Вопрос 16. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства соединений элементов и их изменение в Периодической системе элементов д.И. Менделеева.

Рассмотрим основные закономерности изменения свойств в периодах.

1. Возрастает электроотрицательность элемента, т.е. уменьшается способность атомов терять электроны и увеличивается способность присоединять их. Это связано с увеличением заряда ядра, вследствие чего внешние электроны, находящиеся на одном уровне, все сильнее притягиваются ядром.

1. Увеличивается максимальная положительная степень окисления, равная числу электронов на внешнем уровне, т.е. номеру группы, за исключением кислорода и фтора. Значение степени окисления атомов элементов в выс­ших оксидах возрастает от +1 до +7 (+8 только для Оs и Ru).

2. Ослабевают основные свойства Значение степени окисления атомов элементов в гидри­дах и в летучих водородных соединениях возрастает сначала от +1 до +3 и затем от -4 до — 1. Например Li⁺¹Н -» Ве⁺²Н₂ -> В⁺³Н₃ -> С^-4Н₄ -» N^-3Н₃ -» Н₂О^-2 -> НГ^-1.

4. Основные оксиды элементов начала периода сменяет амфотерный оксид и далее — кислотные, свойства которыхусиливаются:

Nа₂О -> МgО -> А1₂О₃ -> SiО₂ - Р₂О₅ -» SО₃ -> С1₂О₇.

^{основные оксиды амфотерный ок кислотные оксиды}

5. Гидроксиды-основания через амфотерный гидроксид сменяются все более сильными кислотами. Например:NаОН -> Мg(ОН)₂ ~> А1(ОН)₃ -> Н₂SiO₃ -> Н₃РО₄ -> Н₂S0₄ -» НСIO₄.

В главных подгруппах с увеличением заряда ядра свойства элементов, а также соответствующих им простых веществ и соединений изменяются следующим образом.

1. Уменьшается электроотрицательность элемента, соответственно усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические. Например, в V группе азот – типичный неметалл, фосфор – неметалл, у которого одно из аллотропных видоизменений обладает значительной электропроводностью (черный фосфор), мышьяк и сурьма – элементы, занимающие промежуточное положение между типичными металлами и типичными неметаллами, и, наконец, висмут – металл.

2. Уменьшается прочность соединений, в которых элементы данной подгруппы имеют высшую степень окисления. Так, для бора и алюминия характерны исключительно производные, в которых эти элементы имеют степень окисления +3; в случае же таллия даже растворение металла в азотной кислоте приводит к образованию соединений таллия (l). SiO₂ – единственный устойчивый при обычных условиях оксид кремния, и окислительные свойства для него не характерны (не отмечается тенденции к отдаче части кислорода с понижением степени окисления); напротив, PbO₂ термически неустойчив и является сильным окислителем. Фосфаты – вполне устойчивые соединения, для которых не характерны окислительные свойства, в то время как висмутаты (производные висмута в степени окисления +5) малоустойчивы и являются сильными окислителями.

3. Уменьшается устойчивость соединений, в которых элемент проявляет отрицательную степень окисления. Так, фосфин PH₃ – значительно менее устойчивое соединение, нежели аммиак.– арсин AsH₃, стибин SbH₃ и висмутин BiH₃ – еще менее устойчивы.

4. Усиливаются основные свойства оксидов и гидроксидов.

17. Растворы. Общие свойства растворов. Тепловые эффекты при растворении. Растворимость. Растворы насыщенные, пересыщенные. Факторы, влияющие на растворимость.

Растворами называются гомогенные системы переменного состава, в которых растворенное вещество находится в виде атомов, ионов или молекул, равномерно окруженных атомами, ионами или молекулами растворителя. Любой раствор состоит по меньшей мере из двух веществ, одно из которых считается растворителем, а другое - растворенным веществом. Растворителем считается компонент, агрегатное состояние которого такое же, как и агрегатное состояние раствора.

Растворы могут существовать в газообразном, жидком или твердом агрегатном состоянии.

