ред.Рыбкиной - Простое вещество (2000)

41

§8. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ

При рассмотрении физических свойств простых веществ подчерки- валось, что они в основном присущи макроскопическим количествам веще- ства (особенно в конденсированном состоянии).

Что же касается химических свойств, то они главным образом оп- ределяются свойствами атомов, молекул, поскольку химическое взаимодей- ствие всегда протекает на атомном или молекулярном уровне. Однако ре- ально наблюдаемая химическая активность твердых простых веществ в за- метной мере зависит, например, от величины поверхности соприкоснове- ния, структуры кристалла и т.п., т.е. от макроскопических характеристик веществ.

Так, мелкодисперсный цинк (цинковая пыль) значительно энергич- нее взаимодействует с кислотами, чем гранулированный: цинковая пыль восстанавливает азотную кислоту до аммиака, а гранулированный цинк – только до низших оксидов азота.

Хорошо известна также способность многих металлов (Al, Fe, Ti, Cr и др.) к пассивации в агрессивных окисляющих средах, хотя сами эти ме- таллы достаточно активны. Кроме того, различные модификации одного и

того же простого вещества также могут заметно различаться по химической активности (например, белый и красный фосфор).

Таким образом, химические свойства простых веществ пред-

ставляют собой производную атомной, молекулярной и кристаллической форм химической организации со всеми характерными для них способностями.

По химическим свойствам простые вещества, как известно, также подразделяются на металлы и неметаллы. С этими двумя классами генети- чески связаны соответствующие ряды характеристических соединений (ос- новных и кислотных), гидроксидов (оснований и кислот). Относительной особенностью этих рядов является способность к взаимодействию с образо- ванием солей, т.е. к взаимной нейтрализации в широком смысле слова.

Чем ярче выражены металлические и неметаллические свойства простых веществ, тем активнее взаимодействие между ними и их характе- ристическими соединениями. Таким образом, в химии ярко проявляется симметричность относительно кислотно-основного взаимодействия, причем каждый из генетических типов базируется на одном из двух классов про- стых веществ.

Сэтих позиций становится более понятным явление амфотерности

вшироком смысле как общего свойства простых веществ и их характери- стических производных.

42

Осложняющим обстоятельством здесь является то, что кислотно- основное взаимодействие между характеристическими соединениями про- исходит без изменения степени окисления, а взаимодействия с участием простых веществ непременно являются окислительно-восстановительными.

Таким образом, для простых веществ два вида взаимодействия (ки- слотно-основное и окислительно-восстановительное) сливаются воедино.

Эта особенность наглядно прослеживается при взаимодействии металлов с неметаллами, причем первые – восстановители, в соединениях присутству- ют в окисленной форме (катионообразователи), а вторые – окислители и выполняют роль анионообразователей, выступающих в соединении в вос- становленной форме. Например:

И в первом, и во втором случаях имеет место кислотно-основное взаимодействие. Но во втором случае, когда реагируют простые вещества, оно сопровождается и окислительно-восстановительным процессом, что и ведет к изменению степени окисления атомов элементов реагирующих ве- ществ. В первом же случае окислительно-восстановительного процесса нет, нет и изменения степени окисления.

Таким образом, окислительно-восстановительная сущность при взаимодействии металлов с неметаллами выражена весьма выпукло. Но при этом образуются соли бескислородных кислот, т.е. происходит нейтрализа- ция в широком смысле. В то же время это взаимодействие можно рассмат- ривать и как кислотно-основное.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.К какому классу относятся простые вещества: смеси, растворы, химиче- ские соединения?

2.Присутствуют ли в природе простые вещества в свободном виде?

3.Какие Вы знаете способы получения простых веществ: а) из смесей; б) из химических соединений?

4.Чем отличается химический элемент от простого вещества?

5.Каковы основные характеристики элемента?

6.Назовите несколько свойств, характеризующих простое вещество.

7.Какие типы химической связи могут реализоваться в простом веществе?

8.Чем отличается в простом веществе ковалентно-молекулярное строение от ковалентно-координационного?

43

9.Каким фактором электронного строения атомов простого вещества обу- словлена возможность реализации ковалентной связи и металлической? Что такое линия Цинтля?

10.Как читается правило Юм Розери; какая внутренняя структура реализу- ется в простом веществе, вытекающая из этого правила?

11.Какие явления называются аллотропией и полиморфизмом?

12.Почему у простых веществ явление полиморфизма называют аллотропи- ей?

13.По каким свойствам делятся простые вещества на металлы и неметаллы с позиции физика и с позиции химика?

