Материал для рефератов по химии

Главная

страница 1

страница 2

страница 3

страница 4

страница 5

страница 6

страница 7

страница 8

страница 9

страница 10

страница 11

страница 12

страница 13

страница 14

страница 15

страница 16

страница 17

страница 18

страница 19

страница 20

страница 21

страница 22

страница 23

страница 24

страница 25

страница 26

страница 27

страница 28

страница 29

страница 30

ПЕРЕКИСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

В молекулах многих веществ встречаются группировки из нескольких атомов одного и того же элемента, соединенных друг с дру­гом. Химические соединения, содержащие связанные между собой атомы кислорода, на­зываются перекисными соединениями. Обо­значив буквой А атом или группу, с которы­ми связан кислород, можно изобразить об­щие формулы этих соединений разных ти­пов, как А-ОО-А- перекиси, А-ОО-над-перекиси, А—ООО- озониды,-например, К₂0₂, К0₂, КО_э. Если А-атом углерода или органический радикал, это органичес­кие перекисные соединения, если нет-не­органические.

автохимия автошкола Авто-мото техника авто доски марки и модели авто авто объявления Автомасла и автохимия авто новости авто объявления Автобизнес дорога Грузовики автозапчасти водный транспорт Все перекисные соединения нестойкие веще­ства, они разлагаются при нагревании, а так­же под действием ионизирующих излучений и т.д. Очень часто этот процесс происходит со взрывом. Но даже если разложение идет относительно спокойно, трудно точно ука­зать температурный предел начала этого процесса и его постоянную скорость. Поэто­му для оценки устойчивости перекисных со­единений    обычно    пользуются     временем

их распада при данной температуре. У ор­ганических соединений он обычно ниже, чем у неорганических.

Разложение перекисных соединений происходит двояко. Например, пероксид водорода может распадаться по схеме Н₂0₂ = 2НО-, выделяя два гидроксильных радикала — сильных окислителя, или по реакции Н₂0₂ = 0₂ + 2Н с образованием атомарно­го водорода-сильного восстановителя. Орга­нические перекисные соединения, в частности типа перекиси бензоила, могут распадаться следующим образом:

К—С (О)—О—О—С (О)—К -+ -* 2К—С (О)—О-  -> 2К- + 2С0₂

Образовавшийся свободный радикал обла­дает очень высокой реакционной способ­ностью; так, он может активно участвовать в реакции полимеризации.

Разнообразие свойств перекисных соедине­ний определяет и различные пути их техниче­ского использования. На практике неоргани­ческие перекисные соединения обычно приме­няют как окислители, отбеливатели, источни­ки кислорода, дезинфецирующие средства; органические перекисные соединения-как инициаторы реакции полимеризации, вулка­низующие агенты (см. Каучуки и эласто­меры), реактивы при химическом синтезе кис­лородсодержащих соединений, а также как отбеливатели. Значительную роль играют перекисные соединения и в процессах горения, и в окислительных биохимических процессах.

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Периодическая система химических элемен­тов-естественная классификация химических элементов, которая является графическим (табличным) выражением периодического за­кона химических элементов. Структура ее, во многом сходная с современной, разработана Д. И. Менделеевым на основе периодического закона в 1869-1871 гг.

avto транспорт, автосервисы Авто-мото техника Автобизнес аукционы Автобизнес Авто-мото техника автобусы автозвук Автомасла и автохимия Транспорт Прообразом периодической системы был «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», соста­вленный Д.И.Менделеевым 1 марта 1869 г. На протяжении двух лет ученый непрерывно совершенствовал «Опыт системы», ввел пред­ставление о группах, рядах и периодах эле­ментов. В результате структура периодиче­ской системы приобрела во многом совре­менные очертания.