Раствор, в котором вещество при данной температуре уже больше не растворяется, или иначе, раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называется насыщенным. Для большинства твердых веществ растворимость в воде увеличивается с повышением температуры.. Если раствор, насыщенный при нагревании, осторожно охладить так, чтобы не выделялись кристаллы, то образуется пересыщенный раствор. Пересыщенным называется раствор, в котором при данной температуре содержится большее количество растворенного вещества, чем в насыщенном растворе. Раствор, содержащий меньше растворенного вещества, чем насыщенный, называется ненасыщенным раствором.

Растворимость, способность вещества образовывать с другим веществом однородную, термодинамически устойчивую систему переменного состава, состоящую из двух или большего числа компонентов. Растворимость выражается концентрацией растворённого вещества в его насыщенном растворе либо в процентах, либо в весовых или объёмных единицах, отнесённых к 100 г или 100 см³ (мл) растворителя (г/100 г или см³/100 см³).

Растворимость газов в жидкости зависит от температуры и давления. Растворимость жидких и твёрдых веществ — практически только от температур.

Энергетической характеристикой растворения является теплота

образования раствора, рассматриваемая как алгебраическая сумма тепловых эффектов всех эндо- и экзотермических стадий процесса. Наиболее значительными среди них являются:

– эндотермическое разрушение кристаллической решётки, разрывы

химических связей в молекулах;

– экзотермическое образование продуктов взаимодействия растворён-

ного вещества с растворителем (сольваты) и др.

Знак энтальпии образования раствора зависит от того, какой эффект

больше:

ΔH раствора > 0, если ΔH_разруш преобладает над ΔH_сольв процесс растворения является эндотермическим.

ΔH раствора < 0, если ΔH_сольв преобладает над ΔH _{разруш.} процесс растворения сопровождается выделением теплоты и повышением температуры раствора, т.е. является экзотермическим:

Природа растворителя. При образовании раствора связи между частицами каждого из компонентов заменяются связями между частицами разных компонентов. Чтобы новые связи могли образоваться, компоненты раствора должны иметь однотипные связи, т. е. быть одной природы. Поэтому ионные вещества растворяются в полярных растворителях и плохо в неполярных, а молекулярные вещества наоборот.

Влияние температуры. Если растворение вещества является экзотерми-

ческим процессом, то с повышением температуры его растворимость уменьшается (например, Ca(OH)2 в воде) и наоборот. Для большинства солей характерно увеличение растворимости при нагревании. Практически все газы растворяются с выделением тепла. Растворимость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается, а с понижением увеличивается. Растворимость газов в жидкостях пропорциональна их парциальным давлениям – закон Генри.

Влияние давления. С повышением давления растворимость газов в

жидкостях увеличивается, а с понижением уменьшается.

18.Свойства разбавленных растворов неэлектролитов. Законы Рауля. Закон Вант Гоффа

Вещества, водные растворы и расплавы которых не проводят электри-

ческий ток, содержат ковалентные неполярные или малополярные связи, ко-

торые не распадаются на ионы.

Электрический ток не проводят газы, твердые вещества (неметаллы),

органические соединения (сахароза, бензин, спирт).

I закон Рауля: Понижение давления пара растворителя над раствором пропорционально мольной доле растворенного вещества.

Суть явления с физической точки зрения – уменьшение поверхности

испарения, с химической точки зрения – уменьшение количества молекул

растворителя за счет сольватации:

II закон Рауля: Повышение Т кипения и понижение Т замерзания рас-

твора прямопропорционально моляльной концентрации растворенного вещства: ΔТкип = Е ⋅ Сm, Е – эбулиоскопическая константа,

ΔТзам = Е ⋅ Сm, К – криоскопическая константа,

Е и К – характеристики растворителя.

Осмос – переход растворителя через полупроницаемую перегородку в

раствор с целью выравнивания концентраций.

Осмотическое давление – давление, которое нужно приложить, что-

бы прекратить осмос.

Закон Вант – Гоффа: осмотическое давление равно тому давлению,

которое оказывало бы растворенное вещество на стенки сосуда, если бы

оно находилось в ообъеме раствора в газообразном состоянии:

P_осм= CRT, где С – молярная концентрация.

Пользуясь этими законами, можно определять молекулярные массы

веществ, но надо помнить, что растворы должны быть разбавленными.