1 by Орко

ББК24. 1я 721 П57

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України (Наказ Міністерства освіти і науки України від 17.03.2008 р. № 179)

Видано за державні кошти Продаж заборонено

Підручник підготовлено за програмою з хімії для 7— 11 кла сів загальноосвітніх навчальних закладів. У ньому розглянуто матеріал із розділів «Кількість речовини. Розрахунки за хімічни ми формулами», «Найважливіші класи неорганічних сполук», «Періодичний закон і періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва. Будова атома», «Хімічний зв’язок і будова речовини». Містить практичні роботи, лабораторні досліди, запи тання, вправи, задачі, завдання для домашнього експерименту, додатковий матеріал для допитливих, а також словничок хіміч них термінів і предметний покажчик.

Відповідальні за підготовку до видання підручника: головний спеціаліст МОН України Фіцайло С. С., завідувач сектором Інституту інноваційних технологій і змісту освіти Дубовик О. А.

І5ВМ 978-966-580-263-1

Дорогі восьмикласники!

На уроках хім ії в 7 класі відбулося ваше знайомi тію з цікавою наукою про речовини та їх перетворення. Ви опаii у вали хімічну мову, з’ ясували, що таке хімічні елементи, як позначають їх та утворені ними речовини, як записують хім іч ні реакції, навчилися виконувати найпростіші хімічні розра хунки, здійснювати хім ічні досліди. Вам стало відомо, що речовин існує безліч, а частинок, з яких вони складаються, інше три види: атом, молекула і йон. Ви дізналися багато ціканого про Оксиген і Ферум — одні з найважливіших хімічних пігментів, про властивості їх простих речовин — кисню і заліза. У 8 класі хімія розкриє вам нові таємниці. Ви переконаєтесь у тому, що серед елементів та їхніх сполук існують чіткий поря док і тісні взаємозв’ язки. їх узагальнює періодичний закон, иідкритий майже 140 років тому видатним ученим Дмитром Іішновичем Менделєєвим. Основну увагу на уроках хім ії в цьому навчальному році буде юсереджено на найважливіших групах (класах) сполук, вииченні їх хімічних властивостей. Ви дізнаєтеся про будову атомів, молекул, йонів і різних речовин, про те, як сполучаються частинки в кожній речовині, отримаєте задоволення від хім іч них дослідів. Ви вже переконалися, що вивчати хімію необхідно для того, щоб розуміти, як побудований навколишній світ, за якими шконами він розвивається, щоб уміти користуватися продуктами хімічного виробництва, не руйнуючи природу, а оберігаючи й примножуючи її багатства. Я к користуватися підручником Цей підручник допоможе вам вивчати хімію. На початку кожного параграфа вказано, яке значення має для вас микладений навчальний матеріал, а в кінці сформульовано вис новки. Текст, поданий дрібнішим шрифтом, призначений для учнів, які бажають розширити й поглибити свої знання з хімії. З

Додаткову інформацію і цікаві факти вміщено на полях. Основ ні означення виділено кольором, а нові терміни, важливі твер дження і слова із логічним наголосом — курсивом. Текст до лабораторних дослідів і практичних робіт подано на кольорово му тлі. Після кожного параграфа наведено завдання, вправи і задачі різних типів; вони розміщені переважно за зростанням складно сті. В кінці підручника містяться відповіді до деяких задач і вправ, словничок основних термінів, а також предметний покажчик. Він допоможе швидко знайти сторінку підручника, на якій ідеться про певний термін, речовину, явище тощо. Вдумлива робота з підручником допоможе вам глибше усвідо мити зв’ язки між складом, будовою і властивостями речовин, навчитися передбачати й пояснювати хімічні перетворення. П ід го т о в к а до хім ічн о го експерименту До практичних робіт слід ретельно готуватися. . Рекомендації щодо правил роботи і техніки безпеки в хімічно му кабінеті, наведені в підручнику для 7 класу, ви маєте, безпе речно, виконувати і у 8 класі. Поки надворі осінь і навколо ростуть квіти, стигнуть фрукти, ягоди, овочі, ви можете підготуватися до домашнього експери менту. Назбирайте й окремо висушіть пелюстки забарвлених квітів, по кілька різних ягід. Взимку приготуєте відвари кож ної рослини, які будуть необхідними для дослідів. Вони здатні змінювати своє забарвлення за дії певних сполук. Для дослідів використаєте також соки буряка, темного винограду, червоно качанної капусти. Здійснюйте домашній експеримент лише з дозволу батьків. Хімія — захоплююча наука. Бажаємо вам успіхів у її вивченні. Автори

-1Ж. розділ

Кількість речовини. Розрахунки за хімічними формулами Кілька століть тому алхіміки, готуючись до різноманітних дослідів і після їх здійснення, нерідко зважували речовини, визначали їхн і об’єми. Після відкриття М. В. Л о м о н о со в и м і А .-Л . Лавуазьє закону збереження маси речо вин під час реакцій хімія почала швидко роз виватися, набуваючи статусу точної науки. Розрахунки стали невід’ ємною частиною хімічних досліджень.

Кількість речовини Матеріал параграфа допоможе вам: > зрозуміти суть фізичної величини «кількість речо вини», а також одиниці її вимірювання «м оль»; з'ясувати, скільки і яких частинок містить 1 моль речовини; > розв’язувати задачі на обчислення або в ико р и стання кількості речовини. Кількість речовини. Ви вже знаєте, що речо вини можуть мати молекулярну, атомну або йонну будову. Перетворення одних речовин на інші відбуваються внаслідок сполучення ато мів у м олекули, розпаду м олекул на атом и, перегрупування атомів або йонів.

Коментуючи реакцію горіння вуглецю

с + о 2= с о 2, ви скажете, що кожний атом Карбону взаємо діє з молекулою кисню з утворенням молекули вуглекислого газу, два атоми Карбону взаємо діють із двома молекулами кисню, утворюючи дві молекули вуглекислого газу, і т. д. Щ об підготувати будь-який хімічний дос лід, немає потреби перераховувати атоми, молекули. Це й неможливо зробити. Хіміки використовують фізичну величину, яка ви значається кількістю частинок речовини у пев ній її порції. Назва цієї величини — кількість речовини. Її позначають латинською літерою п; раніше для цього використовували грецьку літеру V (« Н Ю » ). Одиницею вимірювання кількості речовини є моль\ Учені визначили, що 1 моль будь-якої речо вини містить 602 000 000 000 000 000 000 000 її формульних одиниць (атомів, м олекул, сукупностей йонів). Це число можна записати як 602 • 1021 (21 — кількість нулів у першому записі), або 6,02 • 1023. 1 моль — це порція речовини, яка містить 6,02 • 1023 її ф орм ульних одиниць. Так, 1 моль вуглецю (речовина атомної будо ви) містить 6,02 • 1023 атомів Карбону, 1 моль кисню (речовина м олекулярної будови) — 6,0 2 * 1023 молекул 0 2, а 1 моль кухонної солі МаСІ (речовина йонної будови) — 6,02 • 1023 пар йонів і СГ, тобто 6,02 • 1023 йонів Ка+ і 6,02 • 1023 йонів СГ. ► Назвіть формульні одиниці для магнію, хлору, калій фториду К Р і скажіть, скільки їх міститься у 2 моль кожної речовини. 1Термін походить від латинського слова тоїез — безліч.

Поняття «к ільк ість речовини» використо вують не лише щодо речовин, а й щодо окре мих частинок — атомів, м олекул, йонів. Наприклад, вираз *1 моль йонів Иа+» означає « 6,02 • 1023 йонів К а+». Число 6,02 • 1023 було обрано не випадково. Учені визначили, що стільки атомів міститься у 12 г вуглецю — масі цієї простої речовини в грамах, яка чисельно дорівнює відносній атомній масі відповідного елемента (Карбону). Звідси — таке означення одиниці вимірюван ня кількості речовини: І моль — це порція речовини, яка містить стільки формульних одиниць, скільки атомів К арбону міститься у 12 г вуглецю. Уявлення про порції різних речовин в 1 моль можна отримати з малюнка 1. Число 6,02 • 1023 назвали числом Авогадро на честь італій ськ ого вченого А . Авогадро (1776— 1856). Його розрахо вували різні вчені, починаючи з другої половини X IX ст. Вони використовували попередньо обчислені розміри молекул, а пізніше — результати дослідження явища радіоактивності (§ 24).

Мал. 1. Порції речовин в 1 моль: а — алюміній; б — вода; в — кухонна сіль Число Авогадро в мільярди разів перевищує кількість волосин на головах, у вусах, бородах усіх людей, які живуть на Землі. Якщо вкрити земну поверхню такою кількістю (6 , 0 2 ■ 1 0 23) тенісних м ’ячиків, то товщина цього «покриття» становитиме приблизно 100 км. Якщо ж розміс тити 6,02 • 102 3 атомів Гідрогену, найменших серед усіх атомів, упритул один до одного в лінію, то її довжина становитиме приблизно 6 ■ ІО 1 0 км. Ниткою такої довжини можна обмота ти земну кулю по екватору понад 1 500 000 разів (мал. 2 ). 7

Аме^део Авогадро (1776— 18бб)

Видатний італійський фізик і хімік. Висунув гіпотезу про молекулярну будову речовин, зокрема газів. Відкрив один із законів для газів (1811), згодом названий його іменем. Уточнив атомні маси деяких елементів, визна чив склад молекул води, аміаку, вуглекислого та чадного газів, метану, сірководню тощо. Запропонував експериментальні методи ви значення молекулярних мас газоподібних речовин.

1 500 000 витків

н н н

Мал. 2. 1 моль атомів Гідрогену

Число Авогадро

6,02 ■1023

Числу Авогадро відповідає стала Авогадро. Її позначення — ІУА, а розмірність випливає з такого виразу: Л/"* =

6,02 - 1023 ■= 6,02 • 10 1 моль

моль .

Якщ о порція речовини містить N частинок (формульних одиниць), то можна вивести фор м улу для обчислення відповідної кількості речовини ті: в 1 моль речовини міститься ЛГд частинок, в п моль речовини — N частинок;

п=

N N.

п=

ЛГ N.

•

Слово «м оль» не відмінюється, якщо перед ним є число, але відмінюється, якщо числа 8

немає. Приклади словосполучень: взято 5 моль заліза, означення моля. Розв’язування задач. Розв’ яжемо кілька задач, що потребують використання величини «кількість речовини».

іЛДАЧА 1. У якій кількості речовини міститься 3,01 ■ 1024 атомів Алюмінію? !\ано:

Розв'язання

Л/(А1) = 3,01 • 1024атомів

Скористаємося формулою, яка відображає зв’язок між кількістю речовини і кількі стю частинок (атомів):

н(А1) — ?

/г(А1) =

ЛГ(А1)

ЛГА

3,01 • 1024

6,02 • 10

30,1 - 1023 „ „_ л гг 6,02•10 моль

моль"

— 5 МОЛЬ.

Відповідь: л(АІ) = 5 моль. В 1 моль будь-якої молекулярної речовини завжди міститься більше ніж 1 моль атомів. Наприклад, в 1 моль кисню 0 2— 2 моль атомів Оксигену (2 моль елемента Оксигену), а в 1 моль метану СН4 — 1 моль атомів Карбону і 4 моль атомів Гідрогену (1 моль Карбону і 4 моль Гідрогену). ► Я кі кількості речовини атомів (кількості речовини елементів) містяться в 1 моль озону 0 3, у 2 моль білого фосфору Р 4, в 0,5 моль амі аку ИНд? Кількості речовини йонів у йонній сполуці обчислюють аналогічно.

ЗАДАЧА 2. Знайти кількості речовини йонів у ферум(ІИ) оксиді Ре20з> взятому кількістю речовини 4 моль. Дано:

Розв’язання

гс(Ре20 3) = 4 моль

У формульній одиниці ферум(ІІІ) оксиду Ре20 3 міститься 2 йони Ге3+ і 3 йони О2 . Тому 1 моль Ге20 3 складається із 2 моль йонів Ге3+ і 3 моль йонів О2'.

гс(Ге3+) _ ? п( О2 ) — ?

У 4 моль цієї сполуки кількості речовини йонів у чотири рази більші: п(¥е3+) = 2/і(Р,є20 3) = 2 • 4 = 8 (моль); п (О2 ) = Зп(Ге20 3) = 3 *4 = 12 (моль).

Відповідь: л(Ре3+) = 8 моль; п(О2") = 12 моль. За формулою сполуки можна визначити співвідношення в ній кількостей речовини атомів (елементів), йонів. Наприклад, у мета ні СН4 п (С ): 'л (Н )= 1 : 4 , а у ферум(ІІІ) оксиді Ге20 3 — я(Ре3+) : п(О2 ) = 2 :3 .

Цікаво знати Кількість речовини використо вують для характерис тики складу розчинів у наукових дослідженнях.

Повернімося до хімічної реакції С + 0 2= С02, розглянутої на початку параграфа. Якщ о вести мову про великі кількості частинок, які взаємодіють і утворюються, то кожні 6,02 • 1023 атомів Карбону (1 моль) реагують із 6,02 • 1023 молекул 0 2 (1 моль) з утворенням 6,02 • 1023 молекул С02 (1 моль). Записавши хімічне рів няння

с + о 2 = с о 2, 1 моль 1 моль 1 моль

бачимо, що кількості речовини відповідають коефіцієнтам у ньому. Це справедливо для будь-якої реакції. Наведемо ще один приклад: 2Н2 + 0 2 = 2Н20. 2 моль 1 моль 2 моль

ВИСНОВКИ Кількість речовини в хімії визначають за кількістю її частинок. Одиниця вимірювання кількості речовини — моль. 1 моль містить 6,02 • 1023формульних оди ниць речовини — атомів, молекул, сукупностей йонів. Число 6,02 • 1023 називають числом Аво гадро.

І Із чим пов'язують кількість речовини в хімії? Назвіть одиницю вимірювання кількості речовини. ’ Визначте кількості речовини елементів у бромі Вг2, хлороводні НСІ, фосфіні РН3, кальцинованій соді Ма2С03, взятих кількістю речовини 1 моль. (Усно.) і Замість крапок вставте пропущені цифри: а) у 3 моль води Н20 міститься ... моль молекул, ... моль атомів Гідрогену,... моль атомів Оксигену; б) у 0,5 моль сульфатної кислоти Н2504 міститься ... моль Гідро гену, ... моль С ульф ур у,... моль Оксигену; в) у 2 моль йонної сполуки Са3(Р04)2 міститься ... формульних одиниць, тобто ... моль йонів Са2+ і ... моль йонів РО|“; г) у 1,5 моль кварцу 3і02 (сполука атомної будови) міститься ... моль формульних одиниць, тобто ... моль атомів Силіцію і ... моль атомів Оксигену. Л. У якій кількості речовини містяться: а) 12,04 •1023 атомів Цинку; б) 3,01 •1023 молекул вуглекислого газу? '• Виконайте розрахунки і заповніть таблицю: Л/(Н3Р04)

п(Н3Р04), моль п(Н), моль

л(Р), моль

л(0), моль

12,04 •1023 <> Чи може 1 моль речовини містити більш ніж 6,02 •1023 атомів? Відповідь п о я с н іт ь і наведіть приклади. І Яка кількість речовини кальцій хлориду СаСІ2 містить 3,01 •1024 йонів Са2+? Скільки йонів С Г у такій порції сполуки? (Усно.) М. Виконайте розрахунки і заповніть таблицю: п (АІ2(504)3),

моль

л(АІ3+), моль

п (5 0 2-), Л/(АІ3+) моль

1 04 ГГ О (Л

И(АІ2(504)3)

6,02 •1023 У якій кількості речовини метану СН4 міститься стільки атомів, скільки їх: а) в 1 моль Р20 3; б) у 0,3 моль НМ03; в) у 2,5 моль СО? 10. У якій кількості речовини кухонної солі №01 міститься стільки йонів, скільки їх: а) у 0,2 моль СаО; б) у 2 моль 1_і20; в) у 0,4 моль № 25? І І. Назвіть співвідношення кількостей речовини елементів у речови нах із такими формулами: СаО, М£Р2, НІ\І03, Ре(ОН)3, АІ2(304)3. (Усно.) 12. Прокоментуйте хімічні реакції, використавши поняття «моль»: а) 5 + 2СІ2 = ЗСІ4; б) І\І2 + ЗН2 = 2І\ІН3. 11

Молярна маса

Матеріал параграфа допоможе вам: з ’ясувати суть фіізичної величини «молярна маса»; > обчиблювати значення молярних мас простих і складних речовин; > розв’язувати задачі з використанням молярних мас. Молярна маса. Важливою величиною, яка пов’ язана з кількістю речовини, є молярна маса. Її використовують у багатьох розрахун ках — під час підготовки до хімічного експе рименту, при впровадженні технологічних процесів на заводах, для обробки результатів дослідження хімічних реакцій.

М оля р н а маса — це маса 1 м оль речовини. Молярну масу позначають латинською літе рою М . Її розмірність — г /моль. М о л я р н а маса чисельно дорівнює відносній атомній, м олекулярній або ф ормульній масі. Для того щоб записати молярну масу будьякої речовини, достатньо вказати значення відповідної відносної атомної, молекулярної або формульної маси і дописати розмірність — їУмоль. Відносні атомні маси елементів пода но в періодичній системі Менделєєва, а віднос ні молекулярні та формульні маси речовин ви навчилися обчислювати в 7 класі. Приклади запису молярних мас простих і складних речовин: М (С ) = 12 г/моль; М ^ е ) = 20 г/моль; 12

М {0 2) = 32 г/моль (розрахунок відносної м олекулярної маси: М г(0 2) - 2АГ(0 ) = 2 • 16 = 32); М(КаС1) = 58,5 г/моль (розрахунок відносної формульної маси: М г(МаС1) = А г(К а) + А Г(С1) = 23 + 35,5 = 58,5). ► Обчисліть і запишіть значення молярних мас аміаку ІЧНз і крейди СаС03. Оскільки поняття «м о л ь » використовують не лише щодо речовин, а й щодо частинок (ато мів, м олекул, йонів), то і для них існують молярні маси. Зваживши на те, що маса 1 моль атомів Гідрогену становить 1 г, а 1 моль йонів 8 0 2~ — 32 г + 4 • 16 г = 96 г, запи шемо значення молярних мас цих частинок: М (Н ) = 1 г/моль;

М(80| ) = 96 г/моль.

► Запишіть значення молярних мас атомів Гелію, молекул хлору, йонів К + і СОд~. Виведемо формулу, яка описує взаємозв’ я зок між масою, кількістю речовини і моляр ною масою. Якщо, наприклад, 1 моль атомів Гідрогену має масу 1 г, то п моль цих атомів — масу, яка в п разів більша, тобто п г. Запише мо відповідний математичний вираз: т (Н ) = п • М (Н ) = п моль • 1 г/моль = п г. Загальна формула для обчислення маси ато мів, йонів, речовин за кількістю речовини: т = ТІ' М . її —

V/ =

т Ж т п

Звідси п=

171

Отже, молярна маса — це відношення маси до кількості речовини. Розв’язування задач. Розглянемо два спосо би розв’язання задач, що потребують викори стання молярної маси. Один із них передбачає 13

складання пропорції, а інший — обчислення за наведеними вище формулами.

ЗАДАЧА 1. Розрахувати кількість речовини метану СН4, якщо маса сполуки становить 6,4 г. Розв’язання 1-й спосіб 1. Обчислюємо молярну масу сполуки: М (С Н 4) = М (С ) + 4М (Н ) = 12 г/моль + + 4*1 г/моль = 16 г/моль. 2. Знаходимо кількість речовини метану складанням пропорції: 1 моль СН4 має масу 16 г, х моль СН4 — 6,4 г; Ґ 1 16 х 6,4 ’ 1 м о л ь •6,4 г = 0,4 моль. х = п(СН4) = 16 г 2-й спосіб Скористаємося однією з формул, наведених у параграфі: л(С Н 4) =

лг(СН4) М (С Н 4)

6,4 г ■= 0,4 моль. 16 г/моль

Відповідь: п(СН4) = 0,4 моль. ЗАДАЧА 2. Яка маса заліза відповідає кількості речовини 1,5 моль? Дано:

Розв’язання

/г(Ге) = 1 ,5 моль

1-й спосіб Залізо — проста речовина, яка складається з атомів елемента Феруму. М ( Ре) = 56 г/моль. Розраховуємо масу заліза складанням про порції: 1 моль Ге має масу 56 г, 1,5 моль Ге — д: г;

т(¥е) — ?

х = т ( Ге)

1,5 моль • 56 г 1 моль

84 г.

2-й спосіб Скористаємося формулою, наведеною в параграфі: 14

т (Г е ) = л(Ге) • М (Р е) = = 1,5 моль • 56 г/моль = 84 г.

Відповідь: т(Ре) = 84 г. ІДДАЧА 3. Обчислити масу Ю 24 атомів Натрію. Л/іно:

Розв’язання

/У( №а) = 1024 атомів

1-й спосіб Оскільки М (И а ) = 23 г/моль, то 1 моль атомів Натрію має масу 23 г. Врахувавши, що 1 моль елемента — це 6,02 • 1023 атомів, складаємо пропорцію й розв’ язуємо її:

т(ІЧа) — ?

6,02 • 1023 атомів Ма мають масу 23 г, 1024атомів Иа — х г; х = т (К а ) =

1024• 23 г

230 г

6,0 2 - 1023

6,02

= 38,2 г.

2-й спосіб 1. Розраховуємо кількість речовини Натрію: N (N 8 ) N. 10 моль

6,02

1024 6,02 • 10 23 моль"

= 1,66 моль.

2. Обчислюємо масу атомів Натрію: т (К а ) = п(Ма) • М(№ а) = = 1,66 моль • 23 г/моль = 38,2 г.

Відповідь: т(Ма) = 38,2 г.

ВИСНОВКИ Молярна маса — це маса 1 моль речовини. Вона чисельно дорівнює відносній атомній, молекулярній чи формульній масі. Молярна маса є відношенням маси до кілько сті речовини.

13. Знайдіть відповідність: 1) Мг(С02); а) 44 г; 2) т ( С 0 2); б) 44 г/моль; 3) М(С02); в) 44. 1 14. Обчисліть молярні маси речовин, що мають такі формули: Р2, Н20, 302,1_і20, М£3І\І2> Н2304, СаС03. (Усно.) 15. Які молярні маси атомів і йонів, що мають такі формули: Си, Аг, Вг, М£2+, 52~, ОН*, М03? (Усно.) 16. Маса деякої сполуки,'взятої кількістю речовини 0,2 моль, стано вить 12,8 г. Визначте молярну масу сполуки. (Усно.) 17. Обчисліть масу 0,25 моль магній фосфіду М£3Р2. 18. Кількість речовини вуглекислого газу С02становить 2 моль, а сір чистого газу 302 — 1,5 моль. Маса якої сполуки більша? (Усно.) 19. Обчисліть масу однієї молекули води в грамах, використавши молярну масу води і сталу Авогадро. 20. Яка кількість речовини міститься у 24 г магнію, 80 г брому, 200 г крейди? (Усно.) 21. Де міститься найбільша кількість речовини, а де найменша: у 10 г кальцію, 16 г кисню чи 8 г натрій гідриду МаН? (Усно.) 22. Скільки молекул і атомів у 3,4 г аміаку МН3? 23. Де міститься більше молекул, атомів: а) в 1' г вуглекислого газу С02 чи в 1 г сірчистого газу 502; б) в 1 моль води чи в 1 моль суль фатної кислоти Н2504? 24. В і л мінеральної води «Боржомі» міститься 80 мг йонів Са2+, 55 мг йонів М£2+, 60 мг йонів 305". Кількість яких йонів серед указаних найменша в цій воді, а яких — найбільша?

Молярний об’єм. Закон Авогадро Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати суть фізичної величини «молярний об’єм»; > зрозум іти, чому в однакових об ’ємах газів міститься однакова кількість молекул;

> розв’язувати задачі з використанням молярного об’єму газу. Молярний об’єм. Порцію речовини можна характеризувати не тільки за її масою, а й за об’ ємом. Тому не випадково, крім молярної маси, існує інша фізична величина — моляр ний об’єм.

М олярн и м об’ємом називають об’єм 1 моль речовини. Позначення молярного об’ єму — Ум, а його одиниці вимірювання — см3/моль, л/моль. Із курсу фізики 7 класу вам відома формула, до якої входять маса речовини ( т ) , її густина (р) і об’єм ( ^ : т = р • V. Аналогічний зв’ язок існує між молярною масою і молярним об’ ємом:

М = р -У м

М = р>Уи. Із цієї формули отримуємо іншу:

у —^ ум р

у _ М Км - —

■

За нею можна обчислити молярний об’ єм будь-якої речовини. Д ля цього потрібно роз рахувати молярну масу речовини і знайти в довіднику її густину. Кожна тверда і рідка речовина має своє зна чення молярного об’ єму (наприклад, для алю мінію, кухонної солі, води і спирту — 10, 27, 18 і 58 см3/моль відповідно). Молярний об’єм, як і густина таких речовин, майже не за лежить від температури і тиску. Гази при нагріванні або зниженні тиску істотно розширюються, а при охолодженні або підвищенні тиску стискуються. Причина в тому, що відстані між молекулами в газах дуже великі (у твердих і рідких речовинах частинки перебувають у контакті одна з одною). 17

При зміні умов змінюються також густина газу і його молярний об’ єм. Тому, наводячи значення цих фізичних величин, обов’ язково вказують відповідні температуру і тиск. Учені встановили, що молярний об’єм різних газів за однакових умов один і той самий. Зокрема, за температури 0 °С і тиску 101,3 кПа (або 760 мм рт. ст.) він Для газів становить 22,4 л/моль. Наведені умови за н. у. називають нормальними (скорочено — У м = 22,4 л/моль н. у.). \ 1 м оль будь-якого гкзу за н о р м ал ь н и х умов займ ає об’єм 22,4 л.

Описуючи фізичні властивості речовини, вказують її агрегатний стан за звичайних умов. У цьому разі йдеться про умови, які найчастіше* існують у приміщенні, де вивчають або викори стовують речовину. Це — температура приблиз но +20 °С і тиск приблизно 760 мм рт. ст. Зв’язок між об’ ємом (У), кількістю речови ни (я ) і молярним об’ ємом (У м) описує така формула (спробуйте її вивести самостійно):

Отже, молярний об’єм — це відношення об’є му до кількості речовини. Закон Авогадро. Ви вже знаєте, що 1 моль водню, кисню чи вуглекислого газу займає за ►нормальних умов об’ єм 22,4 л і містить 6,02 • 1023 молекул. Гіпотезу про однакову кіль кість молекул в однакових об’ємах різних газів, яка базувалася на результатах досліджень реак цій між газами, висловив ще на початку X IX ст. А. Авогадро. Діставши подальше експеримен тальне підтвердження і теоретичне обґрунту вання, ця гіпотеза стала законом. 18

Закон Авогадро формулюють так: ц •> ш акових об’єм ах різних газів за однакових темпеп і ури і тиску міститься однакова кількість м олекул1. Наводимо важливий наслідок закону А во гадро: і» ш акових об’єм ах різних газів за однакових темпе11 ури і тиску містяться однакові кількості речовини. Викладений матеріал підсумовує малюнок 3. НИнл. зі

І Однакові ■Шіькості Молекул

І МІНІ.кості ‘ В 'М ІН И Н И

к однакових Ь п » мах газів

і2 02 СО2 Л/(Н2) = Л/(02) = Л/(С02) п(Н2) = п(02) = п(С02) Розв’язування задач. Розв’ яжемо кілька задач із використанням молярного об’єму газу.

1АДЛЧА 1. Обчислити об'єм 0,4 г водню за нормальних умов.

Л Розв'язання

по: м*( 11,) = 0,4 г

]И

_______

І ІІІ,) — ?