Важным для ее эволюции стало понятие о месте элемента в системе, определяемом номерами группы и периода. Опираясь на это понятие, Менделеев пришел к выводу, что необходимо изменить атомные массы не­которых элементов: урана, индия, церия и его спутников. Это было первое практическое применение периодической системы. Менде­леев также впервые предсказал существова­ние нескольких неизвестных элементов. Ученый описал важнейшие свойства экаалю-миния (будущего галлия), экабора (скандия) и экасилиция (германия). Кроме того, он предсказал существование аналогов марганца (будущих технеция и рения), теллура (поло­ния), иода (астата), цезия (франция), бария (радия), тантала (протактиния). Прогнозы ученого в отношении данных элементов носи­ли общий характер, поскольку эти элементы располагались в малоизученных областях пе­риодической системы.

Первые варианты периодической системы во многом представляли лишь эмпирическое обобщение. Ведь был неясен физический смысл периодического закона, отсутствовало объяснение причин периодического измене­ния свойств элементов в зависимости от во I растания атомных масс. В связи с этим осч а-вались нерешенными многие проблемы. Есть ли границы периодической системы? Можно ли определить точное количество существую­щих элементов? Оставалась неясной структу­ра шестого периода-каково точное количе­ство редкоземельных элементов. Было не­известно, существуют ли еще элементы ме­жду водородом и литием, какова структура первого периода. Поэтому вплоть до физиче­ского обоснования периодического закона и разработки теории периодической системы перед ней не раз возникали серьезные труд­ности. Неожиданным было открытие в 1894-1898 гг. плеяды инертных газов, ко­торым, казалось, не находилось места в пе­риодической системе. спецтехника автосалоны Транспорт автозвук аукционы авто новости аукционы автоэмали автохимия продажа автомобилей грузовые автомобили автосайты прицепы, полуприцепы вождение автосайты автозвук Авто-мото техника автошкола автомобили Эта трудность была устранена благодаря идее включить в струк­туру периодической системы самостоятель­ную нулевую группу. Массовое открытие радиоэлементов на стыке XIX и XX вв. (к 1910 г. их число составляло около 40) приве­ло к резкому противоречию между необходи­мостью их размещения в периодической си­стеме и ее сложившейся структурой. Для них было только 7 вакантных мест в шестом и седьмом периодах. Эта проблема была ре­шена в результате установления правил сдвига и открытия изотопов.

Одна из главных причин невозможности объяснить физический смысл периодическо! 1 закона и структуру периодической системы

состояла в том, что было неизвестно, как пост­роен атом (см. Атом). Важнейшей вехой на пу­ти развития периодической системы явилось создание атомной модели Э. Резерфордом (1911). На ее основе голландский ученый А. Ван ден Брук (1913) высказал предположе­ние, что порядковый номер элемента в перио­дической системе численно равен заряду ядра его атома (2). Это экспериментально под­твердил английский ученый Г. Мозли (1913). Периодический закон получил физическое обоснование: периодичность изменения свойств элементов стала рассматриваться в зависимости от 2-заряда ядра атома эле­мента, а не от атомной массы (см. Периодиче­ский закон химических элементов).

В результате структура периодической си­стемы значительно упрочилась. Была опреде­лена нижняя граница системы. Это водород -элемент с минимальным 2=1. Стало воз­можным точно оценить количество элемен­тов между водородом и ураном. Были опреде­лены «пробелы» в периодической системе, соответствующие неизвестным элементам с 2 = 43, 61, 72, 75, 85, 87. Однако оставались/ неясными вопросы о точном количестве ред­коземельных элементов и, что особенно важно, не были вскрыты причины периодич­ности изменения свойств элементов в зависи­мости от 2.

Опираясь на сложившуюся структуру пе­риодической системы и результаты изучения атомных спектров, датский ученый Н. Бор в 1918-1921 гг. развил представления о после­довательности построения электронных обо­лочек и подоболочек в атомах. Ученый при­шел к выводу, что сходные типы элек­тронных конфигураций атомов периодически повторяются. Таким образом, было показано, что периодичность изменения свойств хими­ческих элементов объясняется существова­нием периодичности в построении элек­тронных   оболочек  и   подоболочек   атомов.