14.Каковы условия образования в простом веществе металлической хими- ческой связи и ковалентной?

15.Как проходит линия, разделяющая металлы и неметаллы в периодиче- ской системе Д.И. Менделеева?

16.Чем объясняется отступление от общего правила образования химиче- ской связи у бора, свинца, висмута, полония?

17.Чем объясняется аналогичное изменение tпл. у простых веществ, образо-

ванных d-элементами IV, V, и VI периодов (Sc – Zn; Y – Cd; La – Hg)?

18.Чем объясняются особенно высокие температуры плавления у таких простых веществ: хром, молибден, вольфрам?

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

НОМЕНКЛАТУРА ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ

Простые вещества, как правило, называют так же, как и соответст- вующие химические элементы, например: магний, ртуть, сурьма, ксенон и др.

Для аллотропных форм простых веществ, молекулярные формулы которых известны, в названиях указывают число атомов в молекуле с по-

Неопределенное число обозначается приставкой поли.

Примеры систематических названий простых веществ (в скобках даны традиционные названия):

H – моноводород (атомный водород);

H2 – диводород (молекулярный водород);

O2 – дикислород (молекулярный кислород);

44

O3 – трикислород (озон);

N2 – диазот (молекулярный азот);

S8 – октасера (кристаллическая сера); Sn – полисера (аморфная сера);

P4 – тетрафосфор (белый фосфор);

Pn – полифосфор (черный фосфор); и т.д.

Для твердых полиморфных модификаций допускается их обозначе-

ние греческими буквами: α (альфа), β (бета), γ (гамма), δ (дельта) и т.д., на- чиная с низкотемпературных модификаций. Например, олово имеет сле- дующие модификации, устойчивые в определенных границах температуры:

α-Sn - α-олово (серое олово) ниже 13 °С;

β-Sn - β-олово (белое олово) от 13,2 °С до 161 °С; γ-Sn - γ-олово выше 161 °С.

Ранее употреблявшиеся обозначения Snα, Snβ более не применяются.

В формулах и названиях простых веществ может быть указана кри- сталлическая структура модификаций. Для этого применяют следующие сокращенные обозначения кристаллических систем:

Сокращенные обозначения сингоний указываются в круглых скоб- ках после формулы или названия простого вещества.

Например, для кристаллической серы известны следующие моди- фикации:

α-S, или S (ромб.) - α-сера, или сера (ромб.);

β-S, или S (монокл.) - β-сера, или сера (моноклинная). Аморфные состояния в формулах и названиях обозначают так: С (ам.) – углерод (ам);

S (ам.) – сера (ам.)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

СТРУКТУРА ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ

1 – кубическая гранецентрированная; 2 – гексагональная; 3 – объемно центрированная; 4 – прочие структу- ры; 5 – алмазоподобная; 6 – слоистая; 7 – цепная; 8 – островная (молекулярная).

46

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Я.А. Угай. Общая химия. М.: Высш. шк., 1984. С. 173-200.

2.Я.А. Угай. Неорганическая химия. М.: Высш. шк., 1989. С. 25-47.

3.В.И. Спицын, Л.И. Мартыненко. Неорганическая химия. М.: Изд. МГУ, 1991. 320 с.

4.Краткая химическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия. 1967.

Т. 3.

5.Р.А. Лидин и др. Номенклатура неорганических соединений. М.: Химия, 1983. 12 с.

6.Дж. Хьюи. Неорганическая химия. М.: Химия, 1987. 132 с.

7.В. Шротер и др. Химия. /Пер. с нем. В.А. Молочко и др. М.: Химия, 1989. С. 18.

8.М.Х. Карапетьянц, М.Л. Карапетьянц. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. М.: Химия, 1968. 470 с.

9.Р.А. Лидин, Л.Л. Андреева, В.А. Молочко. Справочник по неорганиче- ской химии. М.: Химия, 1987. 320 с.

47

ОГЛАВЛЕНИЕ

§4. КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ

Учебное издание

Простое вещество

Составитель: Кириченко Эдуард Александрович

Редактор Т.П. Бабокина Компьютерная верстка Н.А. Емельянова

Лицензия ЛР №020714 от 02.02.98. Подписано в печать 10.11.2000 Формат 60х84 1/16. Бумага типографская №2. Отпечатано на ризографе. Усл. печ. л. 2,59. Уч. - изд. л. 1,50. Тираж 150 экз. Заказ №

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева Новомосковский институт. Издательский центр

Адрес университета: 125047 Москва, Миусская пл., 9 Адрес института: 301670 Новомосковск, Тульской обл., Дружбы, 8