1-й спосіб 1. Знаходимо кількість речовини водню: л(Н 2) —

т (Н 2) М (Н 2)

0,4 г ■= 0,2 моль. 2 г/моль

2. Обчислюємо об’ єм водню складанням про порції: 1 моль Н 2займає за н. у. об’ єм 22,4 л, 0,2 моль Н 2 г — хл; х = ^(Нг) = 0,2 моль • 22,4 л/моль = 4,48 л. 2-й спосіб 1. Знаходимо кількість речовини водню: л(Н 2) =

т ( Н 2) _ М (Н 2)

0,4 г = 0,2 моль. 2 г/моль

Для інертних газів — однакова кількість атомів.

2. Обчислюємо об’ єм водню за відповідною формулою: ^ (Н 2) = п( Н 2) • Ум= 0,2 моль • 22,4 л/моль - 4,48 л.

Відповідь: У(Н2) = 4,48 л. ЗАДАЧА 2. Обчислити кількість молекул в і л кисню за нормальних умов. Дано:

Розв ’язання

У( 0 2) = 1 ;і н. у.

І 1-й спосіб Обчислюємо кількість молекул кисню в 1 л газу за нормальних умов: у 22,4 л кисню міститься 6,02 • 102а молекул, в і л кисню — х молекул;

АГ(0 2) - ?

х = ЛГ(02) =

1 Л ’ 6>02; - 10-23— = 0,27 • 1023 = л = 2,7 • 1022 (молекул).

2-й спосіб Обчислюємо к іл ьк іс т ь м олек ул кисню в і л газу за нормальних умов. Для цього із формул N V отримує: п = - г г - = —гТ- - отримуємо: •** А

*М

МА-У Здійснюємо розрахунок: 4

_ _6.°2 . 1 ^ м ° а 1 » 1 л _ 0 27 . 10» _ 22,4 л/моль = 2,7 • 1022 (молекул). 1

Відповідь: Л/(02) = 2,7 •1022 молекул. Цю задачу можна розв’ язати ще одним спо собом. За відповідними формулами спочатку обчислюють кількість речовини кисню, а потім — кількість молекул.

ЗАДАЧА 3. Розрахувати густину чадного газу СО за нормальних умов. Дано:

Розв’язання

СО

1-й спосіб 1. Знаходимо молярну масу чадного газу:

н. У. Р (С О ) -

М (СО) = 28 г/моль.

2. Обчислюємо густину газу за нормальних умов: 1 моль СО, тобто 28 г, займає за н. у. об’ єм 22,4 л, х г СО — 1 л ; х = т{СО) = -?-|Г. : Л л = 1,25 г; р(СО) = 1,25 г/л. /і*Лу4 л 2-й спосіб 1. Знаходимо молярну масу чадного газу: М ( СО) = 28 г/моль. 2. Розраховуємо густину чадного газу за нор мальних умов, перетворивши формулу М = = р • Км (с. 17) на іншу: М Р у і КМ

<пгл\

р (С О )

М (СО) = ---- ^ — — = Ум

28 г/моль 1 ок по л /--------= 1,25 г/л. 22,4 л/моль '

Відповідь: р(СО) = 1,25 г/л.

ВИСНОВКИ Молярний об’єм — об’єм 1 моль речовини. Ця фізична величина є відношенням об’єму до кіль кості речовини. Молярні об’єми твердих і рідких речовин різні, а газів (за одних і тих самих температури і тиску) — однакові. За нормальних умов (темпе ратури 0 °С й тиску 101,3 кПа, або 760 мм рт. ст.) 1 моль будь-якого газу займає об’єм 22,4 л. В однакових об’ємах різних газів за однако вих температури і тиску міститься однакова кількість молекул (закон Авогадро).

'• Що таке молярний об’єм речовини? Як можна його розрахувати? 'Г> Іустина азоту за нормальних умов становить 1,25 г/л. Обчисліть молярний об’єм газу за цих умов. Л Іустина газу за нормальних умов становить 1,43 г/л. Яка моляр на маса газу? 21

2 8 .Знайдіть о б ’єми1 газів: а) водню, взятого кількістю речовини 10 моль; б) сірководню Н25 масою 3,4 г; в) чадного газу СО масою 0,28 г. (Усно.) 29. Людина за добу видихає разом із повітрям 500 л вуглекислого газу. Визначте масу цього об’єму газу. 30. Обчисліть молярну масу деякого газу, якщо 60 г його займають об’єм 44,8 л. (Усно.) 31. Де міститься найбільше молекул — в і л води, 1 л кисню чи 1 л водню? Відповідь поясніть. 32. Маємо однакові маси газів -рг водню і метану СН4. Яке співвідно шення їхніх об’ємів?

для допитливих

С піввіднош ення о б ’єм ів газів у хім ічни х реакціях Згідно із законом Авогадро, однакові об’єми газів містять однако ву кількість молекул (за однакових умов). Якщо кожна молекула одно го газу реагує з однією молекулою іншого, наприклад під час реакції Н2 + СІ2 = 2НСІ, (1) то повинні взаємодіяти однакові об’єми речовин, скажімо, 1 л Н2та 1 л СІ2. У реакції 2Н2 + 02 = 2Н20 (2) на один об’єм кисню має припадати два об’єми водню, що реагує з ним, бо тільки за цієї умови кількість молекул водню вдвічі перевищу ватиме кількість молекул кисню, як того «вимагає» хімічне рівняння. Узагальненням цих висновків є закон об’ємних співвідношень газів, який відкрив французький учений Ж. Гей-Люссак у 1808 р.:

об'єми газів, що вступають у реакцію та утворюються внаслідок реакції, співвідносяться як невеликі цілі числа. Із часом учені встановили, що ці числа є відповідними коефіцієн тами в хімічних рівняннях. Отже, для газів у реакціях (1) і (2) Ц Н 2) : Ц С І2) : У(НСІ) = 1 : 1 : 2 ; Ц Н 2) : Ц 0 2) = 2 : 1 . Використання закону Гей-Люссака дає змогу хіміку або інженерутехнологу визначити, які об’єми газів потрібно взяти для здійснен ня реакції.

1У цій і наступних задачах до параграфа об’єми газів відповідають нормальним умовам.

Відносна густина газу Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати суть відносної густини газу; > зрозуміти, як обчислити відносну густину одного газу за іншим газом; > розв’язувати задачі з використанням відносної густини газів. Відносна густина газу. В однакових об’ ємах різних газів міститься одна й та сама кількість молекул1. Однак маси однакових об’ємів газів, як правило, різні, бо молекули різних речовин здебільшого мають різну масу. Маса 1 см3 кисню становить 0,00143 г, а маса такого само го об’єму водню — 0,0000893 г. Отже, кисень важчий за водень (мал. 4). А у скільки разів? М ііл . 4 .

Порівняння мас однакових

оЛ’ємів газів

Поділимо масу 1 см3кисню на масу 1 см3водню: т( 0 2) _ 0,00143 г т ( Н 2) 0,0000893 г Число 16 називають відносною густиною кисню за воднем. Її позначають літерою і ) і записують так: Я н 2( 0

1 6 .

Підносна густина газу за іншим газом — це відношення маси певного об’єму газу до маси такого самого об’єму ницого газу (за однакових температури і тиску). 1За одних і тих самих умов.

Маса 1 см3 речовини чисельно дорівнює її густині. Густини кисню і водню (за нормаль них умов) такі:

Цікаво знати Найлегший з усіх газів — водень Н2, найважчий — радон Кп.

р(Ог) = 0,00143 г/см3, р(Н2) = 0,0000893 г/см3. Дізнатися, у скільки разів кисень важчий за водень, можцй, поділивши густину кисню на густину водню: п

^ ч_ Р ( ° 2> _ 0>00143 г/см3 _ 1^ Н21 2) р(Н 2) 0,0000893 г/см3 Із цієї формули зрозуміло, чому фізичну величину, про яку йдеться в параграфі, назва но відносною густиною. Відносна густина, як і відносна атомна (моле кулярна, формульна) маса, не має розмірності. Якщо взяти по 22,4 л кисню і водню за нор мальних умов, то маси речовин (у грамах) чисельно дорівнюватимуть їхнім молярним масам або відносним молекулярним масам. Звідси — такі варіанти обчислення відносної густини кисню за воднем: л

/ гм н*( 2)

М <°*> М (Н 2)

м г(°2>М Г(Н 2)

3 2 _ 1Й 2

Перетворимо всі наведені вище формули на загальні. Важчий газ позначимо літерою В , легший — літерою А, а відносну густину пер шого газу за другим — £>А( ^ ) : в (Я)АІ '

т( В ) т (А)

Р (В ) р(А)

М г (Б ) - Щ В ) М Г(А ) М (А ) '

Запам’ ятайте: співвідношення мас газів можна використати для розрахунку відносної густини лише за умови, що У (В ) = У(А). ► Обчисліть відносну густину вуглекислого газу за гелієм. Гази часто порівнюють із повітрям. Хоча повітря — суміш газів, проте його можна умов но вважати газом із відносною молекулярною масою 29. Це число називають середньою віднос ною молекулярною масою повітря. Воно пере 24

буває у проміжку між числами 32 та 28 — від носними молекулярними масами кисню 0 2 та азоту N 2, головних компонентів повітря. ► Доведіть, що гази водень, гелій і метан легш і за повітря. Встановити, легший чи важчий за повітря певний газ, дуже просто. Достатньо заповнити ним гумову кульку і відпустити її (мал. 5, 6).

Мал. 6. Метеорологічні зонди, заповнені гелієм

Мпл. 5. Муч у повітрі кульок, кшовнених різними газами

Формули для розрахунку відносної густини газу В за повітрям мають такий вигляд: п

М г(В) _ М (В ) 29 29 * Розв’язування задач. Покажемо, як розв’ я зують задачі з використанням викладеного в параграфі матеріалу. повК}

•ЩАЧА 1. Розрахувати відносну густину вуглекислого газу за воднем і за повітрям. Липо:

Розв’язання

ГО,

Знаходимо відносну густину вуглекислого газу за воднем і за повітрям. п ,пгл л - м (с ° 2> _ 44 г/моль _ 00 ~ ~ Щ Щ ~ ' 2 г/моль М (С 0 2) _ 44 г/моль = 1,52. ^лов.(С0 2) — М (пов.) 29 г/моль

І )И(С02) - ? І>...(С02) - ?

Відповідь: Он (С02) = 22, 0П0В.(С02) = 1,52. 25

Згідно з отриманим результатом вуглекис лий газ у 1,52 раза важчий за повітря. Очевид но, що повітря у стільки ж разів легш е за вуглекислий газ. Якщо для невідомого газу В визначено від носну густину за газом А, то можна обчислити молярну чи відносну молекулярну масу газу В за формулами, похідними від наведених вище: М (В ) = В А( В ) . М (А ); М Т(В ) = Я А(В ) •М Г(А).

ЗАДАЧА 2. Відносна густина газу X (сполука Сульфуру) за воднем становить 17. Обчислити молярну масу газу X і знайти формулу сполуки. Розв’язання Дано: £>н2д а = і 7--- 1. Обчислюємо молярну масу газу X за однією з ----формул, наведених у параграфі: М (Х ) — ? М {Х ) = Б щ іХ ) •М (Н 2) = 17*2 г/моль = 34 г/моль. X — ? 2. Знаходимо формулу сполуки. О скільки М (8 ) = 32 г/моль, то в м олек улі сполуки X міститься один атом Сульфуру. (Я кби атомів цього елемента було два або більш е, то молярна маса сполуки перевищу вала 6 2*32 г/моль = 64 г/моль.) На інший еле мент у молярній масі сполуки припадає 34 - 32 = 2 (г/моль). Очевидно, що цей елемент — Гідроген (М (Н ) = 1 г/моль) і його атомів у моле кулі сполуки — два. Формула сполуки — Н 28 .

Відповідь: М{Х) = 34 г/моль; формула сполуки — Н23.

ВИСНОВКИ Відносна густина газу за іншим газом — це від ношення маси певного об’єму газу до маси такого самого об’єму іншого газу (за однакових темпера тури і тиску). Значення відносної густини газу показує, у скільки разів він важчий за інший газ. Газом порівняння часто слугує повітря. Воно поводиться як газ із відносною молекулярною масою 29. * За відносною густиною газу можна обчислити його молярну масу.

і і Зіставте фізичні величини «відносна густина» і «густина». М Чому для відносної густини газу не вказують тиск і температуру? »•> Визначте густину повітря за нормальних умов, н > Обчисліть відносну густину за воднем газів із такими формулами: Не, № , СН4, ІЧН3, М2, СО, 5 і Н4, 502. (У сн о .) 17. Назвіть два гази, які важчі за повітря. Ж Маса 2 л газу X становить 3,75 г, а маса такого самого об’єму і азу V — 2,32 г. Визначте густину газу X, а також його відносну іустину за газом У. їй Відносна густина газу А за повітрям становить 1,59. Визначте від носну молекулярну масу цього газу. 40 Деякий газ легший за повітря в 1,7 раза. Важчий чи легший він іа метан СН4 й у скільки разів? 11 Іазоподібна проста речовина має відносну густину за воднем 24. Знайдіть формулу речовини. (Усно.) і ' Один літр деякого газу за нормальних умов має масу 1,96 г. Яка підносна густина цього газу за азотом?

д т і допитливих Про середню відносну м оле куляр н у м асу повітря Чому середня відносна молекулярна маса повітря дорівнює 29, а мг ЗО — середньому арифметичному відносних молекулярних мас тіс н ю (32) й азоту (28)? Тому що в повітрі міститься неоднакова мни,кість цих газів: кисню — 21 % за об’ємом, азоту — 78 %. Обчислимо середню молярну масу повітря (вона кількісно дорівммм: середній відносній молекулярній масі). Припустимо, що повітря складається лише з кисню й азоту. Візь^т м о наближені значення об’ємних часток (<р) цих газів у повітрі: Ф(02) = 0,2; ф(ІЧ2) = 0,8. Кількості речовини газів пропорційні їхнім об’ємам або об’єм ним часткам: п(02) : л(ІЧ2) = ір(02) : <р(І\І2). Знайдемо масу порції повітря, в якій сума кількостей речовини їм нв становить 1 моль: л(0 2) + л(ІМ2) = 1 моль; л(0 2) = 0,2 •1 = 0,2 (моль); л(М2) = 0,8 •1 = 0,8 (моль); т(п о в .) = л(0 2) •М(02) + л(М2) •М(ІМ2) = 0,2 моль ■32 г/моль + + 0,8 моль •28 г/моль = 28,8 г а 29 г. Звідси М(пов.) = 29 г/моль; Мг(пов.) = 29. 27

ш ві розділ

Найважливіші класи неорганічних сполук

Із курсу х ім ії 7 класу вам відомо, що всі речовини поділяють на органічні (сполуки Карбону) і неорганічні (сполуки інш их еле ментів, а також прості речовини). / Галузь хім ічної науки, яка вивчає неорганічні речови-* ни, називають неорганічною хімією. Відомі сотні тисяч неорганічних речовин. Щ об розібратися в їхньому розмаїтті, учені розподілили ці речовини на групи, які назва ли класами. У цьому розділі йтиметься про такі найваж ливіш і класи неорганічних сполук: • оксиди ЕтОл (Ь і20, 8 0 3, ...); • основи М (О И )п (КОН, Ва(ОН)2, ...); • кислоти Н ПЛ , НтЕОп (НС1, Н 28 0 4, ...); • солі М тА л, М т(ЕО п)р (КаСІ, СаС03, ...). Нагадаємо вам, що літеру Е використовують як загальний символ хімічного елемента. Л іте рою М у загальних формулах сполук позначе но металічний елемент, а літерою А — неметалічний елемент (він може належати до VI або V II групи періодичної системи Д. І. Менде лєєва). Речовини кожного класу подібні за ск ла дом, а основи, кислоти і солі — ще й за власти востями і будовою. 28

Оксиди Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати склад і будову оксидів; > складати формули і назви оксидів.

Мал. 7. Маселка над водоспадом

На нашій планеті є речовина, якій зобов’язаі своїм існуванням усе живе. їй присвячено безліч пісень, віршів, казок, із нею пов’яза но чимало народних звичаїв. Напевно, ви здогадалися, що це — вода. Вона вгамовує спрагу, знімає втому, дарує радість і енер гію. Можна довго дивитися, як тече стру мок, «хвилю ється» море, милуватися веселкою1 (мал. 7). З точки зору хім ії вода — складна речо вина, яка має хімічну формулу Н20 і нале жить до оксидів.

^Ь ад — сполука, утворена двома хімічними елемен»а ми, одним із яких є Оксиген. Оксиди утворюють майже всі елементи (мал. 8). Загальна формула оксидів — Е т0 Л.

Цікаво знати Хімікам ще не вдалося добути оксиди й інші сполуки Гелію, Неону, Аргону.

Оксиди

Е т Оп

Цікаво знати Найбільше оксидів утворює Нітроген: М20, N0, ^ 0 3, N02, N 204, N205.

Більш ість оксидів металічних елементів є йонними сполуками. Так, оксиди із формула ми На20, СаО, А120 3 містять йони ^ +, Са2+ або А13+ відповідно, а також йони О2 Позитивно заряджені йони називають катіонами, нега тивно заряджені — аніонами. Оксиди, які утворені неметалічними еле ментами, мають здебільш ого м олекулярну будову (наприклад, вода Н20, вуглекислий газ С02), іноді — атомну (кварц 8 і0 2). Формули оксидів. Кількісний склад оксидів різноманітний. Він визначається валентністю елементів. Д ля елемента з постійною валентністю існує один оксид. Одновалентний Л ітій утворює оксид із формулою Ь і20, двовалентний К аль цій — оксид СаО, а тривалентний Бор — оксид В20 3. Якщо елемент має змінну валентність, то для нього існує кілька оксидів. Наприклад, для Купруму відомі оксиди Си20 і СиО, а для Хрому — СгО, Сг20 3і Сг03. Позначивши хімічний елемент символом Е у наведемо загальні формули для всіх відомих оксидів: Е 2О, Е 0 УЕ 20$, Е 0 2, Е 20 5, £ 0 3, Е 20 ?, £ 0 4. ► Яке значення валентності має елемент Е у кожній сполуці?

У 7 класі ви навчилися складати формули спо лук, утворених двома елементами. Нагадаємо, як це зробити. Виведемо форм улу молекулярної сполуки — оксиду Сульфуру, в якому Сульфур чотиривалент ний. Спочатку записуємо символи елементів і IV

вказуємо над ними значення їх валентності: 5 О . Знаходимо найменше число, яке ділиться без залишку на значення валентності 4 і 2. Це чис ло — 4. Ділимо його на 4 і 2 й отримуємо відпоIV

відні індекси у формулі сполуки: 54/404/2 => 502. Щоб скласти формулу йонного оксиду, необхід но знати заряд йона металічного елемента (його значення збігається зі значенням валент30

ності елемента). Заряд йона Оксигену завжди становить -2 . Пам’ятаймо, що кожна сполука є електронейтральною, тобто сума зарядів усіх йонів у ній дорівнює нулю. Виведемо формулу йонної сполуки — літій окси ду. Літій — одновалентний металічний елемент; він утворює йон И*. Записуємо йони Літію і Окси гену: И + 02~. Знаходимо найменше число, що діли ться без залиш ку на значення зарядів йонів — 1 і 2. Ним є число 2. Поділивши його на 1 і 2 , отримуємо індекси у формулі сполуки: 1-І2/]_02/2 —^и2о. Цікаво знати Ииіці оксиди И Л ЄМ ЄН ТІВ

І групи ІСупруму П Лурум у — ( 'пО і А и 20 3.

Вам відоме правило: найбільш е значення валентності елемента збігається з номером групи періодичної системи, де він розміщ е ний. Оксид, у якому елемент виявляє таку валентність, називають вищим. ► Напишіть хімічні формули вищих оксидів Силіцію, Фосфору і Сульфуру. Д ля речовин молекулярної будови, у тому числі й оксидів, крім хімічних формул, вико ристовують графічні формули. У 7 класі ви складали такі формули для деяких речовин. Нагадаємо, що у графічній формулі атоми з’єднують за допомогою рисок: О СҐ

СІ

° ^ ° I о

Кількість рисок біля кожного атома дорів нює значенню його валентності у сполуці. Потрібно знати, що однакові атоми в молеку лах оксидів не сполучаються. ► Складіть графічні формули молекул води і вуглекислого газу. Назви оксидів. Хімічна назва оксиду скла

дається із двох слів: перше — назва елемента, а друге — «оксид»: 31

Ь і20 — літій оксид, СаО — кальцій оксид, В20 3 — бор оксид. Якщо елемент утворює кілька оксидів, то в назві кожної сполуки після назви елемента вказують (без відступу) римською цифрою в дужках значення його валентності: РеО — ферум(ІІ) оксид, Ре20 3 — ф ерум(ІІІ) оксид, 8 0 2 — сульф ур(ІУ) оксид, 80 3 — сульф ур(УІ) оксид. У назві сполуки відмінюється лиш е друге слово: бор оксиду, сульф ур(УІ) оксидом. ► Назвіть оксиди із формулами 2пО, С 02, Мп20 3, Р 20 5. Зважте на те, що Цинк має постійну валентність, а Карбон, Манган і Фосфор — змінну.

Цікаво знати Для води Н20 хімічну назву — «гідроген оксид» — не вживають.

Мал. 9. Кристали

мінералів

Деякі оксиди, крім хім ічних назв, мають ще й традиційні (тривіальні). Такі назви для сполук СаО, С 02 і 8 0 2 — «негашене вапно», «вуглекислийгаз», «сірчистий газ» відповідно. Поширеність у природі. Оксиди містяться в кожній із трьох оболонок нашої планети — в атмосфері, гідросфері, літосфері. Найпоширенішим оксидом в атмосфері і гідросфері є вода, а в літосфері — силіц ій(ІУ) оксид 8Ю2 (мінерал кварц, складова піску). У повітрі міститься невелика к ільк ість вугле кислого газу. Найбільше оксидів трапляється в літосфері. Вони входять до складу гірських порід, ґрунтів, мінералів (мал. 9).

Г 32

Куприт Си20

висновки Оксид — сполука, утворена двома елемента ми, одним із яких є Оксиген. Загальна формула оксидів — ЕтОп. Більшість оксидів металічних елементів складається з йонів, а більшість оксидів неметалічних елементів — із молекул. Оксиди мають хімічні назви, а деякі — ще й тривіальні. Перше слово в хімічній назві оксиду є назвою відповідного елемента, а друге — «оксид». Багато оксидів трапляється в природі. Найпо ширеніші з них — вода і силіцій(ІУ) оксид.

■

43. Які сполуки називають оксидами?

44. Складіть формули оксидів, що містять йони К\ Ва2+, І_а3+. 45. Складіть формули оксидів Арсену (елемент виявляє валентність З і 5) і Селену (виявляє валентність 4 і 6). 46. Запишіть формули сполук, що мають такі назви: а) нітроген(ІУ) оксид; б) титан(ІІІ) оксид; в) берилій оксид; г) ванадій(\/) оксид. ■17. Складіть графічні формули молекул оксидів 302 і В20 3. ■18. Склад будь-якого оксиду може відповідати одній із загальних формул — Е0тчи Е20 п. Які значення можливі для ті пу цих фор мулах? -19. Дайте хімічні назви оксидам елементів зі змінною валентністю: РЬ02, Ре20 7, Мо03, 0 з0 4. г*0. Обчисліть масові частки елементів у сульфур(ІУ) оксиді і сульфур(УІ) оксиді. 11 1. Учні класу за 45 хвилин уроку видихають разом із повітрям 1,1 кг вуглекислого газу. Який об’єм займає цей газ за нормальних умов? 12. Які кількості речовини йонів містяться в 1 моль 1_і20, СаО, АІ20 3? (Усно.) , З н а й д і т ь масу: а) титан(ІУ) оксиду кількістю речовини 2 моль; б) нітроген(ІІ) оксиду, в якому міститься 1023 молекул. (Усно.)

Н. Яка маса алюміній оксиду містить стільки йонів, скільки молекул міститься в 11 г карбон(І\/) оксиду?

Основи Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати, що таке основи; > складати формули і назви основ; > визначати оксиди, які відповідаю ть певним основам. Вапно — одна зі сполук, давно відомих людині. Суміш вапна з водою нерідко викори стовують і нині в будівництві. Такою суміш шю білять стовбури і гілки дерев, захищаючи їх від шкідників, а взимку — від сонячних опі ків. Вапно (точніш е — гашене вапно) нале жить до класу основ. Кожна основа утворена трьома елементами. Серед них два елементи «обов’язкові» — Оксиген і Гідроген, а третім є металічний елемент. Основа — сполука, що складається із катіонів м еталіч ного елемента М п+ і гідроксид-аніонів О Н - .

Основи М (О Н )„

Назва йона ОН походить від назв елементів Гідрогену й Оксигену. Пояснити, чому він має заряд -1 , можна так. Уявімо, що йон ОН“ утво рюється в результаті сполучення йонів Н + і О2", і складемо заряди цих частинок: +1 - 2 = - 1. Формули основ. Виведемо загальну хімічну формулу сполук цього класу. Ви знаєте, що будь-яка речовина є електронейтральною. Тому в основі на кожний йон металічного елемента із зарядом +п має припадати п йонів ОН . Отже, загальна формула основ — М(ОН)„. Приклади хімічних формул основ: Ш О Н , М £(ОН)2, Ві (ОН)3. > Запишіть формули основ, які є сполуками Літію і Барію. Зважте на те, що величина

заряду йона металічного елемента збігаєть ся зі значенням його валентності. Цікаво знати <><чіови А& О Н И Ік (О Н )2 їй* існують.

Основи — йонні сполуки. Тому графічні формули для них не використовують. Назви основ. Х ім ічн і назви основ склада ються із двох слів. Першим словом є назва еле мента, а д р у г и м — «гідроксид». Наприклад, сполуку з формулою МаОН називають «натрій гідроксид», а основу М £(ОН)2 — «магній гідроксид». Відмінюється лише друге слово: натрій гідроксиду, магній гідроксидом. Якщо елемент має змінну валентність, то в назві основи вказують її значення (римською цифрою в дужках) після назви елемента: Ре(ОН)2— ферум(ІІ) гідроксид. ^ Дайте назви основам, які мають формули КОН, Сг(ОН)2.

Серед сполук із загальною формулою М(ОН)п є й такі, які не належать до основ, бо відрізняються від них за хімічними властивостями. їхня назва — амфотерні гідроксиди. Про них ітиметься в § 13. Основа <=>основний оксид. Для кожної осно ви існує відповідний оксид: Ш О Н — К а20; Мп(ОН)2 — МпО. Заряд йона металічного елемента в основі та оксиді один і той самий. ► Напишіть формулу оксиду, походить основа Ві(ОН)3.

від

якого

Оксиди, що відповідають основам, назива ють основними. На відміну від оксидів основ у природі немає.

ВИСНОВКИ Основи — сполуки, які містять катіони мета лічних елементів М п+ і гідроксид-аніони ОН~. Загальна формула основ — Л/(ОН)а. 35

Хімічна назва основи складається із назви металічного елемента і слова «гідроксид». Для кожної основи існує відповідний оксид; його називають основним оксидом. Заряд йона металічного елемента в цих сполуках один і той самий.

■

55. Які сполуки називають основами? Запишіть загальну формулу основ, утворених двовалентними металічними елементами. 56. Складіть формули цезій гідроксиду, титан(ІІІ) гідроксиду. 57. Напишіть формули оксидів, що відповідають основам із такими формулами: КОН, \/(0Н)2,1_а(0Н)3. 58. Яка кількість речовини кожного йона міститься в 1 моль сполук N304, Ре(0Н)2, Ві(0Н)3? (Усно.) 59. У якій основі більше йонів: барій гідроксиді кількістю речовини З моль чи калій гідроксиді кількістю речовини 4 моль? Відповідь поясніть. 60. Обчисліть масу 0,2 моль літій гідроксиду. (Усно.)

Кислоти Матеріал параграфа допоможе вам: > > > >

з ’ясувати, що таке кислоти; складати формули і назви кислот; класифікувати кислоти за певними ознаками; визначати оксиди, які відповідаю ть певним кислотам.