В настоящее время периодическая система охватывает 107 элементов. Из них все тран­сурановые элементы (2 — 93-107), а также элементы с 2 = 43 (технеций), 61 (прометий), 85 (астат), 87 (франций) получены искусствен­но. За всю историю существования периоди­ческой системы было предложено большое количество ( > 500) вариантов ее графическо­го изображения, преимущественно в виде та­блиц, а также в виде различных геометриче­ских фигур (пространственных и пло­скостных), аналитических кривых (спиралей и пр.) и т. д. Наибольшее распространение по­лучили короткая, длинная и лестничная формы таблиц.

В настоящее время предпочтение отдается короткой

Фундаментальным принципом построения периодической системы является ее подразде­ление на группы и периоды. Менделеев­ское понятие рядов элементов ныне не упо­требляется, поскольку лишено физического смысла. Группы, в свою очередь, подразде­ляются на главную (а) и побочную (Ь) подгруппы. В каждой подгруппе содержат­ся элементы-химические аналоги. Элементы а- и ^-подгрупп в большинстве групп также обнаруживают между собой определенное сходство, главным образом в высших степе­нях окисления, которые, как правило, равны номеру группы. Периодом называется сово­купность элементов, которая начинается ще­лочным металлом и заканчивается инертным газом (особый случай-первый период). Каждый период содержит строго определен­ное количество элементов. Периодическая си­стема состоит из восьми групп и семи пе­риодов, причем седьмой пока не завершен.

Особенность первого периода заклю­чается в том, что он содержит всего 2 элемента: водород и гелий. Место водорода в системе неоднозначно. Поскольку он про­являет свойства, общие со щелочными метал­лами и с галогенами, то его помещают либо в 1а-, либо в УШ-подгруппу, причем послед­ний вариант употребляется чаще. Гелий — первый представитель УШа-подгруппы. Долгое время гелий и все инертные газы вы­деляли в самостоятельную нулевую группу. Это положение потребовало пересмотра по­сле синтеза химических соединений криптона, ксенона и радона. В результате инертйые газы и элементы бывшей VIII группы (желе­зо, кобальт, никель и платиновые металлы) были объединены в рамках одной группы. Этот вариант не безупречен, так как инерт­ность гелия и неона не вызывает сомнений.

Второй период содержит 8 элементов. Он начинается щелочным металлом литием, единственная степень окисления которого + 1. Далее следует бериллий (металл, степень окисления + 2). Бор проявляет уже слабо вы­раженный металлический характер и является неметаллом (степень окисления + 3). Сле­дующий за бором углерод -типичный неме­талл, который проявляет степень окисления как + 4, так и — 4. Азот, кислород, фтор и неон-все неметаллы, причем у азота выс­шая степень окисления + 5 соответствует но­меру группы; для фтора известна степень окисления + 7. Инертный газ неон завершает период.

Третий период (натрий - аргон) также содержит 8 элементов. Характер изменения их свойств во многом аналогичен тому, ко-

торый наблюдался для элементов второго периода. Но здесь есть и своя специфика. Так, магний в отличие от бериллия более метал-личен, так же как и алюминий по сравнению с бором. Кремний, фосфор, сера, хлор, ар­гон-все это типичные неметаллы. И все они, кроме аргона, проявляют высшие степени окисления, равные номеру группы.

Как видим, в обоих периодах по мере уве­личения 2 наблюдается ослабление металли­ческих и усиление неметаллических свойств элементов. Д. И. Менделеев называл эле­менты второго и третьего периодов (по его словам, малых) типическими. Элементы малых периодов принадлежат к числу самых распространенных в природе. Углерод, азот и кислород (наряду с водородом)-органо­гены, т.е. основные элементы органической материи.

Все элементы первого-третьего периодов размещаются в а-подгруппах.

