
- •Глава 1. Введение в химию 4
- •Глава 2. Электронное строение атомов 18
- •Глава 3. Химическая связь 33
- •Глава 4. Химическая термодинамика 53
- •Глава 5. Химическая кинетика 69
- •Глава 6. Растворы 83
- •Глава 7. Химические источники тока 113
- •Глава 8. Химические свойства элементов 132
- •Глава 9. Координационные соединения 162
- •Глава 1. Введение в химию
- •1.1. Понятие об атомах
- •1.2. Молекулы, радикалы и ионы
- •1.3. Номенклатура неорганических соединений
- •1.4. Законы стехиометрии
- •1.5. Химические реакции
- •Способы получения солей
- •Способы получения оксидов
- •Способы получения кислот
- •Способы получения оснований
- •Глава 2. Электронное строение атомов
- •2.1. Корпускулярно-волновые свойства частиц
- •2.2. Квантовые числа электрона
- •2.3. Заполнения атомных орбиталей
- •2.4. Электронные формулы элементов
- •2.5. Периодическая система элементов
- •2.5.1. Электронные конфигурации атомов периодической таблицы
- •2.6. Периодичность атомных характеристик
- •2.6.1. Ионные радиусы элементов
- •Глава 3. Химическая связь
- •3.1. Химическая связь
- •3.2. Типы химических связей
- •3.3. Современные представления о химической связи
- •3.3.1. Метод молекулярных орбиталей (ммо)
- •3.3.2. Двухатомные гомоядерные молекулы
- •3.3.3. Свойства двухатомных молекул p-элементов II периода
- •3.3.4. Многоатомные молекулы
- •3.3.5. Метод валентных связей (мвс)
- •3.3.6. Сравнительная характеристика ммо и мвс
- •3.3.7. Метод Гиллеспи–Найхолма
- •Глава 4. Химическая термодинамика
- •4.1. Введение в термодинамику
- •4.2. Энтальпия
- •4.3. Введение в термохимию
- •4.4. Закон Гесса
- •4.5. Энтропия
- •4.6. Энергия Гиббса
- •4.7. Химическое равновесие
- •4.8. Принцип Ле Шателье
- •4.8.1. Константы диссоциации кислот и оснований
- •4.8.2. Константы комплексообразования
- •Глава 5. Химическая кинетика
- •5.1. Скорость химических реакций
- •5.2. Закон действующих масс
- •5.3. Порядок химических реакций
- •5.4. Температура и скорость реакции
- •5.5. Катализ
- •5.6. Сложные реакции
- •5.6.1. Обратимые реакции
- •5.6.2. Последовательные реакции
- •5.6.3. Параллельные реакции
- •5.6.4. Цепные реакции
- •5.6.5. Фотохимические реакции
- •Глава 6. Растворы
- •6.1. Классификация растворов
- •6.2. Концентрация растворов
- •6.3. Растворы неэлектролитов
- •6.3.1. Закон Генри
- •6.3.3. Осмос
- •6.4. Растворы слабых электролитов
- •6.4.1. Водородный показатель pH
- •6.5. Растворы сильных электролитов
- •6.6. Кислотно-основные свойства химических соединений
- •6.7. Гидролиз солей
- •6.8. Произведение растворимости
- •6.9. Равновесие в гетерогенных системах
- •6.9.1. Диаграммы плавкости
- •Глава 7. Химические источники тока
- •7.1. Типы окислительно-восстановительных реакций
- •7.2. Электродные потенциалы и электродвижущие силы. Стандартный водородный электрод
- •7.2.1. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы
- •7.3. Классификация электродов
- •7.3.1. Электроды первого рода
- •.3.2. Электроды второго рода
- •7.3.3. Ионоселективные электроды
- •7.4. Химические источники тока
- •7.4.1. Типы гальванических элементов
- •7.5. Электрохимическая коррозия
- •Глава 8. Химические свойства элементов
- •8.1.1. Водород и его соединения. Гелий
- •8.1.2. Водородные соединения
- •8.1.3. Оксиды, пероксиды и гидроксиды
- •8.2.1. Важнейшие характеристики p-элементов
- •8.2.2. Гидроксиды
- •8.2.3. Отличия соединений p-элементов второго и третьего периода
- •8.2.4. Водородные соединения
- •8.2.5. Оксиды, бориды, карбиды, силициды и нитриды
- •8.2.6. Интерметаллические соединения
- •8.2.7. Благородные газы
- •8.3.1. Соединения d-элементов с легкими неметаллами
- •8.4.1. Лантаноиды
- •8.4.2. Актиноиды
- •Глава 9. Координационные соединения
- •9.1. Общие сведения о координационных соединениях
- •9.2. Изомерия координационных соединений
- •9.3. Устойчивость координационных соединений в растворах
- •9.4. Химическая связь в координационных соединениях
- •9.4.1. Метод валентных связей
- •9.4.2. Теория кристаллического поля
- •9.4.3. Теория поля лигандов
- •9.5. Электронная конфигурация комплексообразователя
- •9.6. Реакции с участием координационных соединений
- •9.7. Координационные соединения p- и s-элементов
8.2.5. Оксиды, бориды, карбиды, силициды и нитриды
Среди оксидов p-элементов есть газообразные (CO2, NO, N2O5, SO2, SO5), жидкие (Cl2O, Cl2O5) и твердые (Al2O3, B2O3, SiO2). В оксидах связь преимущественно ковалентная, полярность которой тем больше, чем больше разность электроотрицательностей элемента и кислорода. Оксиды с малополярной ковалентной связью имеют кислотный характер и свойственны элементам, расположенным в верхнем правом углу, а основные оксиды имеют полярную связь и характерны для элементов, находящихся в нижнем левом углу периодической таблицы.