Дехто, прочитавши назву параграфа, прига дає смак лимона чи апельсина. Справді, такий смак зумовлюють сполуки, назва яких — кислоти (мал. 10). 36

Мал. 10. Кислоти: <і — ортоборатна (борна); п — сульфатна (сірчана) К ис ло та — сполука, м о лек у ла якої містить один чи к ільк а атомів Гідрогену, здатних під час хім іч н и х реакцій заміщ уватися на атоми металічного елемента. Склад кислот. У сі кислоти мають м олеку лярну будову. Для них є дві загальні формули — НпЕ і Н т£Оп. Кислот, які відповідають першій формулі, небагато. їх утворюють неметалічні елементи VI і V II груп періодичної системи. Приклади хімічних формул кислот: НС1, Н 28 , НЖ>3, Н 28 0 4, Н 3Р 0 4. Кислоти Н л£ \\„ЕО„

У разі заміщення атомів Гідрогену в моле кулах цих кислот, наприклад, на атоми Нат рію утворюються сполуки1 із такими форму лами:

МаСІ, Ма28, КаЖ)3, Ка2804, Ма3Р04. Частину молекули кислоти, сполучену з ато мом (атомами) Гідрогену, називають кислот ним залишком. Для кислоти із формулою НС1 кислотним залишком є атом Хлору, для кисло ти Н 2804 — група атомів 8 0 4. К ільк ість атомів Гідрогену в м олекулі кислоти визначає валентність кислотного залишку. Наприклад, кислотний залишок СІ одновалентний (м олекула НС1 містить один атом Гідрогену), а залишок 804 двовалентний (у м олекулі Н 28 0 4 — два атоми Гідрогену). Отже, поняття «валентність» використовують ' Нагальна назва цих сполук — солі.

не тільки щодо атома, а й щодо групи атомів, сполучених один з одним. ► Назвіть кислотні залишки для кислот НВг, Н 28 , Н 3Р 0 4 і вкажіть валентність кожного з них. Елемент, що утворює кислоту, називають кислототворним. Покажемо, як можна обчис лити значення його валентності в кислотах складу Н т£ 0 „. Для прикладу візьмемо сполу ку із формулою Н 2804. Запишемо над символа ми Гідрогену й Оксигену значення валентно сті цих елементів: і п Н 2804. Кількість одиниць валентності для 4-х атомів Оксигену становить 2 • 4 = 8, а для 2-х атомів Гідрогену — 1 * 2 = 2 . Значення валентності атома Сульфуру дорівнює різниці між першим і другим числом, тобто 8 - 2 = 6: І

VIII

Н 28 0 4. ► Визначте валентність Фосфору в кислоті із формулою Н 3Р 0 4. Оскільки кислоти є молекулярними сполу ками, для них використовують графічні фор мули. Складати такі формули для м олекул кислот із загальною формулою Н пЕ дуже про сто. Покажемо, як це зробити для молекули кислоти, що містить атоми трьох елементів, а також для її кислотного залишку.

ВПРАВА. Скласти графічні формули молекули кислоти Н2504 та її кислотного залишку. Розв’язання С п о с і б 1. Ми щойно з’ ясували, що елемент Сульфур у кислоті Н 28 0 4 шестивалентний. Записуємо навколо кислототворного атома 6 рисок: 38

Усі ці риски (одиниці валентності) мають також «належати» І м двовалентним атомам Оксигену. Розміщуємо атоми Оксипміу навколо атома Сульфуру. Двом атомам Оксигену «виді ляємо» по дві риски, а для двох інших залишиться по одній:

О н -

8-0

її О

Усі одиниці валентності атома Сульфуру використано, але в міного і правого атомів Оксигену не вистачає по одній рисці ( О к с и г е н — двовалентний елемент). Записуємо ці риски і о тримуємо графічну формулу кислотного залишку 8 0 4:

О її -

8 0

п О

1.1 цієї формули видно, що залишок кислоти двовалентний. Дописуємо зліва і справа по атому Гідрогену й отримуємо 11міфічну формулу кислоти Н 28 0 4: О Н -0 -8 -0 -Н н О ( ’ п о с і б 2. Записуємо хімічну формулу сполуки, виділив ши н ній групи атомів ОН (гідроксильні групи): Н28 0 4 => 8 0 2(0 Н )2. Гідроксильна група є одновалентною: - 0 - Н . З’ єднуємо |шгкою кожну групу ОН з атомом Сульфуру: Н -0 -8 -0 -Н <Скільки атом Сульфуру шестивалентний, розміщуємо навнього ще чотири риски і до кожної їхньої пари записуємо Но мтому Оксигену: • о по

О Н - О - 8 -О -Н II О 39

► Складіть графічні формули молекули кисло ти Н3Р 0 4 та її кислотного залишку. Класифікація кислот. Кислоти відрізняють ся одна від одної. їх поділяють на кілька груп. До кожної групи належать кислоти, схожі за певною ознакою. Існують безоксигенові та оксигеновмісні кислоти. Назви цих груп кислот вказують на відсутність чи наявність у молекулах сполук атомів Оксигену. Приклади кислот кожної групи: НС1 Н 28

Н Ш 3 Н 280 4 Н3Р 0 4

безоксигенові

Цікаво знати Ціанідна кислота НСИ — безоксигенова кислота, утворена трьома елементами. Вона є сильною отрутою.

оксигеновмісні

Безоксигенових кислот відомо лише декіль ка. їх загальна формула — Н пЕ. Це не чисті речовини, а водні розчини газоподібних спо лук деяких неметалічних елементів із Гідроге ном: НЕ, НС1, НВг, НІ, Н28 . Оксигеновмісних кислот набагато більше. Вони мають загальну формулу НтЕО п. Інша ознака для класифікації кислот — кількість атомів Гідрогену в молекулі сполу ки. Відповідну характеристику кислоти нази вають основністю. Існують одно-, двох-, трьох основні кислоти, а також кілька кислот із вищою основністю. Приклади кислот відпо відних груп: НС1

Н1*Юз

одноосновні

Н 28

Н 280 4

двохосновні

Н3А з 0 3 Н3Р 0 4 трьохосновні

За хімічною активністю кислоти поділяють на сильні і слабкі. Сильні кислоти, на відміну від слабких, активно взаємодіють із багатьма речовинами. Відомо також к ільк а кислот середньої сили. Приклади кислот різної активності (див. також форзац 2): НС1 Н К 0 3 Н 2804 сильні

Н Г Н 280 3 Н 3Р 0 4 середньої сили

Н 28 Н 2С03 Н 28 і0 3 слабкі

Назви. Кислоти мають хімічні й тривіальні назви. Ф орм ули та назви найважливіших кислот наведено в таблиці 1. Таблиця 1 Найважливіші кислоти Формула

Назва хімічна

тривіальна

НЕ

Фторидна

Фтороводнева, плавикова

неї

Хлоридна

Хлороводнева, соляна1

Н28

Сульфідна

Сірководнева

Н*Ю3

Нітратна

Азотна

Н2С03

Карбонатна

Вугільна

Н28Ю3

Метасилікатна

Кремнієва

Н2803

Сульфітна

Сірчиста

Н2804

Сульфатна

Сірчана

Н3Р 0 4

Ортофосфатна

Фосфорна

Х ім ічн і назви кислот складаються із двох слів. Друге слово в усіх назвах — «кислота». Корінь першого слова походить від назви еле мента, що утворює кислоту (хлоридна кисло та — сполука Хлору). Перше слово назви безоксигенової кислоти має суфікс « і д» або «и д » (Н 28 — сульфідна кислота). Для оксигеновмісної кислоти це слово може мати різні суфікси. Якщо кислототворний елемент виявляє у спо луц і найвищу валентність, то використовують VI

суфікс « ат» (Н 28 0 4 — сульфатна кислота), а IV

якщо нижчу — «іт » або «и т » (Н 28 0 3 — суль фітна кислота). У хімічних назвах кислот Н28Ю3 і Н 3Р 0 4є ще й префікси «мета», «орто» (табл. 1). Тривіальні назви більш ості кислот похо дять від назв простих речовин або сполук еле ментів із Гідрогеном. Кислота <=> кислотний оксид. Д ля кожної оксигеновмісної кислоти існує відповідний 1Кислоту названо соляною, оскільки раніше її добували із солі КаСІ.

оксид. Його називають кислотним оксидом. У цій сполуці кислототворний елемент має таке саме значення валентності, що й у кислоті. І

VIII

V III

Н 28 0 4 — 8 0 3

III II

III

► Запишіть формулу кислотного який відповідає кислоті Н 3Р 0 4.

ї' і

Н 3А в03 — А820 3 оксиду,

Поширеність у природі. На нашій планеті трапляється чимало кислот. Карбонатна кисло та утворюється в результаті розчинення у при родній воді вуглекислого газу С02. Під час ви вержень вулканів в атмосферу надходять сірко водень Н 28 і сірчистий газ 802. Перша сполука, розчиняючись у воді, утворює сульфідну кисло ту, а друга, реагуючи з водою, — сульфітну. Рослинний і тваринний світ багатий на кислоти, які належать до органічних спо лук. Лимонна, яблучна, щавлева кислоти містяться в деяких фруктах, ягодах, ово чах (мал. 11), мурашина кислота — в мурахах (тому їхні укуси досить відчутні), бджолиній отруті, кропиві. Коли скиса ють молоко і вино, утворюються відповід но молочна і оцтова кислоти. Молочна кислота також є у квашеній капусті, силосі для худоби; вона накопичується у м ’ язах під час їх роботи. Шлунковий сік містить неорганічну кислоту — хлоридну.

рр- * ^ *

■

£ Мал. 11. Природні джерела органічних кислот

ВИСНОВКИ

Кислота — сполука, молекула якої містить один чи кілька атомів Гідрогену, здатних під час реакцій заміщуватися на атоми металічного елемента. Для кислот є дві загальні формули — НпЕ І Н тЕОп. Частину молекули кислоти, сполучену з ато мом (атомами) Гідрогену, називають кислотним залишком. 42

Усі кислоти мають молекулярну будову. Існують безоксигенові та оксигеновмісні кислоти. За кількістю атомів Гідрогену в моле кулі розрізняють одноосновні, двохосновні, трьохосновні кислоти, а за хімічною активні стю — сильні і слабкі. Для кожної оксигеновмісної кислоти існує відповідний оксид, який називають кислотним. В оксиді й кислоті кислототворний елемент має одне й те саме значення валентності. Кислоти мають хімічні й тривіальні назви. Кислоти поширені в природі.

1.1 Дайте означення кислоти. Що таке кислотний залишок? <і 2.Для кислот Н2Те, НМ02 і Н3Аз04 запишіть формули кислотних залишків і позначте їх валентність. «м .З а якими ознаками класифікують кислоти? Впишіть формули кислот НСЮ3, НВг, Н2Те03, НР, НМ02, Н25е, Н3Аз04 у відповідні стовпчики таблиці: Кислоти оксигено вмісні

без оксигенові

одноосновні

двох основні

трьох основні

<>/1. Визначте валентність кислототворних елементів у кислотах НСІО, НР03, Н2Те04 і запишіть формули оксидів, які відповідають цим кислотам. <>!>. Знайдіть відповідність: формула кислоти назва кислоти 1) Н2Зе0 3; а) селенідна; 2) Н23е; б) селенатна; 3) Н23е04; в) селенітна. <>6. Складіть графічні формули для кислот НІ, НСІО, Н2Те03 та відпо відних кислотних залишків. «•/.Які кількості речовини елементів містяться в 0,5 моль таких кислот: НМ03, Н2304? (Усно.) <>8 Взято 6,2 г борної кислоти Н3В03. Знайдіть кількість речовини кислоти. (Усно.) 43

69. Обчисліть масові частки елементів у сульфатній кислоті. 70. Існують дві оксигеновмісні кислоти з однаковими значеннями молярних мас — 98 г/моль. Назвіть ці кислоти і напишіть їхні фор мули.

Солі Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати, що таке солі; > складати формули і назви солей. До класу солей належить сполука, яку ми використовуємо щодня разом із їжею. Це — кухонна сіль КаСІ. Вам відомо, що вона скла дається з йонів К а+ і СГ. Сіль — сполука, до складу якої входять катіони мета лічного елемента й аніони кислотного залиш ку.

Солі М тА п М т(ЕО п)р

Йон кислотного залиш ку має негативний заряд; його значення збігається зі значенням валентності цього залишку: кислота НС1 і кислотний залишок СІ аніон кислотного залишку СГ Формули солей. Солі, як і кислоти, мають дві загальні формули — М тА п і М т(Е О п)р. Першій формулі відповідають солі, що містять йони кислотних залишків безоксигенових кислот, а другій — солі, аніони яких походять від оксигеновмісних кислот. Приклади формул солей: ІЛР, Са8 , № Ж > 3, А12(8 0 4)3. Для того щоб скласти формулу солі, потрібно знати заряди катіона й аніона і зважити на те, що будь-яка сполука є електронейтральною.

Д ля з ’ясування значень зарядів йонів можна використовувати таблицю, розміщену на фор заці 2 (так звана таблиця розчинності).

Виведемо формулу солі, яка містить катіони Ва2+ й аніони РО4". До складу солі входять йони, зна чення зарядів яких неоднакові: 2 і 3. Наймен шим числом, яке д'шиться без залишку на 2 і 3, є число 6 . Ділимо його на значення зарядів катіона (6:2 = 3)й аніона ( 6 : 3 = 2). Отримуємо кількість цих йонів у формульній одиниці сполуки, тобто відповідні індекси в хімічній формулі солі: 6/2^^4)6/3

^аз(Р04)2-

Графічні формули для солей, як і для інших йонних сполук, не використовують. Назви солей. Кожна сіль має хімічну назву, а деякі солі ще й тривіальні назви (табл. 2). Х імічна назва солі складається із двох слів. Перше слово є назвою металічного елемента, а друге походить від хімічної назви відповідної кислоти. Якщо елемент має змінну валент ність, то її значення вказують після назви еле мента (табл. 2, мал. 12). За відмінками зміню ється лише друге слово хімічної назви солі. Таблиця 2 Формули та назви деяких солей Формула солі

відповідної кислоти

Хімічна назва кислоти

Назва солі хімічна

тривіальна

К N03

НГ\ГОз

Нітратна

Калій нітрат

Калійна селітра

К,С03

Н2С03

Карбонатна

Калій карбонат

Пбташ

( ’нР2

НЕ

Фторидна

Кальцій фторид

Флюорит (мінерал)

ГеС12

неї

Хлоридна

Ферум(ІІ) хлорид

—

Сульфатна

Ферум(ІІІ) сульфат

—

Р>2(804)3 Н2804

Мал. 12. Солі: а — калій хромат; б — купрум(ІІ) сульфат; в — манган(ІІ) сульфат; г — нікель(ІІ) сульфат; ґ — кобальт(ІІ) хлорид

► Дайте хімічні назви солям, що мають такі формули: КР, М^С03, Ва3(Р 0 4)2, СгС13.

Існують солі, утворені лише неметалічними еле ментами. До їх складу входять катіони амонію Л/Н4. Приклади формул і назв таких сполук: Л/Н4С/ — амоній хлорид; (NN4 ) 2 8 0 4 — амоній сульфат; NН4 N 0 3 — амоній нітрат. Дві останні сполуки застосовують як азотні доб рива. Солі амонію походять від основи Л/Н4ОН (§ 11).

Мал. 13. Кристали деяких природних солей

Поширеність у природі. До складу земної кори входять багато солей (мал. 13). Більшість із них — силікати. Серед них є й дорогоцінне каміння: блакитний топаз (алюміній силікат), золотистий циркон (цирконій силікат), без барвний фенакіт (берилій силікат) тощо.

Ммл. 14.

Км/іьцій мирбонат V живій природі

Існує багато покладів натрій хлориду КаСІ (кам ’ яна сіль), калій хлориду КС1, кальцій карбонату СаС03 (крейда, вап няк, мармур). Остання сполука стано вить основу черепашок, коралів, яєчної ш каралупи (м ал. 14). Сульфіди 2п8, Си28 , РЬ8 та інші є рудами; із них добува ють метали. Р ізн і солі містяться в розчиненому стані в гідросфері. У морській воді переважа ють хлориди Натрію і Магнію, а у прісній — солі Кальцію і Магнію (в основному карбонат ної та сульфатної кислот).

ВИСНОВКИ

Сіль — йонна сполука, до складу якої входять катіони металічного елемента й аніони кислот ного залишку. Для солей існують загальні фор мули М тА п і М т(ЕОп)р. Кожна сіль має хімічну назву, а деякі солі — ще й тривіальні назви. Солі дуже поширені в природі.

І Які сполуки називають солями? Чим солі схожі за складом з осномами і чим відрізняються від них? 7 ' Складіть формули солей, які складаються з таких йонів: М£2\ мо3. С0|-. ? і Іапишіть у відповідні клітинки таблиці формули йонів, з яких складаються солі АІ(ГЮ3)3, М|Вг2, К3Р04, Ма25: Катіони одно багато зарядні зарядні

Аніони прості однозарядні

багатозарядні

складні однозарядні

багатозарядні

74. Дайте назви солям, що мають такі формули: МаВг, АІ253, и2504, СаЗОд. 75. Складіть формули цезій йодиду, алюміній фториду, хром(ІІІ) суль фату, літій ортофосфату. 76. Однакова чи різна кількість речовини аніонів міститься в 20 г СаС03 і в 20 г СаВг2? (Усно.) 77. За допомогою хімічного аналізу встановлено, що в порції натрій сульфату міститься 0,5 моль З О ^-йо нів. Яка кількість речовини і яка маса йонів Натрію у цій порції сполуки? (Усно.) 78. Де міститься найбільша сумарна кількість йонів: в 1 моль алюмі ній сульфату, 2 моль ферум(ІІІ) нітрату, 3 моль барій хлориду чи 4 моль літій фториду? 79. Для дослідів узяли однакові маси ферум(ІІІ) ортофосфату, натрій хлориду та кальцій карбонату. Зіставте сумарні кількості йонів у цих порціях солей та виберіть правильну відповідь: а) найбільше йонів у порції ферум(ІІІ) ортофосфату; б) найбільше йонів у порції натрій хлориду; в) найбільше йонів у порції кальцій карбонату; г) у взятих порціях солей однакова кількість йонів.

Властивості та використання оксидів Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати, як залежать властивості оксидів від їхньої будови; > засвоїти хімічні властивості основних і кислотних оксидів; > зрозуміти, що таке реакція обміну; > з'ясувати сфери використання оксидів. Властивості оксидів, як і інших речовин, залежать від їхньої внутрішньої будови, тобто від того, з яких частинок вони складаються — атомів, молекул чи йонів. Фізичні властивості оксидів. У йонних оксидах (мал. 15, а) протилежно заряджені йони сильно притягуються один до одного. Тому ці оксиди за звичайних умов є твердими 48

Мал. 15. Моделі будови: а — магній оксиду; б — карбон(І\/) оксиду у твердому стані

речовинами, плавляться за високої темпера тури (табл. 3). Більш ість йонних оксидів не розчиняється у воді, інші реагують із нею. В оксидах молекулярної будови (мал. 15, б) притягання між частинками (м олекулам и) дуже слабке. Через це температури плавлення (табл. 3) і кипіння сполук невисокі, а їх агре гатний стан за звичайних умов різний. Чима ло таких оксидів є леткими, розчинними у воді (під час розчинення багатьох із них відбу ваються хімічні реакції), деякі мають запах. Оксиди з атомною будовою — тверді речовини із високими температурами плавлення (табл. 3) і кипіння. Вони не розчиняються у воді. Таблиця З

Будова і температури плавлення деяких оксидів Хімічна формула Будова оксиду Температура плавлення, °С СаО ЬігО

ионна

2630 1453

Н20 802

молекулярна

0 -75

8ІО2

атомна

1610

Х ім іч н і властивості оксидів. Здатність оксиду взаємодіяти з іншими речовинами за леж ить від його типу. Розглянем о окремо реакції, в які вступають основні та кислотні 49

оксиди. Ви вже знаєте, що основними назива ють оксиди, які відповідають основам, а кислот ними — такі, що відповідають кислотам.

Реакції за участю основних оксидів Реакція з водою. Будівельники, садівники нерідко змішують негашене вапно (кальцій оксид) із водою. Відбувається хімічна реакція, й утворюється гашене вапно — кальцій гідроксид Са(ОН)2. Цей процес називають гасінням вапна (мал. 16): СаО + Н 20 - Са(ОН)2.

Мал. 16. Гасіння вапна

Цікаво знати Оксиди СаО і Р 20 5 слугують для осушування газів.

Серед основних оксидів в аналогічну реак цію вступають лише сполуки лужних (Іл , Ма, К, КЬ, Сз) і лужноземельних (М£, Са, 8г, Ва) елементів; при цьому утворюються основи. Реакції оксидів з водою належать до реак цій сполучення. Вивести формулу продукту реакції оксиду з водою можна в такий спосіб. Спочатку потрібно скласти разом усі атоми, що є у формулах ре агентів, а потім розмістити їх у певному поряд ку. Першим записують символ металічного еле мента, потім — Оксигену і Гідрогену. Якщо всі індекси у складеній формулі виявляться парни ми, їх потрібно розділити на 2. Цю «двійку» ста вимо як коефіцієнт у хімічному рівнянні: Ь і20 + Н 20 = [ и 20 2Я 2] 1= 2ІЛОН. літій гідроксид

За наявності однакового індексу біля атомів він виноситься за дужки: ВаО + Н 20 = [В а02Н 2] = Ва(ОН)2. барій гідроксид

Ф орм улу основи можна також записати, виходячи з того, що заряд йона металічного елемента в ній такий самий, як і в оксиді: Ва2%ОН =>Ва(ОН)2. 1Допоміжні записи вміщують у квадратні дужки.

► Складіть рівняння реакції натрій оксиду з водою. Реакції з кислотними оксидами. Основні оксиди реагують зі сполуками протилежного хімічного характеру, тобто такими, які мають кислотні властивості. Серед них — кислотні оксиди. Продуктом реакції між основним і кислот ним оксидами є відповідна сіль. Вона склада ється із катіонів металічного елемента, що містилися в основному оксиді, і аніонів залиш ку кислоти, яка походить від кислотного окси ду. Вам відомо, що у формулі солі спочатку записують катіон, а потім — аніон. Приклади рівнянь реакцій за участю основ ного і кислотного оксидів: СаО + 803 = Са804; (містить (відповідає 2+ катіони Са ) кислоті Н 2804)

ІЛоО

+ т

(містить катіони Ьі^)

(містить йони Са2+ і 805‘ )

N 2^5 00= (відповідає кислоті Н Ж )3)

2ШГО,. (містить йони Ьі+ і Ж )3)

► Складіть рівняння реакції кальцій оксиду з нітроген(У) оксидом. Реакції з кислотами. Основні оксиди взає модіють не лише з кислотними оксидами, а й з кислотами. Продукти такої реакції — сіль і вода:

Ьі20 + 2НІЧ03= 2Ьі]\Ю3+ Н20. літій нітрат

ди кції, під час як и х сполуки обміню ю ться своїми і ілдовими, називають реакціями о б м і н у . 51

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 1

Реакція купрум(ІІ) оксиду із хлоридною кислотою Помістіть у пробірку трохи порошку купрум(ІІ) оксиду. Якого кольору ця речовина? Долийте до неї 1— 2 мл хлоридної кислоти. Щ о спостерігаєте? (Вміст пробірки можна нагріти, але не до кипіння.) Складіть відповідне хімічне рівняння.

Реакції за участю кислотних оксидів Реакція з водою. Майже всі кислотні оксиди реагують з водою (виняток — оксид 8Ю2). При цьому утворюються оксигеновмісні кислоти:

8 0 3 + Н 20 = Н 2804. сульфатна кислота

Формули кислот — продуктів реакцій кислотних оксидів з водою — виводять так само, як і основ, складаючи разом усі атоми, наявні у формулах реагентів. На першому місці у формулі кислоти записують атоми Гідрогену, на другому — атоми кислототворного елемен та, а на останньому — атоми Оксигену: К 20 5+ Н 20 = [Н 2ІМ20 6] = 2 Н Ж )3. нітратна кислота

Учителі часто демонструють учням, як взаємодіє з водою фосфор(У) оксид. Під час цієї реакції виділяється стільки теплоти, що частина води швидко випаро вується (мал. 17). Якщо к ільк ість води набагато перевищує кількість оксиду, то реакція відбувається за таким рівнянням: Р 20 5 + ЗН20 = 2Н3Р 0 4.

Мал. 17. Взаємодія фосфор(У) оксиду з водою 52

ортофосфатна кислота

Загальна назва продуктів взаємодії основ них і кислотних оксидів з водою — гідрати оксидівуабо, скорочено, гідроксиди. Зауважи мо, що гідроксильні групи (групи атомів ОН)

містяться у формулах не тільки основ (КаОН, Са(ОН)2 та ін.), а й оксигеновмісних кислот. Наприклад, формулу Н 28 0 4 можна записати так: 802(0 Н )2. ► Напишіть формули гідроксидів, яким від повідають оксиди К 20 і 8е02. Реак ц ії з основними оксидами. Кислотні оксиди взаємодіють зі сполуками протилеж ного хімічного характеру — з основними окси дами та основами. Про реакції між кислотними і основними оксидами йшлося вище. Наводимо рівняння ще однієї такої реакції за участю кислотного оксиду Р 20 5:

Реакції з основами. Кислотні оксиди взає модіють з основами з утворенням солей і води:

С іль походить від кислоти, яка відповідає даному кислотному оксиду. Схема 1.

м.іинажливіші «імімні

► Складіть рівняння реакції між фосфор(У) оксидом і натрій гідроксидом.

нмдетивості •ми идів

Викладений матеріал узагальнює схема 1.

ОКСИДИ Основні оксиди реагують

Кислотні оксиди реагують

Реакції розкладу оксидів. Деякі оксиди за пев них умов розкладаються на прості речовини 2Н£0 = 2 Щ + О/Г; 2Н20 =РУМ 2Н2Т + 02ї або на інші оксиди і кисень: 2303 = 2302 + 02. Зверніть увагу на останню реакцію: валентність елемента в оксиді, який утворюється, нижча, ніж у вихідному оксиді. Реакції оксидів із простими речовинами. Чима ло оксидів металічних елементів взаємодіють за високої температури з воднем, вуглецем, активними металами. Продуктами більш ості цих хімічних перетворень є метали та інші оксиди: СиО + Н2 = Си + Н20; 2Ре203 + ЗС = 4Ре + ЗС02Т. Такі реакції використовують у чорній і кольоро вій металургії. Деякі оксиди реагують і з киснем: 2NО + 02 = 2N02.

Цікаво знати Вперше розклад води за допомогою електричного струму здійснив майже 200 років тому видатний англійський хімік Гемфрі Деві.

Використання оксидів. Усього відомо майже триста оксидів. Значну їх кількість застосову ють на практиці. Із залізних руд (вони містять оксиди Феруму) добувають залізо. Кварц 8Ю2 є сировиною для виробництва кварцового скла, яке, на відміну від звичайного, пропу скає ультрафіолетові промені (під кварцовим світильником можна засмагати так само, як під сонцем). Пісок, що в основному складаєть ся з оксиду 8Ю2, використовують у виробниц тві скла, а також, як і негашене вапно СаО, у будівництві. Кристали корунду А120 3 мають високу твердість. Порошок цієї сполуки слу гує абразивним матеріалом для обробки мета левих, керамічних та інших поверхонь. Деякі оксиди є основою фарб: Ге20 3 — коричневої, Сг20 3 — зеленої, Т і0 2 і 2пО — білої. Забарвле ні домішками природні та штучні кристали

оксидів Алю мінію , Силіцію використовують для виробництва ювелірних прикрас. Спочат ку кристали ріжуть, потім надають їм певної огранки (мал. 18) і вставляють в обручки, сережки тощо.

М ііл . 1 8 .