Четвертый период (калий-криптон) со­держит 18 элементов. По Менделееву, это первый большой период. После щелочно­го металла калия и щелочноземельного ме­талла кальция следует ряд элементов, состоя­щий из 10 так называемых переходных металлов (скандий-цинк). Все они входят в Ь-подгруппы. Большинство переходных ме­таллов проявляют высшие степени окисле­ния, равные номеру группы, кроме железа, кобальта и никеля. Элементы, начиная с гал­лия и кончая криптоном, принадлежат к а-подгруцпам. Криптон в отличие от предше­ствующих инертных газов может образовы­вать химические соединения.

Пятый период (рубидий-ксенон) по свое­му построению аналогичен четвертому. В нем также содержится вставка из 10 пере­ходных металлов (иттрий-кадмий). У эле­ментов этого периода есть свои особенности. В триаде рутений-родий-палладий для ру­тения известны соединения, где он проявляет степень окисления + 8. Все элементы а-под-групп проявляют высшие степени окисления, равные номеру группы, исключая ксенон. Можно заметить, что особенности изменения свойств у элементов четвертого и пятого пе­риодов по мере роста 2 имеют по сравнению со вторым и третьим периодами более сложный характер.

Шестой период (цезий-радон) включает 32 элемента. В этом периоде кроме 10 пере­ходных металлов (лантан, гафний-ртуть) со­держится еще и совокупность из 14 лантанои-, дов-01 церия до лютеция. Элементы от церия до лютеция химически очень похожи, и на этом основании их давно включают в семейство редкоземельных элементов. В короткой форме периодической системы ряд лантаноидов включают в клетку лантана и расшифровку этого ряда дают внизу та­блицы.

В чем состоит специфика элементов шесто­го периода? В триаде осмий -иридий -плати­на для осмия известна степень окисления + 8. Астат имеет достаточно выраженный металлический характер. Радон, по всей ве­роятности, обладает наибольшей реакцион­ной способностью из всех инертных газов. К сожалению, из-за того, что он сильно ра­диоактивен, его химия мало изучена (см. Ра­диоактивные элементы).

Седьмой период начинается с франция. Подобно шестому, он также должен содер­жать 32 элемента, но из них пока известен 21. Франций и радий соответственно являются элементами 1а- и Па-подгрупп, актиний при­надлежит к III Ь-подгруппе. Дальнейшее по­строение седьмого периода спорно. Наиболее распространено представление о семействе актиноидов, которое включает элементы от тория до лоуренсия и аналогично лантанои­дам. Расшифровка этого ряда элементов так­же дается внизу таблицы.

Теперь посмотрим, как изменяются свой­ства химических элементов в подгруппах периодической системы. Основная законо­мерность этого изменения заключается в уси­лении металлического характера элементов по мере роста 2. Особенно отчетливо эта за­кономерность проявляется в Ша-УПа-под-группах. Для металлов 1а-Ша-подгрупп на­блюдается рост химической активности. У элементов 1Уа-УПа-подгрупп по мере уве­личения 2 наблюдается ослабление химиче­ской активности элементов. У элементов Ь-подгрупп изменение химической активности более сложно.

Теория периодической системы была раз­работана Н. Бором и другими учеными в 20-х гг. XX в. и основана на реальной схеме формирования электронных конфигураций атомов (см. Атом). Согласно этой теории, по мере роста 2 заполнение электронных оболо­чек и подоболочек в атомах элементов, вхо­дящих в периоды периодической системы, происходит в следующей последовательно­сти:

Номера периодов

12            3       4         5         6           7

13   2з2р ЗзЗр 4Ш4р 5з4<15р 6з4Ш6р 785йа7р

На основании теории периодической си­стемы можно дать следующее определение периода: период есть совокупность элемен

которые в основном и определяют химичес­кие свойства элементов.

Из теории периодической системы следует, что к а-подгруппам принадлежат элементы с п, равным номеру периода, и / = О и 1. К Ь-подгруппам относятся те элементы, в атомах которых происходит достройка обо­лочек, ранее остававшихся незавершенными. Именно поэтому первый, второй и третий пе­риоды  не  содержат  элементов   Ь-подгрупп.