|
Рисунок 8.8. Кремний очень распространен в природе в составе обыкновенного песка. |
Связь в твердых неорганических веществах, к которым принадлежат рассматриваемые соединения, носит ковалентно-ионно-металлический характер.
В ионно-солеобразных соединениях B, C, Si, N играют роль аниона. К таким соединениям относятся карбиды, представляющие собой продукт замещения водорода на металл в молекуле метана (Al4C3, Be2C), и производные ацетилена (CaC2, Ag2C2).
Нитриды и силициды ионного типа получаются при окислении металлов азотом и кремнием при температурах 700–1200 °С. Они легко разлагаются водой и кислотами, проявляя основные свойства:
|
|
|
Особо следует выделить солеобразные силициды, которые, будучи химически неустойчивыми, в отличие от карбидов, нитридов и боридов имеют ионно-ковалентную природу связи и являются полупроводниками.
Из ковалентных карбидов, силицидов, нитридов и боридов особый интерес представляют алмазоподобные соединения. Они образуются элементами с близкими электроотрицательностями и склонностью к sp3-гибридизации. Обычно это бинарные соединения типа AIIIBV и AIVBIV. Тип гибридизации определяет их кристаллическое строение, поэтому их называют тетраэдрическими фазами. Ионность связи в них незначительна. Соединения эти весьма тугоплавкие и сверхтвердые. Типичными представителями алмазоподобных соединений являются бориды и карбиды азота и кремния.
Нитрид бора BN получают прямым взаимодействием бора с аммиаком при высокой температуре. Аналогия группировок C–C и N–B (они изоэлектронны – имеют по восемь валентных электронов) подтверждается существованием двух модификаций борида азота. Из простых веществ получается модификация с гексагональной атомнослоистой структурой типа графита с расстоянием между слоями 3,34 Ǻ (у графита 3,40 Ǻ), где бор и азот находятся в sp2-гибридном состоянии. BN – белого цвета («белый графит»), имеет температуру плавления 3000 °C и является типичным полупроводником.
Водой нитрид бора медленно разлагается по реакции
|
|
|
что свидетельствует о полярности связи B–N.
При нагревании «белого графита» до температуры 1800° под давлением 60–80 тыс. атмосфер он переходит в кубическую модификацию типа алмаза, в которой атомы B и N имеют sp3-гибридизацию. Такая модификация называется боразоном или эльбором и представляет собой бесцветные, желтые или черные кристаллы. По твердости эльбор приближается к алмазу, а по термостойкости даже превосходит его: он не изменяется до 2700 °С, тогда как алмаз сгорает уже при 900 °С. Подобно алмазу, боразон – диэлектрик.
К ковалентным карбидам относится также каборунд SiC. Получают его в дуговых электропечах при 2200 °С из смеси песка с коксом. Чистый каборунд – диэлектрик, но примеси делают его полупроводником (ΔE = 1,5–3,5 эВ). Он тугоплавок (tпл = 2830 °С), по твердости приближается к алмазу. Термически стоек. Используется как абразивный и огнеупорный материал.
Алмазоподобный нитрид кремния Si3N4 представляет собой кристаллическое белое вещество. Температура возгонки около 1900 °С. Он устойчив к воздействию HF и растворов щелочей.