Дорогоцінне каміння: « рубін (АІ203 з домішкою Сг203); п сапфір (АІ203 з домішками оксидів Феруму і Титану); и аметист (5і02 з домішками оксидів Феруму)

ВИСНОВКИ Оксиди йонної будови є твердими речовина ми. Вони, як правило, не розчиняються у воді, мають високі температури плавлення. Оксиди молекулярної будови перебувають у різних агрегатних станах, мають невисокі тем ператури плавлення і кипіння. Більшість цих сполук розчиняється у воді, деякі є леткими, мають запах. Серед основних оксидів з водою реагують лише сполуки лужних і лужноземельних еле ментів. Продукти цих реакцій — основи. Основ ні оксиди взаємодіють із кислотними оксидами і кислотами з утворенням солей. Майже всі кислотні оксиди реагують з водою (продукти реакцій — оксигеновмісні кислоти), а також з основними оксидами й основами з утво ренням солей.

Реакції, під час яких сполуки обмінюються своїми складовими, називають реакціями обміну. Чимало оксидів набуло широкого викори стання у різних сферах.

■

80. Одна зі сполук — СІ20 або 1_і20 — за звичайних умов є газом і має запах. Вкажіть цю сполуку і поясніть свій вибір. 81. Серед наведених оксидів укажіть йонні речовини: Р203, СІ20 7, К20, ВаО, 503. 82. Внесіть у відповідні клітинки таблиці формули оксидів: 1_і20, Си20, СІ20 7, М§0, 3і02, РеО, 302. Оксиди ОСНОВНІ

КИСЛОТНІ

83. Назвіть усі основні оксиди, які реагують з водою. Напишіть два відповідні хімічні рівняння в загальному вигляді, позначивши металічний елемент у формулах сполук літерою М. 84. Допишіть схеми реакцій і складіть хімічні рівняння: а) ЗгО + Н20 -> б) 5е03 + Н20 -> М£0 + СІ20 7 —► 5і02 + ВаО —^ СаО + НМ03 І20 5 + ІЧаОН -> 85. Визначте, з якими речовинами правого стовпчика може реагува ти кожна речовина лівого стовпчика, і напишіть відповідні хімічні рівняння: барій оксид нітратна кислота фосфор(У) оксид калій гідроксид карбон(ІУ) оксид кальцій оксид бромідна кислота 86. Складіть рівняння реакцій, під час яких утворюється магній ортофосфат, якщо реагентами є: а) два оксиди; б) оксид і кислота; в) оксид і основа. 87. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснит такі перетворення: а) 1-і —^ 1_і20 —^ І_іОН; в) 3 —^ 302 —^ Ма2303; б) М£ -> МбО -> Мб(ІЧ03)2; г) С —►С02 -> ВаС03. 88. Обчисліть масові частки елементів в оксидах М§0 і В20 3. 89. З ’ясуйте, які два оксиди мають молярну масу ЗО г/моль. 56

для допитливих

К ислотні опади У газових викидах промислових підприємств, теплоелектростанцій, .нігомобільних двигунів містяться невеликі кількості оксидів Сульфуру І Нітрогену. Вони надходять в атмосферу й нерідко спричиняють так шані кислотні опади, які завдають значної шкоди довкіллю. У результаті реакції оксиду 302 з атмосферною вологою утворю« іься сульфітна кислота: 502 + Н20 = Н2503. ' І.істина її перетворюється на сульфатну кислоту: 2Н2303 + 0 2 = 2Н2504. Оксиди Нітрогену з ’являються в атмосфері внаслідок реакцій за І участю головних компонентів повітря — азоту і кисню. Згоряння и.ілива і пального супроводжується високою температурою. За цих умов утворюється невелика кількість нітроген(ІІ) оксиду: ІЧ2 + 02 = 2ІМО. Ця сполука швидко взаємодіє з киснем: 2140 + 02 = 2ІМ02, і

штроген(І\/) оксид реагує з атмосферною вологою: 2І\І02 + Н20 = НІ\І02 + НІ\І03.

Відтак у повітрі з ’являються домішки кислот — сульфітної, суль фатної, нітритної та нітратної. Разом із дощем або снігом вони иоірапляють на земну поверхню (мал. 19). М<іл. 19.

Н2503, Н2504, НМ03(НМ02)

Уіиорення КИСЛОТНОГО

лоїцу

іш щ Ш

Ш /

Кислотні опади негативно впливають на рослини, викликаю ть ■пороби у тварин, людей, руйнують будівельні матеріали, особливо м.ірмур і вапняк, посилюють корозію металів.

Оксиди Сульфуру і Нітрогену беруть участь в утворенні смогу. Це — \ повітря, забруднене багатьма токсичними речовинами, яке надовго зависає над великими містами і промисловими регіонами. Заходи зі зменшення викидів згаданих оксидів є одними з найваж ливіших у справі охорони природи. У теплоенергетиці намагаються використовувати паливо, що містить якомога менше Сульфуру. Газові викиди промислових підприємств, теплоелектростанцій очищають від сульфур(ІУ) оксиду пропусканням їх крізь водну суспензію кальцій гідроксиду, розпилюють в них порошок крейди, вапно. Утворенню окси дів Нітрогену запобігають, знижуючи температуру згоряння палива або пального. Серед найважливіших заходів на транспорті — зміни кон струкцій двигунів, режимів їх роботи, введення різних добавок до паль ного, заміна його на інше (наприклад, на стиснений природний газ).

*| Л

Розрахунки за хімічними рівняннями Матеріал параграфа допоможе вам: > обчислювати кількості речовини, маси та об’єми реагентів і продуктів реакцій за хімічними рів няннями; > складати пропорції й використовувати їх для розв’язування задач. У середні віки алхім іки не знали, що за допомогою обчислень можна наперед дізнати ся, яка маса речовини має вступити в реакцію чи утворитися в результаті реакції. Вони брали для своїх експериментів довільні порції речовин і за їхніми залишками з ’ ясовували, які маси кожної речовини прореагували. Нині розрахунки не тільки мас, а й кілько стей речовини реагентів і продуктів реакцій, об’ ємів газів здійснюють за хімічними рівнян нями. При цьому використовують значення

відносних атомних, м олекуляр н и х, фор мульних або молярних мас. Завдяки таким роз рахункам хім ік або інж енер-технолог може цілеспрямовано здійснити хімічне перетво рення, добути необхідну масу продукту реак ції й уникнути непотрібного надлишку вихід них речовин. У цьому параграфі розглянуто розв’ я зу вання кількох задач із використанням хім іч них рівнянь. Зауважимо, що коефіцієнти в рівняннях указую ть на співвіднош ення кількостей речовини реагентів і продуктів реакцій: С + 0 2 = С02; 1 моль 1 моль 1 моль

п(С) : п(02) : п(С02)

=1: 1: 1;

2А1 + З Н 28 0 4 = А12( 8 0 4) з + З Н 2Т; 2 моль

3 моль

1 моль

З моль

гс(АІ): /г(Н2804) : /і (А 12(804)3) : /г(Н2) = 2 : 3 : 1 : 3 .

іАДАЧА 1. Яка кількість речовини літій гідроксиду утворюється під час реакції 4 моль літій оксиду з достатньою кількістю води? /Іпно:

Розв’язання

п{ Іл 20 ) = 4 моль

1. Складаємо хімічне рівняння:

п(ЬЮН) — ?

Ь і20 + Н 20 = 2ІЛОН. 2. Готуємо запис для складання пропорції. Під формулами сполук Ь і20 і ЬіОН запи суємо їхні кількості речовини згідно з кое фіцієнтами в хімічному рівнянні (1 моль, 2 м оль), а над формулами — наведену в умові задачі кільк ість речовини оксиду (4 м оль) і невідому кільк ість речовини гідроксиду (дг моль): 4 моль

х моль

Ь і20 + Н 20 = 2ІЛОН. 1 моль

2 моль

3. Розраховуємо к ільк ість речовини літій гідроксиду. Складаємо пропорцію й розв’язуємо її: 59

за рівнянням реакції з 1 моль Ь і20 утворюється 2 моль ЬЮН, за умовою задачі із 4 моль Ь і20 — х моль ЬЮН; -т = — ;

* = гс(ЬЮН) =

8 (моль).

Відповідь: п(І-іОН) = 8 моль. ЗАДАЧА 2. Яка маса вуглекислого газу прореагує із 28 г кальцій оксиду? Дано:

Розв’язання 1-й спосіб

т(СаО) =28 г т( С02)

1. Складаємо хімічне рівняння: СаО + С0 2= СаС03. Згідно з рівнянням, у реакцію вступають одна кові кількості речовини оксидів, наприклад 1 моль СаО і 1 моль С02. 2. Обчислюємо молярні маси речовин, указаних в умові задачі: М(СаО) = 56 г/моль;

М (С 0 2) = 44 г/моль.

Маса 1 моль СаО становить 56 г, а 1 моль С0 2— 44 г. 3. Готуємо запис для складання пропорції. Записуємо під формулами реагентів у хім іч ному рівнянні маси 1 моль кожної сполуки, а над формулами — відому з умови задачі масу кальцій оксиду і невідому масу вуглекислого газу: 28 г

х г

СаО + С0 2 = СаС03. 56 г

44 г

4. Обчислюємо масу вуглекислого газу. Складаємо пропорцію й розв’ язуємо її: за рівнянням реакції 56 г СаО реагують із 44 г С02, за умовою задачі 28 г СаО — із х г С02; ____ 28-44 56 44 х = т( С02) = 28 56 60

22 (г).

2-й спосіб

1. Складаємо хімічне рівняння: СаО + С0 2 = СаС03. 2. Розраховуємо кільк ість речовини кальцій оксиду: ._ _. т(С аО ) 28 г Л к «(СаО) = = --------= 0 ,5 моль. М(СаО) 56 г/моль 3. Записуємо під формулами реагентів у хімічно му рівнянні їхні кількості речовини згідно з коефіцієнтами, а над формулами — обчислену кількість речовини кальцій оксиду й невідому кількість речовини вуглекислого газу: 0,5 моль

х моль

СаО + С0 2 = СаС03. 1 моль

1 моль

4. Обчислюємо за допомогою пропорції к іл ь кість речовини вуглекислого газу: 0,5 * 1 х = л(С 0 2) = ------------ = 0,5 (моль). 5. Знаходимо масу вуглекислого газу: т (С 0 2) = гс(С02) • М (С 0 2) = = 0,5 моль • 44 г/моль = 22 г.

Відповідь: ш(С02) = 22 г. іЛДАЧА 3. Який об'єм сірчистого газу (н. у.) прореагує з натрій гідроксидом у разі утворення натрій сульфіту кількістю речовини 0,2 моль? Ліно:

Розв’язання

м(ІЧа28 0 3) :

1. Записуємо хімічне рівняння і готуємо запис для складання пропорції:

0,2 моль

II. у. Г (8 0 2) — ?

х моль

0,2 моль

8 0 2 + 2КаОН = Ма28 0 3 + Н 20. 1 моль

1 моль

2. Знаходимо к ільк ість речовини сірчистого газу. Складаємо пропорцію і розв’ язуємо її: із 1 моль 802утворюється 1 моль Ма2803, із л :м о л ь 8 0 2 — 0,2 моль К а280 3; х = я(8 0 2) = ~

= 0,2 (моль). 61

3. Обчислюємо об’ єм сірчистого газу за нормальних умов:

Г(802) = /і(802)*Км= = 0,2 моль • 22,4 л/моль = 4,48 л.

Відповідь: У(502) = 4,48 л. У деяких задачах йдеться про дві реакції, що відбуваються одночасно. Спосіб їх розв’ я зання полягає у складанні математичного рів няння з одним невідомим (або системи двох рівнянь із двома невідомими).

ЗАДАЧА 4. Після добавляння достатньої кількості води до 11,6 г суміші оксидів Літію і Кальцію утворилося 17,0 г суміші гідрок сидів. Знайти маси оксидів у суміші. Дано:

Розв’язання

т ( І л 20, СаО) = = 11,6 г т(ІлО Н , Са(ОН)2) = 17,0г

1. Приймаємо масу літій оксиду за х г. Тоді маса кальцій оксиду становитиме (в грамах):

/п(Ьі20 ) — ? т(С аО ) — ?

т(С аО ) = т ( Ь і 20, СаО) - т ( Ь і 20 ) = = 11,6 - х. 2. Обчислюємо молярні маси оксидів гідроксидів Літію та Кальцію: М (Ь і 20 ) = ЗО г/моль; М(СаО) = 56 г/моль; М (ЬЮ Н ) = 24 г/моль; М (Са(ОН)2) = 74 г/моль. 3. Складаємо рівняння реакцій із записа ми мас реагентів і продуктів, позначив ши невідомі маси сполук ІлОН і Са(ОН )2 через т1і т2відповідно: х г

т1г

Ь і20 + Н20 = 2ІЛОН; 30 г ( 1 1 ,6 - х ) г

2 -2 4 г

т2г

СаО + Н 20 = Са(ОН)2. 56 г

74 г

4. Записуємо дві пропорції й отримуємо математичні вирази для мас гідроксидів: 62

~30

ТПл

/т : а

т т

2 • 24’ т і “ т (Ь і0 Н )

11,6 -лс

2 • 2 4 х _ -| л

зо

1’ 6дс’

т 2 74 ’

т 2= т(С а(О Н )2) = ( 11,6- * ) ‘ 7 4 _ 15;3 _ ! >32*. 5о 5. Прирівнюємо суму знайдених мас гідрокси дів до 17,0 г, розв’ язуємо рівняння і знахо димо маси оксидів: пгх + т2= т (Ь іО Н ) -І- т(С а(О Н )2) = 17,0; 1,6х 4-15,3 - 1,32* = 17,0; х = т (Ь і 20 ) = 6,07 (г); т(С аО ) = 11,6 - 6,07 = 5,53 (г). Відповідь: т (и 20) = 6,07 г, т(С а О ) = 5,53 г.

ВИСНОВКИ Д ля того щоб обчислювати маси, кількості речовини реагентів і продуктів реакцій, об’єми газів, використовують хімічні рівняння. Розв’язування задач здійснюють складанням пропорцій, а також за формулами, які відобра жають зв’язок між відповідними фізичними величинами.

!»<> Знайдіть значення х у таких записах (усно): х моль 0,2 моль хл 1 моль а) 503 + 1_і20 = І_і2304; в) С0 2 + 2К0Н = К2С0 3 + Н20; 22.4 л 2 моль 4 моль х моль 44,8 л хг б) М^О + 2НСІ = М£СІ2 + Н20; г) 502 + ВаО = Ва503. 22.4 л 153 г » і Яка кількість речовини фосфор(У) оксиду утворюється при взаємо дії О Д моль фосфору з достатньою кількістю кисню? ‘»л Реакція відбувається за рівнянням А + ЗБ = 2В + ЗГ. Які кількості ре човини В і Г утворяться, якщо прореагує: а) 0,1 моль А; б) 6 моль б? (Усно.) 63

93. Яка маса магній оксиду утворилася після спалювання 12 г магнію? (Усно.) 94. Обчисліть масу кальцій нітрату, що утворився внаслідок взаємодії 25,2 г нітратної кислоти з кальцій оксидом. 95. Який об'єм сірчистого газу 502 (н. у.) було добуто після спалювання 16 г сірки? (Усно.) 96. Обчисліть об’єм вуглекислого газу (н. у.), необхідний для повного перетворення 37 г кальцій гідроксиду на кальцій карбонат. 97. Після добавляння надлишку води до суміші оксидів Фосфору(У) і Силіцію(ІУ) утворилося 98 г ортофосфатної кислоти і залишилось 20 г твердої речовини. Обчисліть масу фосфор(У) оксиду та його масову частку в суміші. 98. У результаті реакції 1,52 г суміші сірчистого і вуглекислого газів із барій оксидом утворилося 6,07 г суміші солей Барію. Визначте ма си газів у суміші.

Властивості та використання основ Матеріал параграфа допоможе вам: > > > > >

з ’ясувати фізичні властивості основ; розрізняти нерозчинні основи і луги; з ’ясувати, що таке індикатори; засвоїти хімічні властивості основ; з ’ясувати сфери використання основ.

Фізичні властивості основ. Вам відомо, що кожна основа складається із позитивно заря джених йонів металічного елемента і гідроксид-іонів ОН-. Основи, як і йонні оксиди, за звичайних умов є твердими речовинами. Вони повинні мати високі температури плав лення, але при помірному нагріванні майже всі основи розкладаються (на відповідний оксид і воду). Розплавити можна лиш е гідроксиди Натрію і К алію (температури плавлення сполук становлять відповідно 322 і 405 °С).

Більш ість основ не розчиняється у воді (мал. 20). Малорозчинними є гідроксиди М£(ОН)2, Са(ОН )2 і 8 г ( О Н ) 2, а добре розчинни ми — основи, утворені лужними елементами (Іл , Ма, К, КЬ, Сз), і сполука Ва(ОН)2.

Мал. 20. Осади основ, що утворилися під час хімічних реакцій у розчинах

Водорозчинні основи мають загальн у назву л у г и 1. Відомості про розчинність основ у воді можна знайти в таблиці, розміщеній на форза ці 2 підручника. Її називають таблицею роз чинності. Наводимо відповідний фрагмент цієї таблиці: Розчинність деяких основ у воді (при температурі 20— 25 °С)

хКатіони А н іо н \ ОН"

К+

м г “+

—

Са2+ Ва2+ Г е 2+ № 2+

Літерою *р » позначено розчинні основи (луги), «м » — малорозчинні, «н » — нерозчин ні. Риска * — » означає, що такої основи не існує. Луги та їхні розчини милкі на дотик, роз’ їда ють багато матеріалів, спричиняють серйоз ні опіки шкіри, слизових оболонок, сильно 1 Лугам и часто вважають також сполуки С а (О Н )2 і 8 г (О Н )2. З

Хімія, 8 кл.

Мал. 21. Застереження на етикетці банки з натрій гідроксидом

вражають очі (мал. 21). Тому іатрій гідроксид дістав у минулому назву «їдкій натр», а калій гідроксид — «їдкий к а лі». П>ацюючи з л у га ми та їхн ім и розчинами, (удьте особливо обережними. Якщо розчин лугу потрапив на руку, негайно змийте його ] Є Л И К О Ю к іл ь к і стю проточної води і зверніться за допомо гою до вчителя або лаборанті. Ви отримаєте від них розбавлений розчин іевної речовини (наприклад, оцтової кислоті), яким потріб но обробити ш кіру для знеш кодж ення залишків лугу. П ісля цього руку добре про мийте водою. Х ім іч н і властивості осшв. М ож ливість багатьох реакцій за участю осюв залежить від розчинності цих сполук у во,і,і. Луги в хім іч них перетвореннях значно ак'ивніші за нероз чинні основи, які, наприклід, із солями та деякими кислотами не реагурть. Д ія на індикатори. Розчіни лугів здатні змінювати забарвлення особливих речовин — індикаторів1. їх було спершу виявлено в де яких плодах і квітах. Нині використовують індикатори, які виготовляють на хім ічних заводах. Вони ефективніш за природні й краще зберігаються. До найважливіших індикіторів належать лакмус , фенолфталеїн, мепиловий оранже вий (скорочена назва — летилоранж), а також універсальний індикстор. Останній є сумішшю кількох речовин. Ця суміш, на від міну від окремих речовин-іідикаторів, зм і нює забарвлення не лише за іаявності лугу, а й залежно від його кількості з розчині. У хім ічних лабораторіях використовують водні розчини метилоранж} і лакмусу, водно-спиртовий розчин фенолфталеїну. Дуже зручний у вжитку так званий індикаторний папір. Це — спеціальний шпір, просочений

1Термін походить від латинського слова іпсіісо — вказую, визначаю.

Мал. 22. Універсальні індикаторні копірці

пдкмус

розчином індикатора, а потім висушении і нарізаний маленькими смужками. Найчасті ше користуються універсальними індикатор ними папірцями (м ал. 22 ). Існую ть також лакмусові папірці і папірці, просочені розчи ном фенолфталеїну. Зміна забарвлення індикатора (мал. 23) є наслідком його реакції з лугом . Рівняння таких реакцій не наводимо, оскільки форму ли індикаторів і продуктів їх хімічних пере творень досить складні. Н ерозчинні основи на індикатори не діють.

фенолфталеїн

метилоранж

універсальний

А я п .2 3 .

ІН Д И Н аТ° Р

іиоарвлення індикаторів у воді (а) та розчині лугу (б)

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 2

Дія розчину лугу на індикатори V пробірку з гранулою натрій гідроксиду налийте води (до «піновини об’ єму пробірки) і, перемішуючи скляною палич ним», розчиніть сполуку. Доторкніться паличкою, змоченою им готовленим розчином, до смужки універсального індикатор ного папірця. Щ о спостерігаєте? Розподіліть розчин лугу між трьома пробірками. В одну про бірку добавте 1— 2 краплі розчину лакмусу, в другу — стільки < розчину фенолфталеїну, а в третю — розчину метилоранжу. Мі з м і н ю є т ь с я забарвлення кожного індикатора? Пробірку з розчином лугу і фенолфталеїном збережіть для наступного Д О С Л ІД У . 67

Реакції з кислотними оксидами. Розчинні й нерозчинні основи взаємодіють зі сполука ми протилежного характеру, тобто такими, які мають кислотні властивості. Серед цих сполук — кислотні оксиди. Відповідні реакції було розглянуто в попередньому параграфі. Наводимо додаткові приклади:

2КОН + 80 3 - К 280 4 + Н 20; Са(ОН )2 + С0 2= СаС0 3+ Н 20. Реакції з кислотами. Під час взаємодії основи з кислотою сполуки обмінюються частинками, з яких складаються:

Ш О Н + НС1 = ШС1 + НОН (або Н 20).

Це — реакція обміну. З’ ясувати, чи залишився луг після добав ляння певної порції кислоти, можна, добавив ши до рідини 1— 2 краплі розчину фенолфта леїну. Якщо малиновий колір не з ’ явився, то луг повністю прореагував із кислотою. Приклад реакції нерозчинної основи з кислотою: Мп(ОН )2 + 2НІЧ03= М п (Ж >3)2 + 2Н 20. Реакцію між основою і кислотою називають реакцією нейтралізації.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № З

Взаємодія лугу з кислотою в розчині У пробірку з розчином натрій гідроксиду і фенолфталеїном із досліду 2 добавляйте по краплях за допомогою піпетки роз чин сульфатної кислоти, поки не зникне забарвлення індика тора. Вміст пробірки періодично перемішуйте скляною палич кою або струшуванням. Чому розчин знебарвився? Напишіть відповідне хімічне рівняння. 68

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 4

Взаємодія нерозчинної основи з розчином кислоти У пробірку з осадом купрум(ІІ) гідроксиду 1 повільно добавимите розчин сульфатної кислоти до повного розчинення спо•іуки. Якого кольору набуває рідина? Складіть відповідне хімічне рівняння.

Реакції нейтралізації часто використовують для очищення стічних вод промислових підприємств від лугів або кислот. Продукти таких реакцій — солі — безпечніші для навколишнього середо вища. Дуже ефективною й економічно вигідною є взаємна нейтралізація лужних і кислотних сто ків різних виробництв. Реакції лугів із солями. Це — реакції обмі ну. Вони відбуваються в розчині, причому вихідна сіль має бути розчинною сполукою, а нова основа чи нова сіль — нерозчинною.

З ’ ясуємо можливість реакції між натрій гідроксидом і м анган(ІІ) нітратом. Скори стаємося таблицею розчинності (наводимо її фрагмент):

Я к бачимо, сіль Мп(>Ю 3)2 розчиняється у воді. Щ об реакція відбулася, вихідні речови ни — луг МаОН і сіль М п(Ж )3)2 — мають обмі нятися своїми йонами з утворенням нерозчин ної сполуки. За таблицею встановлюємо, що такою сполукою є нова основа М п(ОН)2, а нова

І Іробірку зі сполукою ви отримаєте від учителя.

сіль КаІМОд розчиняється у воді. Отже, реак ція між натрій гідроксидом і манган(ІІ) нітра том можлива: 2Ш ОН + М п(Ж )з )2 = Мп(ОН)2і + 2МаЖ>3. ► Чи можуть взаємодіяти барій гідроксид і калій карбонат у розчині? У разі позитивної відповіді напишіть відповідне хімічне рів няння. Термічний розклад. Майже всі основи (крім гідроксидів Натрію і К алію ) при нагріванні розкладаються на відповідний оксид і воду (водяну пару):

Ге(ОН )2= ГеО 4- Н 2ОТ.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 5

Розклад нерозчинної основи при нагріванні Пробірку з осадом купрум(ІІ) гідроксиду 1затисніть у пробіркотримачі. Вміст пробірки обережно нагрійте в полум’ї спир тівки, але не до кипіння. Як змінюється колір твердої речови ни? Дайте необхідні пояснення. Напишіть рівняння реакції термічного розкладу купрум (ІІ) гідроксиду.

Дорослим відома рідина під назвою «нашатир ний спирт». Це — водний розчин газу аміаку N 4^ його використовують як лікарський засіб. У нашатирному спирті міститься незвичайна за своїм складом основа. Її формула — /УН40Н, а хімічна назва — амоній гідроксид. Сполука утво рюється в результаті реакції Л/Н3 + Н20 <± Л/Н40Н,

в яку вступає невелика частина розчиненого амі аку, й водночас розкладається на вихідні речови1П робірку зі сполукою ви отримаєте від учителя.

ни. На це вказує знак у хімічному рівнянні. Амоній гідроксид подібно до лугів (ІЧаОН, КОН тощо) змінює забарвлення індикаторів, взаємо діє з кислотними оксидами, кислотами, солями: 2NН40Н + С02 = (Л/Н*)2С03 + Н20; амоній карбонат

NН4ОН + НСІ = NН4СI + Н20; амоній хлорид

2NН4ОН + РЬ№Оз)2 = РЬ(0Н)2і + 2NН4N03.

Окпма 2.

амоній нітрат

Х ім іч н і НІІІІСТИВО СТІ

Викладений матеріал підсумовує схема 2.

ІИ І І О В

ОСНОВИ Луги

Нерозчинні основи

розкладаються при нагріванні

ДІЮТЬ

н.і індикатори кислотами кислотними оксидами

Використання основ. Широкого засто сування серед основ набули лише луги, перед усім гідроксиди Кальцію і Натрію. Вам відо мо, що речовина під назвою «гашене вапно» є кальцій гідроксидом Са(ОН)2. Гашене вапно використовують як в’ яжучий матеріал у будів ництві. Його змішують із піском і водою. Виго товлену суміш наносять на цеглу, штукатурять нею стіни. Внаслідок реакцій основи з вуглеки слим газом і силіцій(ІУ) оксидом суміш твер дне. Кальцій гідроксид також застосовують у цукровій промисловості, сільському господар стві, при виготовленні зубних паст, добуванні багатьох важливих речовин. Натрій гідроксид використовують при виробництві мила (здій снюють реакції лугу із жирами), ліків, у шкіря ній промисловості, для очистки нафти тощо. 71

висновки Основи — тверді речовини йонної будови. Більшість основ не розчиняється у воді. Водороз чинні основи називають лугами. Луги змінюють забарвлення особливих речовин — індикаторів. Основи взаємодіють із кислотними оксидами і кислотами з утворенням солей і води. Луги реагу ють також із солями; продукти кожної реакції — інші основа і сіль. Нерозчинні основи розклада ються при нагріванні на відповідні оксиди і воду. Реакцію між основою і кислотою називають реакцією нейтралізації. На практиці використовують переважно гідроксиди Кальцію і Натрію.