Структура периодической системы элемен­тов тесно связана со строением атомов хими­ческих элементов. По мере роста 2 периоди­чески повторяются сходные типы конфигура­ции внешних электронных оболочек. А имен­но они определяют основные особенности химического поведения элементов. Эти осо­бенности по-разному проявляются для эле­ментов а-подгрупп (5- и р-элементы), для эле­ментов Ь-подгрупп (переходные ^-элементы) и элементов /-семейств-лантаноидов и акти­ноидов. Особый случай представляют эле­менты первого периода - водород и гелий. Для водорода характерна высокая химическая активность, потому что его единственный 1«-электрон легко отщепляется. В то же время конфигурация гелия (1з²) весьма устойчива, что обусловливает его полную химическую бездеятельность.

У элементов а-подгрупп происходит запол­нение внешних электронных оболочек (с п, равным номеру периода); поэтому свойства этих элементов заметно изменяются по мере роста 2. Так, во втором периоде литий (кон­фигурация 25)-активный металл, легко те­ряющий единственный валентный электрон; бериллий (2х²)-также металл, но менее ак­тивный вследствие того, что его внешние электроны более прочно связаны с ядром. Далее, бор {2з²р) имеет слабо выраженный металлический характер, а все последующие элементы второго периода, у которых проис­ходит построение 2р-подоболочки, являются уже неметаллами. Восьмиэлектронная конфи­гурация внешней электронной оболочки не­она (25²р⁶)- инертного газа-очень прочна.

Химические свойства элементов второго периода объясняются стремлением их атомов приобрести электронную конфигурацию бли­жайшего инертного газа (конфигурацию ге­лия-для элементов от лития до углерода или конфигурацию неона-для элементов от угле­рода до фтора). Вот почему, например, кисло­род не может проявлять высшей степени окисления, равной номеру группы: ведь ему легче достичь конфигурации неона путем приобретения дополнительных электронов. Такой же характер изменения свойств про­является у элементов третьего периода и у х и р-элементов всех последующих периодов. В то же время ослабление прочности связи внешних электронов с ядром в а-подгруппах по мере роста 2 проявляется в свойствах со­ответствующих элементов. Так, для 5-элемен-тов отмечается заметный рост химической активности по мере роста 2, а для р-элемен­тов-нарастание металлических свойств.

В атомах переходных ^-элементов достраи­ваются не завершенные ранее оболочки со значением главного квантового числа и, на единицу меньшим номера периода. За от­дельными исключениями, конфигурация внешних электронных оболочек атомов пере­ходных элементов-пх². Поэтому все о'-эле-менты являются металлами, и именно поэто­му изменения свойств «/-элементов по мере роста 2 не так резки, как мы это видели у 5-и р-элементов. В высших степенях окисления ^-элементы проявляют определенное сход­ство с р-элементами соответствующих групп периодической системы.

Особенности свойств элементов триад (VIII Ь-подгруппа) объясняются тем, что Л-подобо-лочки близки к завершению. Вот почему же­лезо, кобальт, никель и платиновые металлы, как правило, не склонны давать соединения высших степеней окисления. Исключение со­ставляют лишь рутений и осмий, дающие ок­сиды Ки0₄ и Оз0₄. У элементов \Ъ- и \\Ъ-подгрупп о'-подоболочка фактически оказы­вается завершенной. Поэтому они проявляют степени  окисления,   равные  номеру  группы.

В атомах лантаноидов и актиноидов (все они металлы) происходит достройка ранее не завершенных электронных оболочек со значе­нием главного квантового числа п на две еди­ницы меньше номера периода. В атомах этих элементов конфигурация внешней электрон­ной оболочки (т²) сохраняется неизменной. В то же время /-электроны фактически не оказывают влияния на химические свой­ства.  Вот  почему  Авто-мото техника автосайты марки и модели автоспорт автоэмали транспорт, автосервисы Грузовики автосайты auto водный транспорт Транспорт авто новости лантаноиды  так   сходны.

