɷɥɟɤɬɪɨɨɬɪɢɰɚɬɟɥɶɧɨɫɬɢ Ȼɟɪɢɥ ɥɢɣɹɜɥɹɟɬɫɹɨɞɧɢɦɢɡɧɟɦɧɨɝɢɯɦɟɬɚɥɥɨɜɹɜɥɹɸɳɢɯɫɹɞɢɚɦɚɝɧɟɬɢɤɚɦɢ
Ɍɚɛɥɢɰɚ2.4
ɇɟɤɨɬɨɪɵɟɫɜɨɣɫɬɜɚɩɪɨɫɬɵɯɜɟɳɟɫɬɜɷɥɟɦɟɧɬɨɜ-ɣɝɪɭɩɩɵ
ɋɜɨɣɫɬɜɨ Be M
Ca Sr Ba
ɉɥɨɬɧɨɫɬɶɤɝɦ3 1848 1738 1550 2540 3594
Ɍɟɦɩɟɪɚɬɭɪɚɩɥɚɜɥɟɧɢɹɋ 1278 649 839 769 725
ɗɧɬɚɥɶɩɢɹɚɬɨɦɢɡɚɰɢɢ
'H °
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324 146 178 164 178
– – – – –
40
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