9■ 99. Охарактеризуйте фізичні властивості основ. Що таке луг? 100. Які речовини називають індикаторами? Як вони змінюють своє забарвлення за наявності лугу? 101. Наведіть приклади реакцій обміну, розкладу, нейтралізації за участю основ. 102. Допишіть схеми реакцій і складіть хімічні рівняння: а) КОН + М20 5 -> б) Мб(0Н )2 + 503 -> № 0Н + Н25 -> Са(0Н )2 + Н 3Р04 -> Ва(0Н )2 + К2304 - » Мі(0Н)2 + НМ03 - »

и о н + і\іісі2->

ві(он)34

103. Напишіть рівняння реакцій (якщо вони можливі) між основами (у лівому стовпчику) і солями (у правому стовпчику): калій гідроксид кальцій карбонат манган(ІІ) гідроксид ферум(ІІ) нітрат барій гідроксид натрій сульфат 104. За допомогою яких реакцій можна здійснити перетворення, позначені стрілками: а) У 20 —►йон —> І_і2304; б) Са(0Н )2 -> СаО - » СаВг2? Напишіть відповідні хімічні рівняння. 105. Яка кількість речовини магній гідроксиду вступає в реакцію із 12,6 г нітратної кислоти? 72

106. Обчисліть масу ферум(ІІ) гідроксиду, що утворюється при взає модії 0,05 моль натрій гідроксиду з достатньою кількістю ферум(ІІ) сульфату. 107. Який об’єм сірчистого газу (н. у.) необхідний для повного осадження йонів Барію (у складі нерозчинної солі) із розчину, що містить 34,2 г барій гідроксиду? 108. Яка маса осаду утвориться в результаті взаємодії 22,4 г калій гідроксиду з достатньою кількістю манган(ІІ) хлориду? 109. На нейтралізацію 25,1 г суміші гідроксидів Натрію і Барію витратилося 25,2 г нітратної кислоти. Визначте масову частку натрій гідроксиду у вихідній суміші.

Властивості та використання кислот Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати фізичні властивості кислот; > засвоїти хімічні властивості кислот; > прогнозувати можливість реакції кислоти з металом; > з'ясувати сфери використання кислот.

Мал. 24. Розчинення сульфатної кислоти у воді

Фізичні властивості кислот. М олекуляр на будова кислот зумовлює їхн і фізичні властивості. М олекули в кислоті притягу ються одна до одної слабко (на відміну від протилежно заряджених йонів в основно му оксиді чи основі). Тому кислоти мають низькі температури плавлення, майже всі за звичайних умов є рідинами. Вони роз чиняються у воді (крім кислоти Н 28 і 0 3), у багатьох випадках — необмежено, тобто змішуються з нею в будь-яких співвідно шеннях з утворенням розчинів. При роз чиненні деяких кислот виділяється знач на кількість теплоти (мал. 24). Вам відомо, що безоксигенові кислоти є вод ними розчинами газів — сполук деяких неметалічних елементів із Гідрогеном (наприклад, 73

НС1, Н 28 ). Ц і гази виділяються зі своїх розчи нів навіть за звичайних умов. Леткою, тобто такою, що переходить у газуватий стан за помірного нагрівання, є нітратна кислота Н Ж )3, а також кілька інших. Леткі кислоти мають запах. Ортофосфатна кислота Н 3Р 0 4, ортоборатна (борна) Н 3В 03, метасилікатна Н 28 Ю3 — тверді речовини. Вони, а також сульфатна кислота Н 28 0 4, є нелеткими.

Карбонатна і сульфітна кислоти існують лише у водному розчині. Відповідні оксиди взаємоді ють із водою неповною мірою, а кислоти, що утворюються, частково розкладаються на окси ди і воду: С02 + Н20 <± Н2С03; 302 + Н20 <± Н^Оз.

Б ільш ість кислот — токсичні речовини. Вони спричиняють серйозні отруєння, опіки шкіри. Тому працювати з кислотами треба дуже обережно, дотримуючись правил техні ки безпеки. При потраплянні розчину кисло ти на руку слід змити його проточною водою, потім обробити шкіру розбавленим розчином соди (для знешкодження залишків кислоти). Насамкінець руку добре промийте водою. Х ім ічн і властивості кислот. Здатність кислот реагувати з іншими речовинами знач ною мірою залежить від їх стійкості, леткості, розчинності у воді. На це звертатимемо увагу, розглядаючи хімічні властивості кислот. Дія на індикатори. Кислоти у водних роз чинах змінюють забарвлення індикаторів (мал. 25), але не всіх і не так, як луги. ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 6

Дія розчину кислоти на індикатори У три пробірки налийте по 1— 2 мл розчину сульфатної кислоти. У будь-якій пробірці змочіть скляну паличку розчи74

г Мал. 25. Забарвлення індикаторів V воді (а) іа розчині кислоти (б)

лакмус

метилоранж

універсальний індикатор

пом кислоти й доторкніться нею до смужки універсального індикаторного папірця. Як змінюється колір індикатора? В одну пробірку з розчином кислоти добавте 1— 2 краплі роз чину лакмусу, у другу — стільки ж розчину фенолфталеїну, а її третю — метилоранжу. Щ о спостерігаєте? Яким індикатором не можна виявити кислоту? Реакції з металами. Більш ість відо

мих вам кислот реагує з металами з виділенням водню й утворенням солей (мал. 26). Серед них — усі безоксигенові кислоти, сульфатна (у розбавленому роз чині): 2А1 + 6НС1 = 2А1С13 + ЗН 2Т ; Мал. 26. Реакція алюмінієвої монети (2 коп. випуску 1992 р.) із хлоридною кислотою

2п + Н 28 0 4 (розб.) = 2п804 + Н 2Т. Під час таких реакцій атоми металіч ного елемента, які містяться в простій речовині, заміщують атоми іншого еле мента (Гідрогену) у складній речовині.

Реакц ію м іж простою і склад ною речовинам и, в результаті я к о ї утворю ю ться нові проста і ск лад н а речовини, називають реакцією заміщення. Зі щойно вказаними кислотами взаємоді ють не всі метали. Передбачити можливість реакції між металом і кислотою можна за допомогою ряду активності металів. Його 75

склав у 1865 р. вітчизняний хімік М. М. Бекетов на підставі вивчення реакцій металів із кисло тами і солями. Наводимо частину цього ряду в сучасному вигляді (див. також форзац 2): І л К Ва Са N 3 М £ А1 М п Сг 2п Ге Сд Ш 8п РЬ (Н 2) Си А& Р і А и

-------------------------------------------------------------------------------------хімічна активність металів зростає

Ф орм ула неметалу водню поділяє ряд на дві частини. Метали, розміщені в його лівій частині, взаємодіють із названими вище кислотами (при цьому виділяється водень), а розміщені праворуч — не реагують із ними (мал. 27): А£ + НСіу>

Си + Н 28 0 4(розб.) -Д

Мал. 27. Відношення металів до розбавленого розчину сульфатної кислоти

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 7

Відношення міді, заліза і магнію до хлоридної кислоти Візьміть три пробірки. У першу пробірку помістіть 2— 3 кусоч ки мідної дротини, у другу — чистий залізний цвях, а у третю — трохи порошку чи стружки магнію. Дослідіть відношення кож ного металу до розбавленої хлоридної кислоти. У разі відсутності взаємодії (виділення газу) вміст пробірки нагрійте, але не до кипіння. Який метал реагує з кислотою найактивніше? У якій пробір ці реакція не відбувається навіть при нагріванні? Чи узгоджу ються результати досліду із розміщенням міді, заліза і магнію в ряду активності металів? Складіть рівняння реакцій. Зважте на те, що Ферум у сполу ці, яка утворюється, є двовалентним. 76

Микола Миколайович Бекетов

(1827— 1911) Видатний російський і український хімік, акаде мік Петербурзької академії наук. Дослідив реак ції солей у водних розчинах з металами і воднем. Запропонував витискувальний ряд, або ряд активності металів (1865). Дав близьке до сучас ного формулювання закону діючих мас. Відкрив і описав металотермію — один із методів добуван ня металів. Проводив термохімічні дослідження. Сприяв становленню фізичної хімії — однієї з найважливіших хімічних наук. Працював профе сором у Харківському університеті (1855— 1887), вперше читав курс лекцій з фізичної хімії як самостійної наукової дисципліни. Був прези дентом Російського фізико-хімічного товариства. Під час реакцій нітратної, а також кон центрованого розчину сульфатної кисло ти 1з металами замість водню утворюють ся інші речовини (мал. 28). Такі реакції розглядатимуться в 9 класі. Реакції з основними оксидами та основами. Характерною властивістю всіх

кислот є здатність взаємодіяти зі сполу ками протилежного типу — основними оксидами й основами. Продуктами кож ної реакції є сіль і вода. Ц і хімічні пере творення було розглянуто в попередніх параграфах. Приклади відповідних хімічних рівнянь:

Мал. 28. Реакція міді з нітратною кислотою

Іл 20 + 2НС1 = 2ІЛС1 + Н 20; Са(ОН )2 + 2 Н Ш 3 = Са(Ж )3)2 + 2НаО. Реакції із солями. Реакції кислот із солями належать до реакцій обміну. Не всі вони є можливими. Назвемо випадки, коли ці реак ції відбуваються (мал. 29).

• Продукт реакції сіль або кислота випадає в осад (це з’ясовуємо за таблицею розчинності):

1Концентрований розчин містить значно більш е кислоти, ніж води.

Мал. 29. Реакції кислот із солями

ВаС12+ Н 28 0 4 = Ва804І + 2НС1; Ма28 Ю3 + 2 Н Ж )3 = 2Ка>ГО3+ Н 28 Ю3І . • Кислота-продукт є леткою чи походить від газуватої сполуки або розкладається з утворенням газу: 2 К Г (тв.) + Н 28 0 4 (конц.) = К 28 0 4 4- 2НГТ; СаС0 3 + 2НС1 = СаС12 + Н 2С 03. С02Т

Н 20

(Скорочення «т в .» означає «тверда речови н а», а «к он ц .» — «концентрований розчин».) • Кислота, що вступає в реакцію, є си ль ною, а кислота, яка утворюється, — слаб кою. Прикладами можуть слугувати три останні реакції. Т ер м іч н и й розк лад ок сиген овм існ их кислот . О ксигеновм існі кислоти під час

нагрівання, а карбонатна і сульфітна за зви чайних умов розкладаю ться з утворенням відповідних кислотних оксидів і води: Н 28 і0 3 = 8 і0 2 + Н 20; Н 28 0 3 8 0 2Т + Н 20. Одним із продуктів розкладу сульф атної кислоти при помірному нагріванні є сульф ур (У І) оксид, а при сильном у нагріванні цей оксид сам починає розкладатися:

Н2804 = 803Т + Н20Т. У

802 78

Реакція термічного розкладу нітратної кислоти має певну особливість. Ця сполука відразу розкладається на три речовини — нітроген(ІУ) оксид, кисень і воду (оксид К 20 5, який відповідає нітратній кислоті, надто нестійкий): нж >з 4 ( И А ) + н 2о . / \ ічо2Т о 2Т

Схема 3. Хімічні властивості кислот

► Складіть схему останньої реакції, записав ши в ній кінцеві продукти, й перетворіть її на хімічне рівняння. Викладений матеріал підсумовує схема 3.

Використання кислот. Найбільше застосо вують сульфатну, хлоридну, нітратну й ортофосфатну кислоти (табл. 4). їх добувають на хімічних заводах у великій кількості. Таблиця 4

Використання кислот Кислота Н2804 неї

Галузь використання Виробництво інших кислот, солей, добрив, барвників, ліків, очищення нафтопродуктів Виробництво солей, фарб, ліків

Н Ж )3

Виробництво добрив, вибухових речовин, барвників

Н 3Р0 4

Виробництво добрив, мийних засобів Мабуть, у кожній сім ’ї в домашньому госпо дарстві є оцет. Це — розбавлений водний роз чин оцтової кислоти СНдСООН. (Підготуйте 79

розповідь про те, для чого використовують оцет.) У побуті, повсякденному житті трапля ються й інші кислоти. Лимонна кислота є хар човим продуктом, консервантом, аскорбінова кислота — вітаміном С. (Оцтова, лимонна й аскорбінова кислоти є органічними сполука ми.) Розчин борної кислоти застосовують як дезінфікуючий засіб, а розчин сульфатної кислоти заливають в акумулятори автомобілів.

ВИ СН О ВКИ Кислоти — молекулярні речовини, розчинні у воді. Вони змінюють забарвлення індикаторів, але не так, як луги. Кислоти взаємодіють із більшістю металів з виділенням водню й утворенням солей. Такі реакції називають реакціями заміщення. Можливість їх перебігу визначають за допомо гою ряду активності металів. Кислоти реагують з основними оксидами й основами з утворенням солей і води, а також із солями (продукти реакції — інші кислота і сіль). Оксигеновмісні кислоти розкладаються при нагріванні. Кислоти широко використовують у різних сферах.

О я 110. Назвіть характерні фізичні властивості кислот. Чим вони зумов лені? 111. Чи можна розрізнити за допомогою лакмусу, фенолфталеїну, універсального індикатора розчини кислоти і лугу? Якщо так, то як саме? 112. Допишіть схеми реакцій і складіть хімічні рівняння: а) М§ + НВг - » б) 1_і20 + Н2304 - » ВаО + НМ03 - » Ре(0Н)2 + НІ\Ю3 -> № 0Н + Н23 К25і0 3 + Н3Р04 -> 80

113. Замість крапок напишіть формули кислот-реагентів, продуктів реакцій і перетворіть схеми на хімічні рівняння: а) Ге + ... - » РеСІ2 + ...; б) А! + ... -> АІ2(5 0 4)з + . . . ; 1_і20 + ... —> І_ізР04 + ... і

114.

11$.

116.

117. 118.

119.

С г(О Н )2 + ... —^ С г5 0 4 + ... ;

КОН + ... -> КМ03 + . . . ; АбІЧ03 + ... -> А£І + . . . . Напишіть рівняння реакцій (якщо вони відбуваються) між роз бавленою сульфатною кислотою і такими речовинами: а) цинк; г) барій гідроксид; б) срібло; ґ) фторидна кислота; в) карбон(І\/) оксид; д) плюмбум(ІІ) нітрат. Для кожного перетворення напишіть по два хімічні рівняння: а) НСІ -> СаСІ2; б) Н23 К2 3; в) Н3 Р0 4 —> Ва 3 (Р04)2. Щоб здійснити реакцію між натрій хлоридом і сульфатною кислотою, до твердої солі додають чисту кислоту і суміш нагріва ють. Поясніть, чому не використовують розчини цих сполук і для чого необхідне нагрівання. Яка маса сульфатної кислоти потрібна для нейтралізації 8 г нат рій гідроксиду? Внаслідок реакції достатньої кількості хлоридної кислоти із 10 г суміші порошків срібла і цинку виділилося 0,7 л водню (н. у.). Обчисліть масову частку срібла в суміші. Під час розкладу нітратної кислоти виділилося 11,2 л суміші газів (н. у.). Визначте масу кислоти, що розклалася.

ЕКСПЕРИМЕНТУЄМО ВДОМА

Природні індикатори Приготування розчинів забарвлених речовин, які містяться в рослинах

Сподіваємося, що ви уважно прочитали перші сторінки підручника і на початку вересня насушили трохи кольорових пелюсток квітів і по кілька різних ягід. Приготуйте відвари кожної рослини. Для цього візьміть термо стійку скляну або емальовану посудину, помістіть у неї висушені пелюстки квітів або ягоди, долийте невелику кількість води і про кип’ятіть суміш протягом кількох хвилин. Після охолодження кожну рідину відфільтруйте. Приготуйте також невеликі порції соків буряка, темного виногра ду, червонокачанної капусти.

У чашку засипте 1/3 чайної ложки чорного або зеленого чаю і залийте кип’ятком. Після охолодження розчин відфільтруйте або злийте з чайного листя. Вивчення д ії різних речовин на виготовлені розчини

У три склянки налийте по невеликій порції виготовленого відвару чи соку рослини. У першу склянку добавте трохи розчину кальцино ваної (або питної) соди1, у другу — розчину оцтової кислоти (столово го оцту), а третю залиште для порівняння. Замість розчину соди можна взяти нашатирний спирт, а замість оцту — розчин лимонної кислоти або сік лимона. Запишіть у таблицю забарвлення рослинних розчинів у кожній склянці і висновки про те, які з них є природними індикаторами. Назва виготов леного розчину

Забарвлення виготовленого розчину без сторонньої речовини

за наявності соди (нашатирного спирту)

Висновок

за наявності оцтової (лимонної) кислоти

Відвар С ік ... Чай ... Виявлення лугів і кислот у деяких рідинах

Використовуючи природні індикатори, дослідіть розчини цукру, солі, господарського мила, прального порошку, а також сироватку, слабко забарвлені фруктові соки на наявність у них лугів або кислот. Результати експерименту занесіть до таблиці. Досліджувана рідина

Забарвлення природного індикатора У рідині

Висновок щодо наявності лугу або кислоти в рідині

1У розчині соди утворюється невелика кількість лугу.

А 4% Амфотерні оксиди та гідроксиди Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати хімічний характер амфотерних оксидів і гідроксидів; > складати формули продуктів реакцій амфотер них сполук із кислотами, основами, оксидами. Деякі оксиди та гідроксиди металічних еле ментів залежно від того, з якими речовинами вони реагують, виявляють основні або кислот ні властивості. вдатність сполуки виявляти основні та кислотні в лас тивості називають ам ф от ерн іст ю 1, а саму сполуку — амфотерною. Наводимо формули найважливіших амфо терних сполук: 2пО 2п(ОН )2 РЬО РЬ(ОН )2 оксиди 8 пО гідроксиди 8 п(ОН )2 А120 3 А1(ОН )3 Сг20 3 Сг(ОН )3 Ге 20 3 Ге(ОН )3 За фізичними властивостями амфотерні оксиди схожі на основні оксиди, а амфотерні гідроксиди — на нерозчинні основи. Амфотерні сполуки взаємодіють із кислота ми і лугами, з кислотними та основними окси дами. Розглянем о ці хім ічні перетворення докладно. Цинк оксид реагує з кислотою як основний оксид, а цинк гідроксид — як основа: 2пО + 2НС1 = 2пС12 + Н 20;

1Термін походить від грецького слова ашрЬоІегоз — і той, і інш ий.

2 п (О Н )2 +

2НС1 = 2пС12 + 2Н 20.

Продукт реакції (с іль 2пС12), під час якої амфотерна сполука виявила основні властиво сті, містить катіони металічного елемента ( 2 п2+). Якщо замість кислоти взяти луг, то цинк оксид поводитиметься як кислотний оксид, а цинк гідроксид — як кислота. Рівняння реакції цинк гідроксиду з натрій гідроксидом: 2п(ОН )2 + 2НаОН = К а 22п0 2 + 2НгО. Для того щоб формула солі, яка утворюєть ся, була вам зрозумілою , змінимо порядок запису елементів у формулі цинк гідроксиду на загальноприйнятий для кислот: Н 22п0 2 + 2Ш О Н = К а 22п0 2 + 2Н 20. натрій цинкат

Ця сіль є продуктом аналогічної реакції за участю цинк оксиду: 2пО + 2ИаОН = К а 22п0 2 + Н 20. Натрій цинкат, який утворився внаслідок виявлення оксидом або гідроксидом Цинку кислотних властивостей, містить цей металіч ний елемент у складі аніона ( 2 пО|~). ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 8

Реакції цинк гідроксиду із сульфатною кислотою і натрій гідроксидом Попередньо добудьте невелику кількість цинк гідроксиду. Д ля цього налийте у пробірку трохи розчину цинк сульфату (або цинк хлориду) і добавте кілька крапель розчину натрій гідроксиду. Що відбувається? Яка речовина випала в осад? Напишіть рівняння реакції. Ретельно перемішайте вміст пробірки та вилийте приблизно половину розчину з осадом в іншу пробірку. Добавте до однієї порції суміші, що містить цинк гідроксид, трохи розчину суль фатної кислоти, а до другої — розчину натрій гідроксиду. Щ о спостерігаєте? Які властивості виявив цинк гідроксид, прореагувавши з кислотою, із лугом? 84

Якщ о в реакції з лугом бере участь амфо терний оксид (або гідроксид) тривалентного елемента, то м ож ливі два варіанти їхн ьої взаємодії. Розглянемо реакції між алюміній оксидом і калій гідроксидом. Продуктом однієї реакції між цими сполуками є сіль, яка походить від алю міній гідроксиду А 1(0Н )3 як кислоти (Н 3АЮ 3). Формула солі — К 3АЮ 3: А120 3 + 6КОН = 2К 3АЮ 3 + ЗН 20.

(1)

калій ортоалюмінат

Продукт інш ої реакції — сіль простішого складу. Виведемо її формулу, спочатку з ’ясу вавши, якою є формула відповідної «кислоти» (насправді — амфотерної сполуки). Д ля цього складаємо разом усі атоми у формулах алюмі ній оксиду і води і в отриманій формулі змен шимо індекси удвічі: А120 3 ч ) [ Н 2А120 4]=>Н А 1 0 2. н 2о / Тепер замінюємо у формулі кислоти символ Гідрогену на символ Калію: НА10 2=> КА102. Відповідне хімічне рівняння: А120 3 + 2КОН = 2КА10 2 + Н 20.

(2)

калій метаалюмінат

Цікаво знати Алюмінати Кальцію є складовими цементу.

Зіставивши коефіцієнти перед формулами реагентів у рівняннях ( 1) і ( 2 ), бачимо, що ортоалюмінат утворюється при добавлянні до алю м іній оксиду утричі більш ої к ільк ості лугу. Такі самі солі є продуктами аналогічних реакцій за участю алюміній гідроксиду: А1(ОН )3 + ЗКОН = К 3АЮ 3 + ЗН 20; А1(ОН )3 + КОН = КА10 2 + 2Н 20. На малюнку ЗО показано результат досліду, який підтверджує амфотерність х р о м (ІІІ) гідроксиду Сг(ОН)3. 85

Мал. ЗО. Результат взаємодії хром(ІІІ) гідроксиду: а — із хлоридною кислотою; б — із розчином натрій гідроксиду

► Складіть рівняння реакцій хром (ІІІ) гідрок сиду із хлоридною кислотою і натрій гідроксидом. Амфотерні сполуки взаємодіють (здебіль шого при нагріванні) з основними та кислот ними оксидами з утворенням солей: А120 3 4- ЗМа20 = 2Ма3А103; 2 А 1 (О Н )3 + К а 20 = 2 М аА 102 + З Н 20 ;

2пО + 8 і0 2= 2п8Ю3. При нагріванні амфотерні гідроксиди, як і нерозчинні основи, розкладаються на відпо відні оксиди і воду: 2 п (О Н ) 2 = 2 п О + Н 2 0 .

Схема 4. Хімічні властивості амфотерних сполук

► Напишіть рівняння реакції термічного роз кладу алюміній гідроксиду. Викладений матеріал узагальнює схема 4.

АМФОТЕРНІ СПОЛУКИ Амфотерні оксиди

ґ реагують "V

з оксидами (основними, |-< кислотними) у із кислотами із лугами

Амфотерні гідроксиди

реагують

ґ розкладаються^ у^при нагріванні)

висновки Деякі оксиди та гідроксиди металічних еле ментів виявляють як основні, так і кислотні вла стивості. їх називають амфотерними сполуками. За фізичними властивостями амфотерні оксиди схожі на основні оксиди, а амфотерні гідроксиди — на нерозчинні основи. Амфотерні сполуки взаємодіють із кислотами і лугами, з кислотними та основними оксидами з утворенням солей. Амфотерні гідроксиди роз кладаються при нагріванні.

V І Я к і сполуки називають амфотерними? Назвіть кілька амфотер них оксидів і гідроксидів. І І . Допишіть схеми реакцій і складіть хімічні рівняння: а) 2п(0Н )2 + НГЮ 3 -> б) Ре(ОН) 3 + Н2304 - » 5п0 + МаОН —у

АІ2 О3 + СаО

РЬ(0Н ) 2 4 Сг(0Н)з 4 І .'2. Як можна розпізнати білі порошки гідроксидів Магнію та Цинку, використавши відмінності в їх хімічних властивостях? і .’З. Амфотерний гідроксид має відносну формульну масу 103. Що це за сполука? І .’4. Яка маса ферум(ІІІ) оксиду містить стільки йонів, скільки моле кул міститься в 1 1 г карбон(ІУ) оксиду? і .>5. Під час розкладу 39 г алюміній гідроксиду утворилося 20 г алю міній оксиду. Чи повністю розклалася сполука?

14 - їм

■

Властивості та використання солей Матеріал параграфа допоможе вам: з ’ясувати фізичні властивості солей; > засвоїти хімічні властивості солей; 87

> прогнозувати можливість реакції солі з металом; > з’ясувати сфери використання солей. Ф ізичні властивості солей. Солі, як і інші йонні сполуки, за звичайних умов є кристалічними речовинами. Вони зде більшого мають високі температури плав лення: КаСІ 801 °С; К 2804 1069 °С; Са8 Ю3 1544 °С.

Мал. 31. Осад плюмбум(ІІ) йодиду, що утворився після охолодження розчину сполуки

Мал. 32. Реакція між розчином плюмбум(ІІ) нітрату і цинком

ВЯнНЩІ , РЬ(ЦОзЬ 88

Частина солей розчиняється у воді, деякі є малорозчинними (мал. 31), а решта — нерозчинні. Відповідну інформацію вміще но в таблиці розчинності (див. форзац 2 підручника).

Утворення розчинів солей часто супроводжується тепловими ефектами. Наприклад, при розчиненні натрій карбонату виділяється невелика кількість теплоти і розчин трохи нагрівається. А під час при готування розчину натрій нітрату можна зафіксу вати незначне зниження температури. Лиш е одна сіль — натрій хлорид — має солоний смак. Багато інших розчинних солей гіркі, а солі Плю мбуму і Берилію солодкі, проте надзвичайно отруйні. Виявляючи смак різних солей, деякі алхіміки, напевно, попла тилися за це життям. Солі можуть по-різному впливати на росли ни, тварин, людину. Серед них є сполуки, що містять необхідні для рослин елементи. їх застосовують як добрива. А кухонну сіль ми щоденно вживаємо разом із їжею, щоб попов нити її запаси в організмі (ця сполука постійно виводиться з організму разом із потом і сечею). Хімічні властивості солей. Солі беруть участь у різноманітних реакціях із про стими і складними речовинами. Реакції з металами. Сіль у водному роз чині може реагувати з металом з утворен ням нової солі та іншого металу (мал. 32).

Часто кажуть, що один метал «витісняє» інший із розчину солі. Реакція відбувається, якщо метал-реагент активніший за метал-продукт, тобто знаходиться в ряду активності ліворуч від нього (форзац 2): Р Ь (Ж >3)2 + 2п = 2 п (Ш 3)2 + РЬ.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 9

Реакція між розчином купрум(ІІ) сульфату і залізом

У пробірку обережно помістіть чистий залізний цвях і налийте трохи розчину купрум (ІІ) сульфату. Щ о відбувається на поверхні металу? Чи змінюється з часом колір розчину? Складіть рівняння реакції. Візьміть до уваги, що один із її продуктів — сполука Ф ерум у(ІІ). Вивчаючи основи та кислоти, ви дізна лися про реакції цих сполук із солями. Крім того, солі також здатні взаємодіяти одна з одною. Всі згадані реакції належать до реакцій обміну. Реакції з лугами. Реакція між сіллю і лугом відбувається лиш е в розчині (нерозчинні солі з лугам и не взаємоді ють). Вона можлива, якщо один із її про дуктів — основа чи сіль — випадає в осад (мал. 33): Мал. 33.

Реакція між манган(ІІ)

хлоридом і натрій гідроксидом

МпС12+ 2МаОН = Мп(ОН) 2'і' + 2МаС1; К 28 0 4 + Ва(ОН )2 = 2КОН + Ва8044. Для прогнозування можливості таких реак цій використовують таблицю розчинності (форзац 2). ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 10

Реакція між купрум(ІІ) сульфатом і натрій гідроксидом у розчині Налийте в пробірку трохи розчину купрум (ІІ) сульфату (якого він кольору?) і добавте до нього при перемішуванні кіль89

ка крапель розчину натрій гідроксиду. Щ о спостерігаєте? Яка сполука осаджується? Якщо до розчину купрум (ІІ) сульфату добавити стільки розчину лугу, скільки потрібно для повного перетворення солі на купрум (ІІ) гідроксид, то після відстоювання розчин над осадом буде безбарвним. Він міститиме лише натрій суль фат (йони Иа+ і 80|~). Складіть рівняння реакції. Реакції з кислотами. С іль (як розчинна,

так і нерозчинна) може взаємодіяти з кисло тою з утворенням нової солі й нової кислоти. Такі реакції часто супроводжуються виділен ням осаду (мал. 34) або газу Си804 + Н 28 = Си8 І + Н 2804; Ее8 + Н 28 0 4 = Н 28Т + Ее804, але іноді залишаються непомітними: Ш Е + ІШОд = НЕ + К а Ж )3. Випадки, в яких реакція між сіллю і кисло тою є можливою, вказано в § 12 (с. 77— 78).