У актиноидов дело обстоит гораздо слож­нее. В интервале зарядов ядер 2 = 90 — 95 электроны Ы и 5/ могут принимать участие в химических взаимодействиях. А отсюда сле­дует, что актиноиды проявляют гораздо бо­лее широкий диапазон степеней окисления. Например, для нептуния, плутония и амери­ция известны соединения, где эти элементы выступают в семивалентном состоянии. Только у элементов, начиная с кюрия (2 = = 96), становится устойчивым трехвалентное состояние. Таким о.бразом, свойства актинои­дов значительно отличаются от свойств лан­таноидов, и оба семейства поэтому нельзя считать подобными.

Семейство актиноидов заканчивается элементом с 2 = 103 (лоуренсий). Оценка хими­ческих свойств курчатовия (2 = 104) и нильс-бория (2 = 105) показывает, что эти эле­менты должны быть аналогами соответствен­но гафния и тантала. Поэтому ученые полагают, что после семейства актиноидов в атомах начинается систематическое запол­нение 6^-подоболочки.

Конечное число элементов, которое охватывает периодическая система, неизвестно. Проблема ее верхней границы-это, пожалуй, основная загадка периодической системы. Наиболее тяжелый элемент, который удалось обнаружить в природе,-это плутоний (2 = = 94). Достигнутый предел искусственного ядерного синтеза - элемент с порядковым но­мером 107. Остается открытым вопрос: удастся ли получить элементы с большими порядковыми номерами, какие и сколько? На него нельзя пока ответить сколь-либо опреде­ленно.

С помощью сложнейших расчетов, выпол­ненных на электронных вычислительных ма­шинах, ученые попытались определить строе­ние атомов и оценить важнейшие свойства таких «сверхэлементов», вплоть до огромных порядковых номеров (2 = 172 и даже 2 = = 184). Полученные результаты оказались весьма неожиданными. Например, в атоме элемента с 2 = 121 предполагается появле­ние 8р-электрона; это после того, как в ато­мах с2=119и120 завершилось формирова­ние 85-подоболочки. А ведь появление р-элек-тронов вслед за 5-электронами наблюдается только в атомах элементов второго и третье­го периодов. Расчеты показывают также, что у элементов гипотетического восьмого перио­да заполнение электронных оболочек и под-оболочек атомов происходит в очень слож­ной и своеобразной последовательности. По­этому оценить свойства соответствующих элементов-проблема весьма сложная. Каза­лось бы, восьмой период должен содержать 50 элементов (2 = 119-168), но согласно рас­четам, он должен завершаться у элемента с 2 = 164, т. е. на 4 порядковых номера рань­ше. А «экзотический» девятый период, оказы­вается, должен состоять из 8 элементов. Вот его «электронная» запись: 9«²8р⁴9р². Иными словами, он содержал бы всего 8 элементов, как второй и третий периоды.

Трудно сказать, насколько соответствовали бы истине расчеты, проделанные с помощью ЭВМ. Однако если бы они были подтвер­ждены, то пришлось бы серьезно пересмо­треть закономерности, лежащие в основе пе­риодической системы элементов и ее струк­туры.

Периодическая система сыграла и продолжает играть огромную роль в развитии раз­личных областей естествознания. Она яви­лась важнейшим достижением атомно-моле-кулярного учения, способствовала появлению современного понятия «химический элемент» и уточнению понятий о простых веществах и соединениях.

Закономерности, вскрытые периодической системой, оказали существенное влияние на разработку теории строения атомов, откры­тие изотопов, появление представлений о ядерной периодичности. С периодической системой связана строго научная постановка проблемы прогнозирования в химии. Это проявилось в предсказании существования и свойств неизвестных элементов и новых особенностей химического поведения элемен­тов, уже открытых. Ныне периодическая си­стема представляет фундамент химии, в пер­вую очередь неорганической, существенно по­могая решению задачи химического синтеза веществ с заранее заданными свойствами, разработке новых полупроводниковых мате­риалов, подбору специфических катализато­ров для различных химических процессов и т.д. И наконец, периодическая система ле­жит в основе преподавания химии.