Мал. 34. Реакція між купрум(ІІ) сульфатом і сульфідною кислотою

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 11 Реакція між розчином натрій карбонату і сульфатною кислотою Налийте в пробірку трохи розчину натрій карбонату і добав те такий самий об’ єм розбавленого розчину сульфатної кисло ти. Щ о спостерігаєте? Який газ виділяється? Чому він утворюється? Складіть рівняння здійсненої реакції обміну, вказавши в ньому розклад одного із продуктів. 90

Реакції з іншими солями. Взаємодія між

двома солями відбувається лиш е в розчині (реагенти мають бути розчинними у воді) з утворенням двох нових солей. Реакція можлива, якщо один із її продуктів випа дає в осад (мал. 35), тобто є нерозчинним або малорозчинним. Приклади реакцій між двома солями: А £ ІЧ О з +

Ш С 1

А & С 1 І +

М а Ж ) 3;

ЗВаС12 + 2К 3Р 0 4 = Ва3(Р 0 4)2і + 6КС1.

Мал. 35. Реакція між плюмбум(ІІ) нітратом і калій йодидом ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 12

Реакція між натрій карбонатом і кальцій хлоридом у розчині Налийте в пробірку трохи розчину натрій карбонату і добавге до нього кілька крапель розчину кальцій хлориду. Щ о спо стерігаєте? Складіть рівняння реакції. Термічний розклад солей. Оксигеновмісні солі, утворені газуватими, леткими чи нестій кими оксидами, при нагріванні розкладають ся. Продуктами цих реакцій, як правило, є два відповідні оксиди:

Са803 = СаО + 8 0 2Т. Нітрати, як і нітратна кислота, походять від нітроген(У) оксиду М20 5. Однак під час нагрі вання нітратів нітроген(У) оксид не утворю ється через свою нестійкість: а і (К 0 3)34 а і 20 з +

№ о 5)‘.

ио2Т о2Т 1 Так розкладаються нітрати металічних елементів від М агнію до ІСупруму включно (див. ряд активності металів).

/ Солі лужних елементів або не розкладаються (карбонати, сульфати), або їхній розклад має певні особливості. Деякі з таких реакцій вико ристовують у лабораторії для добування кисню:

2МаЖ)3= 2КаЖ>2+ 02Т; 2КС103 === 2КС1 + 302Т ;

Схема 5. Хімічні властивості солей

2КМ п0 4 = К 2М п0 4 + М п0 2 + 0 2Т. Викладений матеріал підсумовує схема 5.

СОЛІ І

іг

( реагують )

розкладаються при нагріванні (оксигеновмісні)

з іншими солями (у розчинах)

Мал. 36. Продукція заводу мінеральних добрив 92

Використання солей. Багато солей має різ номанітне застосування. Натрій хлорид — важлива сировина в хімічній промисловості для добування хлору, хлоридної кислоти, нат рій гідроксиду, соди. Ця сполука незамінна під час приготування їжі, консервування. Хлорид, сульфат, нітрат Калію, фосфати Кальцію, деякі інші солі є мінеральними добривами (мал. 36). Кальцій карбонат у вигляді каменю вапняку використовують у будівництві, а на заводах із нього вироб ляю ть вапно. На основі штучно добутої солі виготовляють зубну пасту. У ш колі пишуть на дошці крейдою, а це — також кальцій карбонат. Кальцій сульфат (гіпс) застосовують у будівництві та медицині. Простим засобом для миття і чищення посуду, предметів домашнього вжитку, пом’ якшення води перед пранням є кальцино вана сода, або натрій карбонат. Кальциновану соду разом із крейдою або вапняком викори стовують для виробництва скла.

висновки Солі — йонні речовини. Вони мають високі температури плавлення, різну розчинність у воді. Солі взаємодіють з металами з утворенням іншої солі та іншого металу. Такі реакції відбу ваються, якщо метал-реагент активніший за метал-продукт (це визначають за рядом актив ності металів). Солі вступають у реакції обміну з лугами, кислотами, іншими солями. Деякі оксигено вмісні солі при нагріванні розкладаються на відповідні оксиди. Багато солей використовують на практиці.

Охарактеризуйте фізичні властивості солей. Наведіть приклади розчинних, малорозчинних і нерозчинних у воді солей. І .*І. Допишіть схеми реакцій і складіть хімічні рівняння: а) Н£504 + Мб -► 6) РЬ(М03)2 + Н2504 5г303 + НВг —у К 3Р0 4 + СаСІ2 —■^ Сг304 + КОН - » М§503 4 І / 8. Замість крапок напишіть формули солей і перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння: а ) ... + Мп - » ... + Си; ... + НІ -> ...і + НМ03; ... + Н2504 —> + С02Т + Н 20; б) ... + Ва(0Н )2 -> Ре(0Н)2І + ...; РЬ(І\Ю3)2 + РЬС03і + ...; ... - > 2 п 0 + И0 2Т + 02Т. І 29. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійсни ти такі перетворення: а) К2304 -> КСІ - » КІЧ03; б) АІСІ3 -> АІР0 4 -> АІ2(504)3 -> АІ(М03)3; в) 2пСІ2 —у 2пС0 3 —►2п0 —> 2п(1\103)2 —►2п(0Н )2 —> К22п02. I ЗО. Напишіть рівняння реакцій (якщо вони відбуваються) між таки ми сполуками: а) калій силікатом і нітратною кислотою; б) натрій сульфатом і магній нітратом; 93

131. 132. 133.

134.

в) купрум(ІІ) хлоридом і барій сульфатом; г) хром(ІІІ) сульфатом і натрій гідроксидом; ґ) калій сульфідом і меркурій(ІІ) нітратом. Яку максимальну масу ферум(ІІІ) фториду можна добути із 4,84 г ферум(ІІІ) нітрату? Як би ви здійснили такий експеримент? Чи вистачить 13 г цинкового порошку для повного перетворен ня З З Д г плюмбум(ІІ) нітрату на свинець? Після занурення залізної пластинки у розчин купрум(ІІ) сульфа ту її маса збільшилася на 0,8 г. Обчисліть масу міді, що виділи лася на пластинці. Зважте на те, що в результаті реакції утво рюється розчинна сіль — ферум(ІІ) сульфат. У результаті нагрівання 28,7 г суміші нітратів Натрію і Калію добули 3,36 л кисню (н. у.). Які маси солей були у вихідній суміші? \

для допитливих

Кислі солі Ви знаєте, що під час реакції кислоти з лугом атоми Гідрогену кож ної молекули кислоти «замінюються» на атоми (точніше на йони) металічного елемента: Н2504 + 2І\ІаОН = № 2504 + 2Н 20; Н3Р04 + ЗКОН = К3Р04 + ЗН 20. А чи можливо, щоб у молекулі багатоосновної кислоти відбулася заміна лише частини атомів Гідрогену? Так. У результаті відповідних реакцій утворюються так звані кислі солі: Н2504 + ИаОН = № Н 504 + Н20; Н 3Р04 + КОН = КН 2Р04 + Н20; Н3Р04 + 2К0Н = К2НР0 4 + 2Н 20. Кислі солі Са(НС0 3)2 і М£(НС03)2 містяться в розчиненому стані у прісній воді. При її кип’ятінні сполуки розкладаються Са(НС0 3)2 = СаС03! + С02Т + Н 20; Мб(НС0 3)2 = М£С0 3і + С02Т + Н20 і на стінках посудини утворюється накип — суміш карбонатів СаС0 3 і М£С03. Кислі солі Кальцію й ортофосфатної кислоти СаНР0 4і Са(Н2Р04)2ста новлять основу фосфорних добрив — преципітату і суперфосфату від повідно. Кисла сіль Натрію і карбонатної кислоти № НС0 3 відома кож ній домогосподарці; це — питна (харчова) сода (мал. 37).

Мал. 37. Дві соди: а — кальцинована (Ма2С03); б — питна, або харчова (N314003)

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 1

Дослідження властивостей найважливіших класів неорганічних сполук ВАРІАНТ І

Дослідження хімічних властивостей хлоридної кислоти ДОСЛІД 1

Дія хлоридної кислоти на індикатор За допомогою піпетки або скляної палички нанесіть краплю розбавленої хлоридної кислоти на універсальний індикаторний папірець. Як змінюється його забарвлення? ДОСЛІД 2

Реакція хлоридної кислоти з металом У пробірку обережно помістіть гранулу цинку і долийте 1 мл розбавленої хлоридної кислоти. Вміст пробірки можна трохи підігріти. Щ о спостерігаєте? ДОСЛІД З

Реакція хлоридної кислоти з основним (амфотерним) оксидом У пробірку насипте трохи кальцій оксиду (ферум(ІІІ) окси ду) й долийте 1 мл розбавленої хлоридної кислоти. (Д ля при скорення реакції пробірку з амфотерним оксидом і кислотою можна підігріти, але не до кипіння розчину.) Які зміни відбу ваються з речовинами? 95

ДОСЛІД 4

Реакція хлоридної кислоти з лугом1 Налийте в пробірку 1 мл розбавленої хлоридної кислоти і добавте 1— 2 краплі розчину фенолфталеїну. Добавляйте по краплях при перемішуванні розчин натрій гідроксиду до появи малинового забарвлення. Про що це свідчить? ДОСЛІД 5

Реакція хлоридної кислоти із сіллю Налийте в пробірку 1— 2 мл розчину натрій карбонату2 і добавте 1— 2 мл розбавленої хлоридної кислоти. Щ о спостері гаєте? ВАРІАНТ II

Дослідження властивостей нікель(ІІ) сульфату ДОСЛІД 1

Дослідження фізичних властивостей нікель(ІІ) сульфату Уважно розгляньте видану вам тверду речовину та опишіть її. Вкажіть характер часточок сполуки (кристалики, порошок, кусочки довільної форми). З ’ясуйте, чи розчиняється н ік ель(ІІ) сульфат у воді. Для цього у невелику склянку з водою насипте приблизно 1/4 чай ної ложки сполуки і перемішайте суміш скляною паличкою. Який результат досліду? Чи узгоджується він із даними, наве деними в таблиці розчинності? Виготовлений розчин солі розподіліть по чотирьох пробір ках. ДОСЛІД 2

Реакція нікель(ІІ) сульфату з металом У пробірку з розчином н ік ель(ІІ) сульфату помістіть грану л у цинку. Нагрівайте вміст пробірки протягом 1— 2 хв., але 1 Д ля досліду замість лугу мож на взяти нерозчинну основу або амфотерний гідроксид (їх необхідно добути за реакцією відповідної солі з лугом ). У цьому разі до гідроксиду добавляють кислоту, а інди катор не потрібен. 2 Ц ей розчин можна замінити розчином натрій силікату.

н<‘ до кипіння. Чи змінюється поверхня металу, забарвлення розчину? ДОСЛІД З

Реакція нікель(ІІ) сульфату з лугом В іншу пробірку з розчином н ікель(ІІ) сульфату добавте такий самий об’єм розчину лугу. Які зміни помічаєте? ДОСЛІД 4

Реакції нікель(ІІ) сульфату з іншими солями В одну із двох пробірок із розчином нікель(ІІ) сульфату, які залишилися, добавте розчин натрій карбонату, а в другу — роз чин барій хлориду. Щ о спостерігаєте? Під час виконання кожного досліду записуйте в подану нижче таблицю свої дії, спостереження (фіксуйте утворення розчину, осаду, виділення газу, наявність чи відсутність запаху, зміну чи появу забарвлення тощо). Після завершення досліду запишіть у таблицю висновки і відповідні хімічні рів няння. Послідовність дій

Спостереження

Дослід 1. Здійснення реакції

...

Висновок ...

-»

... ...

Рівняння реакції:

?■ 135. Чи відбудеться реакція в досліді 2, якщо замість цинку взяти: а) магній; б) срібло? Відповіді обгрунтуйте. 136. Чи відбудеться реакція в досліді 5 (варіант І) або досліді 4 (ва ріант II), якщо натрій карбонат замінити: а) на кальцій карбо нат; б) на натрій нітрат? Відповіді обґрунтуйте. 137. Реакції яких типів ви здійснювали, виконуючи практичну роботу? 4

Хімія, 8 кл.

М Ж? Способи добування оксидів Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати можливості добування оксидів різни ми способами; > зрозуміти вимоги, які висувають до промислових методів добування речовин.

Цікаво знати Із киснем не реагують золото, платина, інертні гази та галогени.

Відомо кілька способів добування оксидів. Д еяк і з них ґрунтую ться на реакціях про стих або складних речовин із киснем, інш і — на термічному розкладі оксигеновмісних сполук. Реакції простих речовин із киснем. У таку реакцію (як правило, при нагріванні) вступа ють майже всі метали і неметали. У 7 класі ви спостерігали за тим, як горять на повітрі або в кисні сірка, вуглець, магній, фосфор. > Напишіть рівняння реакцій горіння сірки і магнію. Інші приклади подібних реакцій:

8 і + 0 2 = 8Ю 2; 2\¥ + 3 0 2 = 2 \У 0 3. Реакції складних речовин із киснем. Б іль шість бінарних сполук елементів з Гідрогеном горить у кисні або на повітрі. Продуктами таких реакцій є оксиди і вода: С Н 4 + 2 0 2 = С 0 2 + 2 Н 20 ; 2 Н 28 + 3 0 2 = 28 0 2 + 2 Н 20 . Із киснем взаємодіють також сульфіди металічних елементів (вони містяться в полі метал ічних рудах): 22п8 + 302 = 22пО + 2802. 98

Мал. 38. Термічний розклад купрум(ІІ) і ідроксиду

Такі реакції використовують у кольо ровій м еталургії для добування оксидів металічних елементів, із яких потім до бувають мідь, цинк, кадмій та ін. Термічний розклад гідроксидів. Осно ви, оксигеновмісні кислоти та амфотер ні гідроксиди є термічно нестійкими сполуками (винятки — гідроксиди л у ж них елем ентів). При нагріванні вони розкладаються на відповідні оксиди (мал. 38): Си(ОН )2 = СиО + Н 2ОТ; Н 2804 = 8 0 3Т + Н 2ОТ. ► Напишіть рівняння ферум(ІІІ) гідроксиду.

реакції

розкладу

Термічний розклад оксигеновмісних солей. Солі, утворені газуватими кислотними окси дами (8 0 2, С02), при нагріванні розкладаються на оксиди: 2пС0 3 = 2п0 + С0 2Т. Якщ о оксид термічно нестійкий, то замість нього утворюються продукти його розкладу (мал. 39):

РЬ(1ТОз)2 -4 РЬО + Ш 20 5); /ж \ * мо2 Т о2Т а Є2с о 3 Л (А є 2о ) + со2Т. ле о 2Т

Мал. 39. Термічний розклад плюмбум(ІІ) нітрату

Оксигеновмісні солі Натрію та Калію під час нагрівання або не розкладаються, або розкладаються, але не на оксиди (с. 92). Солі, утворені нелеткими кислотними оксидами (наприклад, 8 і0 2, Р 20 5) чи амфотер ними оксидами (як кислотними), стійкі до нагрівання. Приклади таких солей: Са8і03, 2п 3(Р 0 4)2, М е(В 0 2)2, Си(А102)2, Ва2п02. 99

Якщо елемент утворює два чи більше оксидів, то один оксид нерідко вдається перетворити на інший за допомогою нагрівання 4СиО = 2Си20 + 02Т або здійснивши його реакцію з киснем Схема 6. Добування оксидів

2С0 + О2 = 2С02. Викладений матеріал узагальнює схема 6 .

СПОСОБИ ДОБУВАННЯ ОКСИДІВ Реакції з киснем

Термічний розклад

простих \ / деяких речовин Д бінарних сполук Добування оксидів у промисловості. Із мате ріалу § 9 ви дізналися про застосування деяких оксидів. їх добувають на хімічних заводах. На відміну від лабораторних способів добу вання різних сполук промислова технологія передбачає використання реагентів у великих кількостях і висуває такі вимоги: 1. Вихідні речовини мають бути доступними й дешевими. Найкраще використовувати при родну сировину. 2. Енерговитрати при підготовці і здійсненні хімічних реакцій повинні бути мінімальними. Розглянемо, як добувають негашене вапно, або кальцій оксид. Суть єдиного промислового способу, який використовують не одне століт тя, полягає у розкладі вапняку СаС03при тем пературі 900 °С. Природних покладів вапняку дуже багато; це доступна і дешева речовина. Температура, за якої розкладається вапняк, не надто висока для промисловості (наприк лад, у м еталургії створюють температуру 1500 °С і вище). При слабшому нагріванні роз клад вапняку уповільнюється або припи няється. 100

Чому для виробництва кальцій оксиду не використовують інш і реакції? Наприклад, взаємодію кальцію з киснем: 2Са + 0 2= 2СаО? Тому що кальцію немає в природі, а добувати цей метал дуже складно. Відомо, що кальцій оксид утворюється при термічному розкладі гіпсу1. Однак гіпс, хоч і є природною речови ною, дорожчий за вапняк, а температура його розкладу значно вища за 900 °С. Розкладати ж кальцій гідроксид (гашене вапно) з метою добування негашеного вапна (Са(ОН )2 = СаО + + Н 2ОТ) недоцільно, оскільки гашене вапно виробляють саме із негашеного.

висновки Оксиди добувають за реакціями простих і деяких складних речовин із киснем, а також термічним розкладом гідроксидів і оксигеновмісних солей. Промислові методи добування оксидів, як і інших сполук, передбачають використання доступних і дешевих речовин при мінімально можливих енерговитратах.

■

138. Запропонуйте якомога більше способів добування: а) силі ц ій ^ ) оксиду; б) алюміній оксиду. Напишіть рівняння відповід них реакцій. 139. Вкажіть формули сполук, які розкладаються при нагріванні: Н25і03, Сіі504, Ре(Р03)3, №0Н, М£С03, РЬ(ОН)2, Н3В03. Напишіть відповідні хімічні рівняння. 140. Допишіть схеми реакцій розкладу і перетворіть їх на хімічні рів няння: а ) ... —> Ре20 3 + Н 20; б ) ... —►М20 3 + Н 20; ... —^ МпО + Н 20; ... —►Ті0 2 + Н 20.

1 Рівняння реакції: 2 (С а8 0 4 • 2Н20 ) = 2СаО + 2 8 0 2Т +

0 2Т

+ 4 Н 2ОТ.

101

141. На хімічних заводах сульфатну кислоту добувають, здійснюючи реакцію сульфур(ІУ) оксиду з киснем, під час якої утворюється сульфур(УІ) оксид, а потім — реакцію цього оксиду з водою. Визначте, який із наведених нижче методів добування сульфур(ІУ) оксиду можна застосовувати у промисловості: г 1) термічний розклад сульфур(\/І) оксиду: 2503 = 2502 + 02; 2) згоряння сірки: 5 +

02 = 302;

3) термічний розклад солі Аргентуму: 2А£2503 = 4А£ + 02Т + 2302Т; 4) випалювання на повітрі сульфідних мінералів (полімета-

142.

143. 144. 145.

лічних руд): 22п5 + 302 = 2ІпО + 2502Т . Вибір методу обґрунтуйте. Обчисліть об’єми оксидів Карбону(І\/) і Сульфуру(І\/) (у перера хунку на нормальні умови), які утворюються при згорянні 19 г карбон(І\/) сульфіду в надлишку кисню. Після прожарювання 2,32 г магній гідроксиду маса твердого залишку становила 1,60 г. Чи повністю розклалася сполука? Визначте відносну густину за повітрям газової суміші, яка утво рюється при нагріванні цинк нітрату. У результаті спалювання 8 г суміші сірки та вуглецю утворилося 26 г суміші сірчистого і вуглекислого газів. Обчисліть масові частки простих речовин у суміші.

*й ЛД О

Способи добування основ і амфотерних гідроксидів Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати можливості добування лугів і нероз чинних основ різними способами; > обирати реагенти для добування амфотерного гідроксиду. Л уги можна добувати трьома способами, а нерозчинні основи — лише одним. Добування лугів. Один зі способів добування лугів ґрунтується на реакції металу з водою (мал. 40). Крім лугу, утворюється водень:

102

+ 2Н20 = 2КаОН + Н 2Т; Са + 2Н20 = Са(ОН )2 + Н 2Т. Другий спосіб добування лугів — взаємо дія основного оксиду з водою:

Ма20 + Н 20 = 2КаОН. Таким способом добувають гашене вапно на заводах і безпосередньо перед викори станням цієї речовини для будівельних робіт, побілки стовбурів дерев: СаО + Н 20 = Са(ОН)2.

Мал. 40. Взаємодія натрію з водою (добавлено фенолфталеїн)

Л у г можна добути й за реакцією обміну між розчинною сіллю та іншим лугом (у розчині). Вихідні сполуки добирають так, щоб утвори лася нерозчинна сіль: Ка280 4 + Ва(ОН )2= Ва804І + 2КаОН.

Гідроксиди Натрію і Калію виробляють у проми словості дією постійного електричного струму на водні розчини хлоридів: 2МСІ + 2Н20

ел. струм

2МОН + Н2Т + С/2Т (М — Л/а, К). Такий процес називають електролізом.

Добування нерозчинних основ. Нерозчинну основу можна добути лише за реакцією обміну між сіллю та лугом у розчині. Оскільки осно ва випадатиме в осад, то утворювана сіль має бути розчинною у воді (дві нерозчинні сполу ки відокремити неможливо): ШС12+ 2Ш О Н = Щ О Н )2>1 + 2NаС\; 2 В і(Ж )3)3 + ЗВа(ОН )2= 2Ві(ОН)3І + ЗВа(Ж )3)2.

Малорозчинний магній гідроксид може бути не тільки продуктом реакції обміну. Він, як і луги, утворюється при взаємодії металу або оксиду з водою. Щоправда, обидві реакції відбуваються повільно, а перша — лише при нагріванні: М£ + 2Н20 = М£(ОН)2 + Н2Т; М£0 + Н20 = М£(0Н)2. 103

Викладений матеріал узагальнює схема 7. СПОСОБИ ДОБУВАННЯ ОСНОВ нерозчинних

розчинних (лугів)

реакція металу з водою Схема 7. Добування основ

реакція основного оксиду з водою

реакція лугу із сіллю в розчині

Добування амфотерних гідроксидів. Оскільки амфотерний гідроксид виявляє властивості основи й кислоти, його можна добути за допо могою реакцій обміну і як основу 2п804 + 2КаОН = 2п(ОН)24 + Ма28 0 4, і як кислоту Ма22п0 2+ Н 2804= Н 22п02І + Ма28 0 4. Ц і перетворення відбуваються завдяки тому, що всі амфотерні гідроксиди є нерозчин ними у воді. Л у г чи кислоту не можна брати в надлишку, оскільки амфотерний гідроксид реагує з обома сполуками. Наприклад, при взаємодії натрій цинкату із надлишком сульфатної кислоти замість цинк гідроксиду утворюється цинк сульфат: Ма22п0 2 + 2Н28 0 4 (надл.) = = 2п804 + Ма28 0 4 + 2Н 20. ► Напишіть рівняння реакції цинк сульфа ту із натрій гідроксидом, узятим у над лиш ку.

Деякі амфотерні гідроксиди можна добути за реакцією обміну між двома солями в розчині, якщо одна із солей — продуктів реакції — роз кладається водою (такі відомості є в таблиці роз чинності): 104

2АІСІ3 + ЗК2С03 = ДТ^вОзіз + 6КСІ; Аі^ Є О ^ + 6Н20 = 2АІ(0Н)3І + ЗН2С03; 2АІСІ3 + ЗК2С03 + 6Н20 = = 2АІ(0Н)3І + 6КСІ + ЗН2С03. уҐ \ ЗН20 ЗС02Т

висновки Луги добувають за реакціями відповідних металів або оксидів з водою. Загальний метод добування розчинних і нероз чинних основ, а також амфотерних гідроксидів ґрунтується на реакції обміну між лугом і сіллю у розчині. Амфотерні гідроксиди добувають ще й взаємодією відповідних солей із кислотами.

146. Запропонуйте якомога більше способів добування: а) барій гідроксиду; б) манган(ІІ) гідроксиду; в) хром(ІІІ) гідроксиду. Напи шіть відповідні хімічні рівняння. 147. Допишіть схеми реакцій і перетворіть їх на хімічні рівняння: а) І_і + ... - » и0Н + 5г0 + ... -> 5г(0Н)2; б) Ре2(504)3 + . .. - > Ре(ОН)3 + ...; Ва2п0 2 + НІЧО3 -> 2п(0Н )2 + . . . . 148. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійсни ти такі перетворення: а) К 2С0 3 -> КОН; б) СсІЗ -> СсІО СсІ(МОз)2 -> СсІ(0Н)2; в) АІ АІ20 3 -> АІСІз -> АІ(ОН)3. 149. У хімічному кабінеті є гідроксиди Калію та Барію, а також солі Каль цію — карбонат і хлорид. Які сполуки можна використати для добу вання кальцій гідроксиду? Як здійснити відповідні експерименти? 150. Вам доручено добути станум(ІІ) гідроксид двома способами із вихідної сполуки — станум(ІІ) оксиду. Які реактиви необхідні для цього? Зважте на те, що сполуки Стануму(ІІ) за розчинністю схожі на сполуки Цинку. Напишіть рівняння відповідних реакцій. 105

151. Яка маса барій гідроксиду утворюється при взаємодії 15,3 г барій оксиду з водою? 152. Чи може утворитися 10 г натрій гідроксиду, якщо для здійснен ня реакції взято 6,9 г натрію і 3,6 г води? Відповідь дайте на підставі обчислень.

^ Л і я

Способи добування кислот Матеріал параграфа допоможе вам: > обирати способи добування кислоти залежно від її складу і властивостей; > визначати умови, за яких можна здійснити реак цію обміну з утворенням кислоти. Перш ніж обрати спосіб добування кислоти, потрібно з ’ ясувати, безоксигеновою чи оксигеновмісною вона є, а також — сильною чи слабкою, леткою чи нелеткою, розчинною чи нерозчинною у воді. > Я к і кислоти називають безоксигеновими, оксигеновмісними? Наведіть приклади сильних, слабких, летких, нелетких кислот. (За потреби зверніться до § 7 і 12.) Реакція між воднем і неметалом. Це спосіб добування безоксигенових кислот: Н 2 + С12 = 2НС1.

Продукти таких реакцій — хлороводень, сір ководень, інші газоподібні сполуки неметалічних елементів VI або V II групи з Гідрогеном — розчиняють у воді й отримують кислоти. Взаємодію хлору з воднем покладено в осно ву промислового виробництва хлоридної кислоти. 106

Реакція між кислотним оксидом і водою. Таку реакцію використовують для добування оксигеновмісних кислот1: 8 0 3 + Н аО = Н 2804; Р 20 5 + ЗН20 = 2Н 3Р 0 4.

Перша реакція відбувається на завершальній стадії виробництва сульфатної кислоти. Здій снювати аналогічну реакцію між оксидом Л/20 5 і водою для промислового добування нітратної кислоти недоцільно, бо цей оксид є нестійким. Вихідною речовиною слугує нітроген(ІV) оксид: 4N02 + 02 + 2Н20 = 4НN03.

Реакція між с ілл ю та кислотою. На цій реакції ґрунтується загальний спосіб добуван ня кислот — і безоксигенових, і оксигеновміс них. Продуктами є інші сіль і кислота. Таку реакцію обміну можна здійснити з використанням розчинів солі та кислоти, якщо задовольняється одна із двох умов: • продукт реакції — нова сіль або нова кисло та — нерозчинний у воді (це з ’ ясовуємо за таблицею розчинності): ВаС12 + Н 28 0 4 = В а 8 0 4І + 2НС1; М а28 і 0 3 + 2 Н Ж )3 = 2 М аЖ >3 + Н 28 Ю 3^;

• кислота, яку потрібно добути, є слабкою, а кислота, що вступає в реакцію, — сильною (відповідну інформацію вміщено в § 7): К 28 + 2НС1 = 2КС1 + Н 28 . Для добування сильної й леткої кислоти (у тому числі й безоксигенової) реакцію здійсню ють не в розчині, а між твердою сіллю й нелет кою кислотою. Взаємодії речовин сприяє нагрівання: 2К аЖ )3(тв.) + Н 2804( к о н ц . ) = Ма2804+ 2НЇЮ 3Т.

1С и л іц ій (ІУ ) оксид з водою не взаємодіє.

107

ВПРАВА. Чи можна добути хлоридну кислоту за реакцією між калій хлоридом і сульфатною кислотою? Якщо так, то за яких умов? Розв’язання Продуктами реакції мають бути нові сіль і кислота: КС1 + Н 28 0 4- » К 28 0 4 + НС1. За таблицею розчинності з’ясовуємо, що всі сполуки розчин ні у воді. Сульфатна і хлоридна кислоти — сильні, але відрізня ються за фізичними властивостями: перша — нелетка, а друга — летка (це водний розчин газу хлороводню). Реакцію можна здійснити лише за відсутності води. Тоді х ло роводень виділятиметься із реакційної суміші. Отже, для добування хлороводню і хлоридної кислоти по трібно взяти твердий калій хлорид і чисту сульфатну кислоту або її концентрований розчин. Щ об прискорити взаємодію твердої й рідкої речовин, необхідне нагрівання. (У розчині реакції обміну відбуваються миттєво.) Запишемо відповідне хімічне рівняння, вказавши умови здійснення реакції (мал. 41): 2КС1 (тв.) + Н 28 0 4 ( к о н ц . ) = К 280 4 + 2НС1Т. Викладений матеріал узагальнює схема 8 .

СПОСОБИ ДОБУВАННЯ КИСЛОТ

реакція \ / неметалу з воднем і 1

Схема 8. Добування кислот

Мал. 41. Добування хлороводню і хлоридної кислоти 108

реакція кислоти із сіллю

\ )

/ реакція кислотного і оксиду з водою

висновки Безоксигенові кислоти добувають за реакція ми водню з неметалами з подальшим розчинен ням газоподібних сполук Гідрогену у воді. Оксигеновмісні кислоти добувають взаємо дією кислотних оксидів з водою. Загальний метод добування кислот ґрунтуєть ся на реакції обміну між сіллю та кислотою.

О ■ 153. Запропонуйте по два способи добування фторидної та ортофосфатної кислот. Напишіть відповідні хімічні рівняння. 154. Допишіть схеми реакцій і перетворіть їх на хімічні рівняння: а) СІ20 7 + Н20 -► б) №І\Ю2 + Н3Р0 4 Н2304 + РЬ(М03)2- » НВг + К2С 0 3 -> 155. Заповніть пропуски формулами сполук і перетворіть схеми на хімічні рівняння, вказавши умови, за яких взаємодіють речовини: а) К2303 + ... —> ... + 502 + Н20; СаСІ2 + ... —> НСІ + ... ; б) Ва(М03)2 + ... - » НІ\Ю3 + ... ; Ма25і0 3 + ... -► Н 25і0 3 + . . . . 156. Яку оксигеновмісну кислоту не можна добути із відповідного оксиду і води? 157. Яку масу натрій нітрату необхідно взяти для добування 50,4 г нітратної кислоти? 158. Обчисліть кількість речовини ортофосфатної кислоти, яка утво рюється при взаємодії 14,2 г фосфор(\/) оксиду із достатньою кількістю води.

Способи добування солей Матеріал параграфа допоможе вам: > засвоїти найважливіші способи добування солей; > обирати реакції для добування певної солі й умови, необхідні для їх здійснення. 109

Солі можна добути значно більшою кількіс тю способів, ніж оксиди, основи чи кислоти. Три способи добування солей ґрунтуються на хімічних перетвореннях за участю металів. Спосіб 1: метал + неметал —> сіль. Цим способом можна добувати безоксигенові солі: 2Ьі 4 8 = іл 28. ► Які неметалічні елементи утворюють солі цього типу? У яких групах періодичної системи вони розміщені? Спосіб 2: метал 4 кислота (розчин) —> сіль 4

+ водень. У такі реакції вступають сульфатна (у роз бавленому розчині), хлоридна, деякі інші кислоти і метали, які перебувають у ряду* активності ліворуч від водню: 2п 4 2НС1 = 2пС12 4 Н 2Т ; 2А1 + ЗН280 4= А12(8 0 4)3 4 ЗН 2Т. Спосіб 3 : метал 1 4- сіль 1 (у розчині) - » —» метал 2 4 сіль 2. Вам відомо, що така реакція є можливою, якщо метал 1 активніший за метал 2 , тобто метал 1 розміщений у ряду активності ліворуч від металу 2 : 8п 4 РЬ(1\Ю3)2= РЬ 4 8 іі( їчЮ3)2.

К ільк а інш их способів добування солей передбачають використання реакцій між спо луками з основними та кислотними властиво стями (§ 9, 11— 13). Спосіб 4 : основа (амфотерний гідроксид) + 4- кислота (амфотерний гідроксид) -> сіль 4 4 вода1(мал. 42): 2Сг(ОН)34 ЗН2804 = Сг2(804)34 6Н 20. Спосіб 5: основний (амфотерний) оксид 4 4 кислотний (амфотерний) оксид —> с іль1:

1Амфотерні сполуки не взаємодіють одна з одною.

110

ЗРеО + Р 20 5= Ре 3(Р 0 4)2. Спосіб 6: основа 4- кислотний (амфотерний)

оксид —> сіль

вода:

Ва(ОН )24- 8 0 2 = Ва803 4- Н 20. Спосіб 7: к и с л о т а 4- о с н о в н и й (а м ф о т е р н и й ) о к си д —> с іл ь 4- вода:

2НІ + Ь і20 = 2ІЛІ

Н 20.

Способи 5 і 6 непридатні для добування солей безоксигенових кислот, оскільки ці кислоти не мають кислотних оксидів. Солі також добувають, здійснюючи реакції обміну за участю солей (§ 14). Спосіб 8: сіль 1 4- кислота 1 - » сіль 2 + кисло та 2 : СаС0 3 + 2НС1 = СаС12+ Н 2С03.

^ Т 4н2о со2 Спосіб 9: сіль 1 + луг —> сіль 2 4- основа:

Мп804+ 2КОН = К 2804 + Мп(ОН)2І. Спосіб 10: сіль 1 4- сіль 2 —» сіль 3 + сіль 4

(мал. 43): К а 28 + СиС12= Си8 І + 2КаС1.

неї

СиСІ2

Мал. 42. Реакція між основою та кислотою Цікаво знати С о л і А12(С О з) 8, КеІ3 та д еяк і ін ш і до цього часу не добуто.

Мал. 43. Реакція між двома солями у розчині

Обираючи способи 8 — 10, зважають на те, що реакція обміну можлива в разі утворення осаду, газу або слабкої кислоти (§11,12, 14). Викладений матеріал узагальнює схема 9. 111

СПОСОБИ ДОБУВАННЯ СОЛЕЙ Реакції між сполуками основного і кислотного характеру

Реакції металів

аІЗ солями )

с с

з кислотами

Реакції обміну солей

між основою та кислотою

)

з неметалами ~\ У

Схема 9. Добування солей

між двома оксидами

Л у

між основою та оксидом

між кислотою та оксидом

ВПРАВА. Запропонувати якнайбільше способів добування магній сульфату Мб504. Розв’язання Магній сульфат — оксигеновмісна сіль, тому спосіб 1 для добування сполуки не підходить. Цю сіль можна добути, взявши за вихідну речовину метал (способи 2 і 3) і врахувавши його розміщення в ряду активності: М£ + Н 280 4 (розб.) = М £804 + Н 2Т; М£ + Си804 = М £804 + Си. Магній сульфат може утворитися в результаті реакцій між відповідними речовинами основного та кислотного характеру (способи 4— 7): М£(ОН )2+ Н 2804 = М £804 + 2Н 20; М&0 -І- 8 0 3 = М £804; М£(ОН )2 + 8 0 3 = М £804 + Н 20; М^О + Н 28 0 4 = М ^804 + Н 20. Для реакції солі з кислотою (спосіб 8) потрібно взяти сіль Магнію, утворену слабкою чи леткою кислотою або кислотою, здатною розкладатися з виділенням газу, і сульфатну кислоту: М£С0 3 + Н 28 0 4 = М £804 + Н 2С03. / \

н2о

со2Т

Реакція солі з лугом (спосіб 9) для добування магній сульфа ту не підходить, оскільки одним із реагентів має бути гідроксид М£(ОН)2, а він є малорозчинною сполукою. Магній сульфат розчиняється у воді. Зваживши на це, обере мо для реакції між двома солями (спосіб 10) такі реагенти: 112

М £ С 1 2 + А £ 28 0 4 = М § 8 0 4 + 2А£С1>к розчинна сіль

мало- розчинна розчинна сіль сіль

нерозчинна сіль

ВИСНОВКИ Солі добувають кількома способами. Частина способів ґрунтується на реакціях металів із неметалами, кислотами, солями. Інші способи передбачають здійснення реакцій між сполука ми з основними та кислотними властивостями, а також реакцій обміну за участю солей.

9■ 159. Сіль якого типу можна добути за допомогою реакції між прости ми речовинами? Запишіть кілька відповідних хімічних рівнянь. 160. Запропонуйте якомога більше способів добування: а) цинк хло риду; б) купрум(ІІ) сульфату; в) барій карбонату. Напишіть рів няння реакцій. 161. Як із натрій сульфату добути натрій хлорид? Як здійснити проти лежне перетворення? Наведіть хімічні рівняння й укажіть умови, за яких відбуваються реакції. 162. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійсни ти такі перетворення: а) Р -> Р20 5 -> Н3Р04 -> № 3Р0 4 -> АІР04; б) Са —^ СаО —^ Са(0Н )2 —^ Са([\10з)2 —^ СаСОз; в) № 20 -> № 2504 -> ИаОН № АЮ 2 -> № СІ; г) 2п0 2п(М03)2 -> 2п(0Н )2 -> К22п0 2 -* 2п$04. 163. Доберіть речовини для здійснення перетворень і напишіть від повідні хімічні рівняння: а) амфотерний гідроксид (як основа) -> сіль; б) амфотерний гідроксид (як кислота) - » сіль; в) сіль 1 -> сіль 2 -> сіль 3 (усі солі утворені одним і тим самим металічним елементом). 164. Як добути алюміній хлорид, використовуючи літій оксид, алюмі ній сульфат, воду і хлоридну кислоту? Складіть відповідні хімічні рівняння і вкажіть умови, за яких відбуваються реакції. 165. Чи можна добути алюміній хлорид, якщо у вашому розпорядженні є лише алюміній сульфат і хлоридна кислота? Відповідь поясніть. 113

166. Яку масу калій сульфату можна добути за реакцією 14 г калій гідроксиду з необхідною кількістю сульфатної кислоти? 167. У результаті взаємодії 14,6 г суміші цинку і цинк оксиду з достатньою кількістю хлоридної кислоти виділилося 2,24 л водню (н. у.). Яка маса солі утворилася? 168. При нагріванні 46,8 г суміші карбонатів Кальцію і Магнію з достатньою кількістю силіцій(ІУ) оксиду виділилося 11,2 л газу (н. у.). Обчисліть масові частки силікатів у добутій їхній суміші.

Узагальнення знань про найважливіші класи неорганічних сполук Матеріал параграфа допоможе вам: > цілісно сприйняти класифікацію неорганічних речовин; > усвідомити зв’язок між типом хімічного елемен та і типами його сполук; > з’ясувати можливості взаємоперетворень сполук одного елемента, які належать до різних класів. У цьому параграфі підведено підсумки всьо го того, про що ви дізналися, вивчаючи окси ди, основи, кислоти, амфотерні сполуки, солі, їхні хімічні властивості та взаємоперетворен ня. Прочитавши його, ви знайдете й нові відо мості про названі класи сполук, краще зрозу мієте зв’язки, що існують між ними. Класиф ікація неорганічних речовин. Вам відомо, що до неорганічних речовин належать багато складних речовин (крім сполук Карбо ну), а також усі прості речовини — метали і неметали (схема 10). Оксиди — сполуки елементів з Оксигеном. Хоча вони й подібні за складом, проте відріз няються за хімічними властивостями. Існу ють основні, кислотні й амфотерні оксиди (схема 11). їх усіх називають солетворними

114

Амфотерні гідроксиди 5п(ОН)2, С г(ОН)3 Схема 10. Класифікація найважливіших неорганічних речовин

Схема 11. Класифікація оксидів за хімічними властивостями оксидами, бо ці сполуки утворюють солі під час реакцій з кислотами або основами (амфо терні оксиди реагують і з кислотами, і з осно вами). Відомо й кілька несолетворних окси дів. Вони не вступають у згадані реакції. Існує відповідність між типом елемента і типом його оксиду. М еталічні елементи можуть утворювати не тільк и основні та амфотерні оксиди, а й кислотні. Серед сполук із загальною форму лою М 2О є лише основні оксиди. До оксидів цього типу належ ить і більш ість сполук, склад яких відповідає формулі МО. Оксиди М 20 3 і М 0 2 переважно є амфотерними, а сполуки М 20 5, М 0 3 і М 20 7 належ ать до кислотних оксидів. Деякі металічні елементи утворюють окси ди всіх трьох типів. Так, для Хрому відомі

115

Мал. 44. Забарвлення індикаторів: а — у кислому середовищі; б — у ней тральному середовищі; в — у лужному середовищі

лакмус

основний оксид СгО, амфотерний — Сг 20 3 і кислотний — Сг03. Неметалічні елементи утворюють кислотні й несолетворні оксиди. Основні та амфотерні оксиди складаються з йонів, а кислотні — з молекул. Основи є сполуками, кожна з яких утворена трьома елементами — металічним елементом, Оксигеном і Гідрогеном. До їх складу входять йони М п+ і ОН . Основи поділяють на розчинні (їх називають лугам и) і нерозчинні. Л уги хімічно активніші за нерозчинні основи, які, наприклад, не реагують із солями, деякими кислотами і кислотними оксидами. Л уги є термічно стійкими, а всі нерозчинні основи при нагріванні розкладаються. Кислоти — сполуки, до складу молекул яких входять один або кілька атомів Гідрогену, здатних заміщуватися під час хімічних реак цій на атоми металічних елементів. Частину молекули кислоти — атом або групу атомів, які сполучені з атомом (атомами) Гідрогену, — називають кислотним залишком. Кислоти мають різний склад, неоднакову хімічну актив ність. Кожну із цих ознак використовують для класифікації кислот. Розрізняти луги і кислоти у розчинах допо магають речовини-індикатори (мал. 44).

фенолфталеїн

метилоранж

універсальний індикатор

Амфотерні гідроксиди — сполуки із двоїс тим хімічним характером (як і амфотерні

Схема 12. Зв’язки між простими і складними речовинами

оксиди). Вони взаємодіють з кислотами як основи, а з лугами — як кислоти. Солі — сполуки, що складаються з катіонів металічних елементів і аніонів кислотних залишків. Сіль є продуктом реакції між речо виною з основними властивостями і речови ною з кислотними властивостями. Запам’ ятайте такі важливі закономірності: • якщо дві сполуки мають аналогічні власти вості (наприклад, два основних оксиди, основний оксид і основа), то вони не взаємо діють одна з одною1; • реакції між сполуками із протилежними властивостями майже завжди відбуваються; • амфотерні сполуки реагують зі сполуками як основного, так і кислотного характеру. Взаємозв’язки між неорганічними речови нами. Деякі прості речовини — метали і неме тали — вступають у реакції з утворенням оксидів, лугів, безоксигенових кислот та їхніх солей (схема 1 2 ). МЕТАЛ

НЕМЕТАЛ

Майже всі кислотні й деякі основні оксиди взаємодіють з водою. Продуктом реакції в пер шому випадку є оксигеновмісна кислота, а в другому — луг. Реакції між амфотерними оксидами і водою не відбуваються. Кожна сполука — оксид, основа, амфотер ний гідроксид, кислота — під час певних реак цій може перетворитися на відповідну сіль. А нагріванням оксигеновмісної кислоти, нероз чинної основи, амфотерного гідроксиду, де яких оксигеновмісних солей можна добути відповідний оксид. 1 Солі є винятками.

117

Взаємозв’язки між речовинами, які ґрунтуються на їх походженні і хімічних властивостях, називають гене тичними1 зв'язками. Викладений матеріал узагальнює схема 13.

Схема 13. Генетичні зв’язки між найважливі шими класами неорганічних сполук

Стрілки на схемі вказують на відповідність сполук одна одній і на можливості їх взаємо перетворень. Схема 13 є спрощеною. У ній, наприклад, відсутні безоксигенові кислоти, несолетворні оксиди. Приклад генетичних зв’ язків між сполука ми двох елементів наведено на схемі 14.

Схема 14. Генетичні зв’язки між сполуками Феруму(ІІІ) та Сульфуру(\/І)

На підставі схеми 13 можна складати різні генетичні «ланцю ж ки». Наводимо запис, який ілюструє взаємозв’ язки між основою, сіллю, кислотою і кислотним оксидом: Са(ОН)2 —►СаС03

Н2СОз <-> С02.

(Перша стрілка спрямована лише вправо, бо із нерозчинної солі не вдається безпосередньо добути основу.) Знання й розуміння генетичних зв’ язків між класами неорганічних сполук допомага ють обирати способи добування оксидів, основ, кислот, амфотерних гідроксидів і солей.

1 Термін походить від грецького слова й'епоз — рід, народження.

118

висновки До неорганічних речовин належать прості речовини (метали, неметали), а також багато складних речовин, які поділяють на класи. Най важливішими класами неорганічних сполук є оксиди, основи, кислоти, амфотерні гідроксиди, солі. За хімічними властивостями оксиди поділя ють на солетворні та несолетворні, а солетворні оксиди — на основні, кислотні й амфотерні. Взаємозв’язки між речовинами, які ґрунту ються на їх походженні та хімічних властиво стях, називають генетичними зв’язками.

9■ 169. Заповніть таблицю, записавши у відповідні колонки формули оксидів: и 20, А£20, СІ20 7, М£0, РЬО, АІ20 3, 3і02, 2п0, 302, Сг03. О к си д и основні

амфотерні

кислотні

170. Складіть генетичні схеми «оксид гідроксид (основа, амфотер ний гідроксид, кислота) - » сіль (солі)» для сполук Літію, Алюмінію і Фосфору. 171. Напишіть рівняння реакцій, які відповідають останній генетичній схемі, наведеній у тексті параграфа. Як перетворити кальцій карбо нат на кальцій гідроксид за допомогою двох послідовних реакцій? 172. Запишіть кілька генетичних схем, у яких першою речовиною є метал або неметал, другою — сіль, а третьою — основа чи кислота. 173. Доберіть дві солі, що взаємодіють одна з одною з утворенням двох нерозчинних солей. Запишіть відповідне хімічне рівняння. 174. Як здійснити такі перетворення: а) Вг2 -> НВг -> М£В г2 -> А£Вг; б) АІ -> АІСІ3 -> АІ(0Н)3 - » Ма3АІ03 -> АІ2(504)3; в) 5 —^ Н23 —^ 302 —^ З03 —^ Н2304 —^ Ма2304 —►Ва304| г) 2п5 -> 2 п СІ2 -> К22п 0 2-> 2п(ОН)2-> 2 п (Ш 3)2 -> 2пС03-> 2п0; ґ) Си304 —у Си(0Н)2 —^ СиО —^ СиСІ2 —^ Си(М03)2 —^ СиЗ?

119

175. Натрій масою 1,15 г повністю прореагував із водою, а продукт цієї реакції — із сульфатною кислотою. Обчисліть кількість речовини кислоти, що вступила у другу реакцію. 176. Яка маса алюміній оксиду утвориться при нагріванні алюміній гідроксиду, добутого за реакцією 21,3 г алюміній нітрату із необхідною кількістю розчину лугу?

ПРАКТИЧНА РОБОТА №2 Розв'язування експериментальних задач Хімія немислима без вивчення речовин, здійснення хіміч них реакцій. Завдяки дослідам учений отримує нові знання, підтверджує, уточнює або спростовує відому інформацію про речовини та їх перетворення. Хімічний експеримент — невід’ ємна складова вивчення хімії. Під час його виконання кожний учень, безумовно, має дотримуватися правил техніки безпеки. У 7 класі ви дізналися про те, як досліджують речовини, ви вчають хімічні реакції. У цій практичній роботі вам потрібно здійснити кілька перетворень речовин. З’ ясуйте: • які хімічні реакції належить провести; • які реактиви необхідні; • які умови треба створити для перебігу кожної реакції; • чи зашкодить досліду надлишок одного з реагентів, чи він буде необхідним; • чи потрібно нагрівати реагенти. Під час досліду спостерігайте за речовинами і перебігом реакції, робіть необхідні записи в зошиті. Після завершення експерименту проаналізуйте отримані результати і запишіть їх разом із висновками.

ВАРІАНТ І Здійснення реакцій за схемою хімічних перетворень У вашому розпорядженні — магній оксид1, хлоридна кисло та, розчини натрій хлориду, натрій карбонату і натрій ортофосфату.

1 Замість магній оксиду можна взяти магній гідроксид.

120

Завдання. Доберіть реактиви (серед виданих) до схеми пере

творень

м80 4 і здійсніть

М£С12 4

месо84

м 8 с і 2 Л м 8 з(р о 4)2

реакції.

ВАРІАНТ II Складання схеми хімічних перетворень і здійснення реакцій У вашому розпорядженні — розчини ферум(ІІІ) хлориду, натрій гідроксиду і натрій ортофосфату, розбавлена сульфатна кислота. Завдання. Запропонуйте схему перетворень (дозволяється ішкористовувати лише видані розчини): а Л б Л в ^ г, де А — ферум(ІІІ) хлорид, Б, В і Г — інші сполуки Феруму. Здійсніть реакції.

Перед виконанням хімічного експерименту (за варіантом І або II) заповніть таблицю: Формули речовин у схемі перетворень

реактивів (у порядку їх використання)

... -> ... -» ... - » . . . ( - » . . . )

.........................

( ... )

Під час здійснення реакції обміну не беріть надлишок дру гого реагенту, а добавляйте його розчин по краплях для досяг нення необхідного результату. Так можна в деяких дослідах уникнути побічних реакцій між реактивом, який використо вуємо, і залишком попереднього. Ваші дії, спостереження (фіксуйте утворення осаду, його зовнішній вигляд, виділення газу, наявність чи відсутність запаху, зміну чи появу забарвлення тощ о), висновки, а також хімічні рівняння запишіть у таблицю: Послідовність дій

Спостереження

Дослід 1. Здійснення реакції ...

...

-> ...

Висновок

... ...

Рівняння реакції: 121

9■ До варіанта І: 177. Який реактив не використано вами в роботі? Чому? 178. Чи зашкодить надлишок реактиву, взятого для здійснення пер шого перетворення, перебігу другої реакції? Відповідь аргумен туйте. 179. Чи можна із магній оксиду добути магній ортофосфат, викори ставши лише один із виданих реактивів? Чому? 180. Запропонуйте кілька реактивів, за допомогою яких магній оксид можна безпосередньо перетворити на магній ортофос фат. Напишіть відповідні хімічні рівняння. До варіанта II: 181. Чи можна із ферум(ІІІ) хлориду безпосередньо добути сполуку, записану останньою в запропонованій вами схемі перетво рень, якщо взяти лише один із виданих реактивів? У разі пози тивної відповіді напишіть рівняння реакції. 182. Які послідовні перетворення можна здійснити за відсутності розчину: а) натрій ортофосфату; б) лугу? Відповіді подайте у формі таблиці, наведеної першою в тексті практичної роботи.

розділ

Періодичний закон і періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва. Будова атома Хімію неможливо уявити без періодичного закону і періодичної системи хімічних елемен тів. Періодичний закон допомагає пояснити багато хімічних фактів, прогнозувати та обґрунтовувати різні закономірності у світі речовин. Цей закон ілюструє періодична систе ма хімічних елементів. Вона містить найваж ливіші відомості про них, є незамінним путів ником з неорганічної хімії не тільки для учня або студента, а й для досвідченого хіміка. Ваше перше знайомство з періодичною системою від булося в 7 класі. Ви вмієте передбачати хіміч ний характер елемента, максимальне значен ня його валентності за розміщенням елемента в періодичній системі. Відтепер сфера її вико ристання для вас розшириться. Завдяки відкриттям у галузі будови атома періодичний закон отримав потужну теоре тичну підтримку. З’ ясувалося, що хімічний характер елементів, властивості простих і складних речовин зумовлені складом елек тронних оболонок атомів. Ви навчилися ви значати кількість електронів в атомах і про стих йонах, а невдовзі зможете давати повну характеристику будови атомів і йонів найваж ливіших елементів. 123

Перші спроби класифікації хімічних елементів Матеріал параграфа допоможе вам: > з'ясувати, як розвивалися уявлення про хімічний елемент; > дізнатися про перші спроби класифікації хіміч них елементів. Розвиток уявлень про хімічний елемент. Давньогрецькі філософи вважали, що всі речовини складаються із чотирьох елементівпершоначал: вогню, повітря, води і землі. На їхню думку, ці «сти х ії» є носіями певних якостей, притаманних речовинам, — теплоти, холоду, вологості й сухості. Таких поглядів дотримувалися й алхіміки. Термін «елемент», який за змістом наближа ється до сучасного, з’явився в науці у XVII ст. Англійський хімік Р. Бойль назвав елементом те, що є межею розкладу речовини. Якби ми жили тоді, то сказали б, що елемент — це атом. Такий смисл вкладав у слово «елемент» і М. В. Ломоносов. Французький учений А.-Л. Лавуазьє вва жав елементом просту речовину, бо її не можна розкласти на інші речовини. Однак нині відомо, що не розкладається й чимало складних речовин, наприклад оксиди 8 Ю2, А120 3, а проста речовина озон легко перетво рюється на іншу просту — кисень: 20 3 = 30 2. Не розрізняв елемент і просту речовину також англійський учений Дж. Дальтон. Пізніше Д. І. Менделєєв висловив таку думку: «Просте тіло є речовиною ..., а під елементом слід розу міти складові простих і складних тіл». На початку X X ст. учені встановили, що атом складається з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів. Від-

тоді почали визначати елемент як вид атомів із певним зарядом ядра. Нині, характеризую чи якісний склад води, кожен із вас скаже, що ця речовина утворена двома видами атомів (із зарядами ядер + 1 і + 8 ), або ж двома елемента ми — Гідрогеном і Оксигеном. Перші спроби класифікації хімічних еле ментів. У часи становлення науки хімії вчені

намагалися «навести порядок» серед кількох десятків відомих тоді хімічних елементів, здійснити їх класифікацію.

Класифікація — це розподілення об’єктів (предметів, живих організмів, явищ тощо) на групи або класи за певними ознаками. У хім ії існують класифікації елементів, речовин, хімічних реакцій. ► Які класи неорганічних сполук вам відомі? Чим сполуки одного, обраного вами, класу відрізняються від сполук інших класів? Класифікацію простих речовин, на основі якої пізніше виникла перша класифікація хімічних елементів, запропонував наприкінці XVIII ст. А.-Л. Лавуазьє. Він поділив прості речовини на метали і неметали (нині хімічні елементи поділяють на металічні і неметалічні). Така класифікація була надто загаль ною й недосконалою. Деякі прості речовини (наприклад, графіт, телур) за одними власти востями нагадували метали, а за іншими — неметали. Однак поділ простих речовин, а також хімічних елементів на дві великі групи відіграв важливу роль у розвитку хімії. Серед металів і серед неметалів траплялися дуже схож і речовини. Учені об’ єднали їх в окремі групи. Прості речовини кожної групи отримали такі загальні назви: лужні метали, лужноземельні метали, галогени, інертні гази. 125

Лужні метали. Це — літій, натрій, калій, рубідій, цезій, францій. Вони легкі, м ’ які (мал. 45), легкоплавкі. У хімічних реакціях лужні метали виявляють дуже високу актив ність (мал. 46). Перебуваючи за звичайних умов на повітрі, вони швидко взаємодіють із киснем, водяною парою, іншими речовинами. Тому їх зберігають у гасі в герметично закри тих посудинах (мал. 47) або в ампулах, з яких видалено повітря. Указані метали назвали лужними, оскільки вони реагують з водою з утворенням лугів — розчинних основ із загальною формулою М ОН.

Мал. 45. Натрій можна різати ножем

Мал. 46. Реакція цезію з водою

Мал. 47. Так зберігають лужні метали

Лужноземельні метали. До цих речовин належать магній, кальцій, стронцій, барій, радій. Вони нагадують лужні метали, реагують із багатьма речовинами, але не так енергійно. Продуктами їх реакцій з водою є луги 1 М(ОН)2. Галогени. Так називають найактивніші неметали — фтор, хлор, бром, йод. Ці прості речовини складаються із двохатомних моле кул: Г2, С12, Вг2, І2. За звичайних умов фтор і хлор — гази, бром — рідина, а йод — тверда речовина. Найактивнішим серед галогенів та інших неметалів є фтор. Галогени реагують із воднем з утворенням сполук, що мають фор мули НГ, НС1, НВг, НІ. Ці сполуки добре роз

1 Магній гідроксид до лугів не належить.

126

Цікаво знати Інертний газ гелій учені спочатку виявили на Сонці, досліджуючи його спектр, і тільки через 13 років — на нашій планеті.

чиняються у воді; їхні водні розчини є кисло тами. Галогени взаємодіють із багатьма мета лами. Продукти таких реакцій — солі. Тому назва «галогени» і походить від грецького слова Ііаіаз — сіль. Інертні гази. Ці прості речовини було від крито у другій половині X IX ст. Вони отрима ли таку назву, бо не вступали в хімічні реак ції. До інертних газів належать гелій, неон, аргон, криптон, ксенон, радон. Вони склада ються не з молекул, як інші гази, а з атомів. Елементи, від яких походять розглянуті прості речовини, мають аналогічні загальні назви: лужні елементи, лужноземельні еле менти, галогени, інертні елементи.

Наприкінці 20-х років X IX ст. німецький учений В. Деберейнер розподілив частину подібних елементів на трійки, або тріади: Іл, Ка, К Са, 8г, Ва 8, 8е, Те СІ, Вг, І Ге, Со, N1

У першій тріаді опинилися лужні елемен ти, у другій — лужноземельні, у четвертій — галогени. Розмістивши елементи у тріадах за збільшенням відносних атомних мас, Дебе рейнер помітив цікаву закономірність: напівсума відносних атомних мас двох крайніх у тріаді елементів приблизно чи точно дорівню вала відносній атомній масі «центрального» елемента. Покажемо це для першої тріади:

А Х Ь Ц + А Д К ) = 1 + 3 9 _ 23= д № ) Крім того, властивості простої речовини та сполук цього елемента виявилися «проміжни ми» порівняно із властивостями простих речо вин і сполук двох сусідніх елементів. Сформувати тріади з інших елементів Деберейнеру не вдалося. У 1865 р. англійський учений Дж. Ньюлендс розмістив відомі тоді хімічні елементи у ряд за зростанням відносних атомних мас: Н Іл Ве В С N О Г Ш М £ А1 8і Р 8 СІ К Са Сг Ті Мп Ге ...

127

Він помітив, що в багатьох випадках кожний восьмий елемент є подібним до обраного за перший. Схожими були й відповідні прості речовини. (Спробуйте в цьому переконатися.) Таку особливість має звуковий ряд у музиці: кожна перша і восьма ноти мають однакові назви і схоже звучання. Закономірність, виявлену Ньюлендсом, назвали правилом октав. Вона спо стерігалася на початку ряду елементів, але далі порушувалась (мал. 48). Напри клад, Хром значною мірою відрізнявся від Алюмінію, а Манган і Ферум були рМІМ^АїЗР зовсім не схожі на Фосфор і Сульфур від повідно. Число 8 , як свідчить історія хім ії, вважалося тоді магічним, але т _ ~ М п Ре після з’ясування будови атома отримало С| К Сг Ті наукове пояснення. Більш вдалу спробу класифікації хімічних елементів здійснив у 1864 р. німець Мал. 48. «Октави» кий хімік Л. Мейєр. Він запропонував хімічних таблицю, в якій розмістив елементи за зро елементів станням відносних атомних мас і відповідно до їх валентності. Однак через те що значення атомних мас і валентності були для деяких еле ментів помилковими або взагалі невідомими, не всі елементи увійшли до створеної Мейєром таблиці. Розглянуті спроби вчених об’ єднати хімічні елементи стали підґрунтям для їх загальної класифікації. Невдовзі Д. І. Менделєєв повідо мив про розроблену ним періодичну систему хімічних елементів.

висновки Уявлення про хімічний елемент із розвитком науки змінювалися. Раніше хіміки не розрізня ли хімічний елемент і просту речовину. Було відомо кілька груп подібних простих речовин: лужні метали, лужноземельні метали, галогени. Пізніше було відкрито інертні гази.

128

Перші спроби класифікації хімічних елемен тів охоплювали лише їх частину і не мали сер йозного наукового обґрунтування.

9■ 183. Що раніше вважали хімічним елементом і як визначають його нині? 184. Виберіть ознаки, які було використано А.-Л. Лавуазьє, В. Деберейнером, Дж . Ньюлендсом і Л . Мейєром для класифікації про стих речовин та хімічних елементів: властивості простих речо вин, поширеність елементів у природі, будова простих речовин, склад характерних сполук, значення відносних атомних мас. 185. Охарактеризуйте розміщення елементів кожної тріади В. Деберейнера в періодичній системі. 186. Зіставте відносну атомну масу Брому з напівсумою відносних атомних мас Хлору і Йоду. 187. Порівняйте ряд елементів Дж. Ньюлендса з їх послідовністю в періодичній системі Д. І. Менделєєва і знайдіть відмінності.

Періодичний закон Матеріал параграфа допоможе вам: > уявити, як було відкрито Д. І. Менделєєвим періо дичний закон; > зрозуміти зміст періодичного закону; > з ’ясувати, як природний ряд елементів був пере творений на періодичну систему. Створення періодичної системи хімічних елементів. Проблема класифікації хімічних елементів захопила у 6 0 -т і роки X I X ст. Д. І. Менделєєва. Він шукав закономірності та взаємозв’язки, які б охоплювали всі еле менти, а не тільки їх частину. На той час було відомо 63 хімічні елементи. На кожний із них учений завів «досьє» — 5

Хімія, 8 кл.

картку, в яку записав відносну атомну масу елемента, значення його валентності, відомо сті про просту речовину і сполуки. Менделєєв вважав найважливішою характе ристикою елемента масу його атома. Розмістив ши елементи в ряд за зростанням відносних атомних мас (мал. 49), учений (як і раніше Ньюлендс) помітив, що через певні інтервали в ньому трапляються елементи, які утворю ють схожі прості речовини і сполуки. н 1

Ве 9

и 7

Мал. 49. Початок ряду елементів, складеного Менделєєвим1 (під символом елемента вказано значення відносної атомної маси). На темніших картках — металічні елементи Мал. 50. Два сусідні фрагменти ряду елементів

В 11

С 12

N 14

0 16

Р 19

№ 23

Мб 24

АІ 27

Ряд починається з неметалічного елемента Гідрогену. За ним розміщені металічні елемен ти Літій і Берилій, потім — неметалічні елемен ти від Бору до Флуору, далі — знову металічні елементи і т. д. Як бачимо, характер елементів у ряду періодично повторюється. Аналогічні висновки можна зробити щодо максимальних значень валентності елементів, складу і хіміч них властивостей вищих оксидів тощо. Менделєєв поділив складений ряд на кілька фрагментів (мал. 50), кожний з яких починав ся з типового металічного елемента (лужного) і закінчувався типовим неметалічним елемен том (галогеном). При цьому вчений виявив нову закономірність: у кожному фрагменті характер елементів, властивості їх про стих речовин, а також склад і властивості сполук змінюються поступово.

и 7 и 2о

Ве 9 ВеО

В 11 в203

с 12 С02

N 14 М205

0 16

Р 19

№ 23 І\1а20

Мб 24 МбО

АІ 27 АІ203

Зі 28 3і02

Р 31 Р205

5 32 503

СІ 35,5 СІ207

1 Інертні елементи було відкрито пізніше.

130

Розглянемо один із фрагментів ряду елемен тів (мал. 51). На першому місці у ньому пере буває лужний елемент Натрій. Він є однова лентним, утворює основний оксид Ка 20 і луг КаОН. За Натрієм розміщений двовалентний Магній, від якого походять основний оксид М^О і малорозчинна основа М^(ОН)2. Третє місце посідає тривалентний Алюміній, оксид і гідроксид якого є амфотерними. Наступні еле менти — неметалічні: Силіцій, Фосфор, Сульфур і Хлор. Максимальні значення валентно сті цих елементів зростають від 4 до 7, а кислотні властивості оксидів і відповідних кислот посилюються. Мал 51 Фрагмент ряду елементів

У кожному фрагменті металічний характеР елементів посилюється справа наліво, а неметалічний характер — зліва направо.

Посилення металічного характеру елементів

N8 1 Ма20 ІЧаОН

Мі II М§0 М£(ОН)2

АІ III а і 203 АІ(ОН)3

Зі IV 3і02 Н25 і03

Р V Р205 Н3Р04

5 VI 503 Н2504

СІ VII СІ207 НСЮ4

Посилення неметалічного характеру елементів

Після того як ряд елементів було поділено на фрагменти, Менделєєв розмістив другий фрагмент під першим, третій — під другим і т. д. Утворилася таблиця, а в її стовпчиках опинилися подібні елементи: лужні, лужнозе мельні, галогени тощо. Так у 1869 р. було створено періодичну систему хімічних еле ментів. Докладно про неї йтиметься в наступ ному параграфі. Д. І. Менделєєв назвав ряд елементів, скла дений за зростанням атомних мас, природним рядом , тобто таким, що існує незалежно від людини в самій природі. 131

Періодичний закон. Створивши періодичну

систему хімічних елементів, Д. І. Менделєєв у 1871 р. сформулював закон періодичності, або періодичний закон:

властивості хімічних елементів, простих речовин, а також склад і властивості сполук перебувають у періо дичній залежності від значень атомних мас. Періодичність у хімії — це повторення ( але не копіювання) хімічного характері/ елемен тів, особливостей будови атомів, складу, будо ви і властивостей речовин через певну кіль кість елементів у їхньому природному ряду. У часи Менделєєва рівень розвитку науки був не досить високим. Тому вченому не вдалося розкрити причину періодичності. Однак він вірив, що згодом це обов’ язково станеться. Нині загальновідомо, що періодичність у світі хімічних елементів зумовлена елек тронною будовою атомів. Менделєєв не обмежувався фактичним мате ріалом, що мала хімічна наука. У разі порушен ня елементом загальної закономірності у при родному ряду він радив хімікам перевірити зна чення його атомної маси. Учений передбачив не тільки відкриття нових елементів, а й значення їхніх атомних мас, властивості простих речо вин, існування сполук у природі тощо. Варто зазначити, що розміщення кількох елемен тів у природному ряду не відповідає зростанню відносних атомних мас. Менделєєв розмістив, наприклад, Телур перед Йодом, хоча маса атома Телуру трохи більша. Учений враховував, що проста речовина йод є активнішим неметалом, ніж проста речовина телур, теж неметал. Отже, неметалічний характер сильніше виражений у елемента Йоду, і його місце — після Телуру. У своїй періодичній системі Д. І. Менделєєв залишив порожні клітинки і вважав, що вони

Цікаво знати

Періодичну систему ще називають «великим узагальнен ням» елементів.

мають належати ще не відкритим, але існую чим у природі елементам. Невдовзі було від крито перший елемент, передбачений Менде лєєвим (його назвали Галієм), потім — другий (Скандій), третій (Германій). Це був тріумф періодичного закону, який виявив не тільки узагальнювальну, а й передбачувальну силу. Періодичний закон — один із основних зако нів природи. Він розкриває єдність хімічних елементів і взаємозв’ язок між ними. Вивчаю чи хімію, ви будете часто звертатися до цього закону, знаходити нові факти, що підтверджу ють його, і, користуючись ним, передбачати хімічні властивості простих і складних речо вин, можливості їх хімічних перетворень.

висновки Розмістивши хімічні елементи в ряд за зро станням відносних атомних мас, Д. І. Менделєєв відкрив періодичний закон. Учений сформулю вав його так: властивості хімічних елементів, простих речовин, а також склад і властивості сполук перебувають у періодичній залежності від значень атомних мас. Періодичний закон — один із основних зако нів природи, який розкриває єдність хімічних елементів і взаємозв’язок між ними.

9■ 188. Як ви розумієте значення слова «періодичність»? Які зміни у природі можна охарактеризувати цим словом? Зіставте його зі словами «безперервність», «поступовість». 189. Розмістіть елементи Р, С, В, 0, N у порядку послаблення їх неметалічного характеру. 190. У якого з елементів — Калію чи Кальцію, Берилію чи Літію — металічний характер виражений яскравіше? Який із відповід них металів має бути активнішим у хімічних реакціях?

133

191. Скориставшись періодичною системою, скажіть, на скільки більше елементів відомо сьогодні, ніж було відомо Менделєєву. 192. Знайдіть у періодичній системі кілька пар елементів, у кожній з яких елемент із більшим порядковим номером має меншу від носну атомну масу.

Періодична система хімічних елементів Матеріал параграфа допоможе вам: > користуватися різними варіантами періодичної системи; > добувати інформацію про хімічні елементи із періодичної системи; > передбачати характер елемента за його розмі щенням у періодичній системі. Періодична система — джерело відомостей про хімічні елементи. Періодична система

Цікаво знати Гідроген розміщують удвох клітинках, які знаходяться у лівому і правому верхніх кутах періодичної системи. 134

хімічних елементів є невід’ ємним атрибутом шкільного хімічного кабінету. Її можна знайти в кожному підручнику з хімії. Періодичною системою постійно користуються учні, студен ти, викладачі, науковці, оскільки в ній наведе но найважливіші відомості про хімічні елемен ти. За розміщенням елемента у ній можна з’я сувати будову його атома, передбачити хімічні властивості простої речовини, різних сполук. Періодична система має форму таблиці. Тому її називають табличним виразом періо дичного закону. Існують короткий (форзац І) і довгий (додаток) варіанти системи. Короткий варіант використовують частіше, оскільки він зручніший і компактніший. Кожний елемент розміщено у певній клі тинці періодичної системи (винятком є Гідро ген). Вам відомо, що в ній записана така інформація:

• • • • •

символ елемента; його порядковий номер; назва елемента; значення відносної атомної маси; назва простої речовини, якщо вона відріз няється від назви елемента.

► Які відомості можна отримати з періодич ної системи про елемент № 9? Зазначимо, що клітинки короткого варі анта періодичної системи містять дані про електронну будову атомів. Її розглядатимемо пізніше. У клітинках довгого варіанта системи наве дено лише порядкові номери, символи і назви елементів, а також назви деяких простих речовин. Будова періодичної системи. Складовими періодичної системи є періоди і групи.

Період — це фрагмент природного ряду елементів від лужного елемента1до інертного. Кожний варіант періодичної системи має сім періодів. У довгому варіанті періодом є один рядок системи, а в короткому — один чи два сусідні рядки. Останній період містить порожні клітинки (відповідні елементи ще не відкрито). Перший період (у ньому 2 елементи), другий і третій (містять по 8 елементів) називають малими періодами, а четвертий, п ’ ятий (по 18 елементів), шостий (32 елементи) і сьомий (у ньому поки що 29 елементів) — великими. Періоди нумерують арабськими цифрами.

Група — стовпчик елементів у короткому варіанті періодичної системи або два стовпчики в довгому каріанті. 1 Перший період започатковує Гідроген.

135

Мал. 52. Періоди, групи і підгрупи у фрагментах довгого (а) і короткого (б) варіантів періодичної системи

Періодична система містить вісім груп еле ментів. їх прийнято нумерувати римськими цифрами. Кожна група складається із двох підгруп — головної та побічної. Головні підгру пи позначено в періодичній системі літерою а, а побічні — літерою Ь. У короткому варіанті системи символи елементів головних підгруп зміщено ліворуч від центра клітинок, а симво ли елементів побічних підгруп — праворуч. Головній підгрупі належить більше елемен тів, ніж побічній. Розпізнати підгрупи можна так: клітинки елементів головних підгруп забарвлені в рожевий або жовтий колір, а еле ментів побічних підгруп — у синій або зелений. Частини двох варіантів періодичної системи подано на мал. 52. головні підгрупи

Ч\ГрУ«* Іа П « р іо д а ї\

1 2 3 4

Па

ІШ

------------------- А------------ -------------- V IV*

ІЬ

116

Ша ІУа

№

Ве

М* Са

8с

Т ік

С н іги

А1

81 Се

Са

Vа

головні підгрупи а ІП Ь а IV Ь

В А1 8с

136

Ті Се 2г

V 8п

Іп

Ьа РЬ

ТІ

ііиь

С 8і

6а

побічні підгрупи

КГ

Ас Уча

УІІа

УПІа Не

N 0 8 Р А8 8е

а І Ь а II & Періоди\^^ 1 Н 2 Ве и 3 ш Ме 4 Са к 2п Си 5 8г КЬ Ае са 6 Св Ва Аи Щ 7 На Рг

УІа

СІ Вг

Аг Кг

► Назвіть елементи І і IV груп, які належать: а) до головних підгруп; б) до побічних під груп. У нижній частині короткого і довгого варіантів періодичної системи є два окремі рядки, у кожно му з яких перебувають 14 елементів. У верхньому рядку розміщено елементи із загальною назвою «лантаноїди» (тобто схожі на Лантан), а в нижньо му — «актиноїди» (схожі на Актиній). Більшість цих елементів було відкрито в XX ст. Вони входять до природного ряду елементів і належать до побічної підгрупи III групи. Лантаноїди — елемен ти 6-го періоду, актиноїди — 7-го. Для зручності (щоб не ділити клітинки Лантану й Актинію на 15 частин для розміщення в них Лантану та лантано їдів, Актинію й актиноїдів) ці елементи винесено за межі основного поля періодичної системи. Знаючи місце елемента в періодичній систе мі, можна робити різні передбачення. Одне з них стосується хімічного характеру елемента. У 7 класі ви дізналися, що в довгому варіанті системи є ламана лінія, ліворуч і нижче від якої перебувають металічні елементи, а праворуч і вище — неметалічні. Деякі елементи, розміще ні поблизу цієї лінії (Се, 8 Ь, Ро), утворюють прості речовини, які за певними властивостями нагадують метали, а за іншими — неметали. У головних підгрупах містяться як металічні, так і неметалічні елементи, а в побічних підгру пах — лише металічні елементи1. ► Елементи яких типів знаходяться у підгру пах Іа, ІЬ, ІУа, ІУЬ? Найбільш схожими є елементи однієї під групи, а між елементами головної та побічної підгруп кожної групи нерідко існують суттєві відмінності. 1Елементи побічних підгруп називають п ер ехід н и м и .

137

висновки Періодична система хімічних елементів є табличним виразом періодичного закону. Існують два варіанти періодичної системи — короткий і довгий. Кожний варіант системи складається із періодів і груп, а кожна група містить головну та побічну підгрупи. Період — це фрагмент природного ряду еле ментів. Його започатковує лужний елемент, а завершує інертний. Група — стовпчик елемен тів у короткому варіанті періодичної системи або два стовпчики в довгому варіанті. У групах (підгрупах) містяться подібні елементи. Ламана лінія в довгому варіанті періодичної системи поділяє її на дві частини. Ліворуч і нижче від цієї лінії розміщені металічні елемен ти, а праворуч і вище — неметалічні елементи.

193. Яку частину періодичної системи називають періодом? Скільки періодів існує? Порівняйте їх за кількістю елементів. 194. Що називають групою хімічних елементів? Скільки груп у періо дичній системі? Скільки підгруп має кожна група? Як їх назива ють і розрізняють? 195. Яка група періодичної системи містить найбільше елементів? 196. Назвіть елементи, які розміщено: а) у 2-му періоді, V групі; б) у 5-му періоді, IV групі, головній підгрупі; в) у 4-му періоді, VII групі, побічній підгрупі; г) у 6-му періоді, VIII групі, побічній підгрупі. Для кожного елемента вкажіть порядковий номер. 197. Серед наведених чисел знайдіть ті, які відповідають порядко вим номерам металічних і неметалічних елементів: 1, 6 ,1 6 , ЗО, 35, 58, 92, 110. 198. Виходячи з розміщення в періодичній системі Брому, Магнію, Мангану, Селену, вкажіть, металічним чи неметалічним є кож ний елемент. 199. Назвіть по два елементи, що є найбільш подібними до таких елементів: а) Стронцію; б) Ніобію; в) Стануму; г) Хлору.

138

Будова атома Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати будову атома і склад його ядра; > визначати кількість частинок кожного типу в ато мах різних елементів.

Мал. 53. Модель атома Гідрогену — елемента № 1

Складові атома. Уявлення давніх філософів про атом як найдрібнішу однорідну й неподіль ну частинку не змінювалися протягом століть. Однак у другій половині XIX ст. вчені вияви ли, що в атомі містяться ще дрібніші частинки. Із курсу хімії 7 класу вам відомо: • атом — це найменша електронейтральна частинка речовини, яка складається із позитивно зарядженого ядра і нега тивно заряджених електронів, що рухаються навколо нього (мал. 53); • величина заряду ядра і кількість елек тронів в атомі збігаються із порядко вим номером елемента; • ядро в десятки тисяч разів менше за атом. Подальші дослідження будови атома на початку X X ст. показали, що в ядрі містяться частинки двох типів — протони1 і нейтрони2. їх загальна назва — нуклони3. Протон має такий самий за значенням заряд, як і електрон, але позитивний: +1. Кіль кість протонів визначає заряд ядра атома; вона дорівнює кількості електронів. Нейтрон — незаряджена частинка. Протон позначаютьр+, а нейтрон — п°.

1 Термін походить від грецького слова ргбіоз — перший, найпрості ший. 2 Термін походить від латинського слова п е и іги т — ні те ні інше. 3 Термін походить від латинського слова писіеиз — ядро.

139

Схема 15. Складові атома

Для характеристики частинок, що входять до складу атомів, як і для самих атомів, вико ристовують не абсолютні, а відносні маси. Маси протона і нейтрона приблизно однакові і майже у 2000 разів більші за масу електрона. Значення відносних мас протона і нейтрона дорівнюють одиниці. Отже, в атомі співіснують частинки трьох типів — із позитивним, негативним зарядами, а також ті, що не мають заряду (схема 15).

Електрони притягуються до атомного ядра гак званими електростатичними силами, однак не падають на нього, бо рухаються з високою ш видкістю. Протони й нейтрони утримуються разом у ядрі завдяки дії особли вих, «ядерних», сил. Природу цих сил повні стю з’ ясувати ще не вдалося. Протонне і нуклонне числа. Кількість про тонів в атомі називають протонним числом. Його вказують нижнім індексом ліворуч від символу елемента: 4Ве. ► Які значення протонних чисел мають еле менти Флуор і Натрій? Зважаючи на будову атома, можна дати таке означення хімічного елемента:

хімічний елемент — вид атомів із певним протонним числом. Сумарну кількість протонів і нейтронів в атомі називають нуклонним числом. Його по140

Нуклонне число

іВе Протонне число

значають літерою А, а значення запису ють верхнім індексом ліворуч від симво лу елемента: 9Ве. Кількість нейтронів дорівнює різниці між нуклонним і протонним числами. Цих частинок в атомі Берилію налічується 9 - 4 = 5 (мал. 54). Існує двадцять елементів, у кожного з яких усі атоми мають однакові нуклонні числа (вони майже збігаються з відносни ми атомними масами, наведеними в табли ці Д. І. Менделєєва): Ве, Р, N8, А1, Р, 8 с, Мп, Со, Ав, У, ІЧЬ, Ші, І, Сз, Рг, ТЬ, Но, Тлі, Аи, Ві.

Мал. 54. Модель атома Берилію

Для

20 елементів А »А

► Визначте кількість частинок кожного типу в атомах Флуору і Натрію. Решта елементів має атоми з різними нуклонними числами. Причину цього розгля немо в наступному параграфі. Викладене вище можна записати за допомогою формул. * Оскільки атом загалом електронейтральний, то він містить однакову кількість протонів і електронів; вона дорівнює порядковому номеру елемента: ІУ(р+) = кількість протонів

Ще~) кількість електронів

2. порядковий номер елемента

• Кількість нейтронів у будь-якому атомі ста новить різницю між нуклонним числом і кількістю протонів (електронів) або поряд ковим номером елемента: М {п ° )= А - ІУ(р+)=А-Л Г(е~) = А - £. КІЛЬКІСТЬ

нейтронів

нуклонне порядковий число номер елемента

Кількість нейтронів в атомах двадцяти за значених елементів можна обчислювати, використовуючи значення відносних атом них мас: 141

Щп°) кількість нейтронів

Аг

відносна атомна маса

порядковий номер елемента

Прості йони елементів містять стільки про тонів і нейтронів, скільки й атоми, але відріз няються від них за кількістю електронів. Так, в аніоні міститься на 1 електрон більше, ніж в атомі Г, а в катіоні Ве2+— на 2 електрони менше, ніж в атомі Ве. ► Скільки протонів, нейтронів і електронів у йонах А13+ і Г? Цікаво знати Нестійкі ядра також містяться в атомах Технецію (елемент 5-го періоду) і Прометію (елемент 6 -го періоду).

Ядра з великою кількістю протонів (понад 83) є нестійкими. Вони розпадаються на менші ядра, окремі частинки. Цей процес називають радіоактивним розпадом. Його ви розглядати мете на уроках фізики. Нестійкість великих ядер є причиною того, що в природі немає еле ментів з порядковими номерами, що перевищу ють 92. їхні атоми було добуто вченими в лабо раторіях з використанням унікального облад нання, яке дає змогу фіксувати частинки, що існують лише частку секунди.

висновки Атом складається з ядра і електронів. Ядро має позитивний заряд; у ньому містяться прото ни та нейтрони і зосереджена майже вся маса атома. Кількість протонів і електронів в атомі однакова і збігається з порядковим номером еле мента. Кількість нейтронів в атомі (для двадцяти елементів) дорівнює різниці між відносною атомною масою і кількістю протонів. Електронів у простих катіонах менше, а у про стих аніонах — більше, ніж у відповідних атомах. Ядра атомів, у яких кількість протонів пере вищує 83, є нестійкими. Вони зазнають радіоак тивного розпаду. 142

9■ 200. Які частинки входять до складу атома? Чим вони відрізняють ся? Який склад атомного ядра? 201. Яких частинок у будь-якому атомі однакова кількість? 202. Чи існують елементи, в атомах яких немає: а) протонів; б) ней тронів? 203. Заповніть порожні клітинки в таблиці: Елемент

Кількість в атомі

назва символ порядковий нуклонне про електро нейтро число тонів нів нів номер (протонне число) Цезій 75 83 204. Порівняйте кількість частинок кожного типу в йонах № + і Р3 . 205. Укажіть елемент, атом якого має найбільшу кількість електро нів: Зі, В, N. СІ. 206. Знайдіть у переліку елемент, атом якого має найменшу кількість протонів: С, М£, К, Аг. 207. Укажіть елемент, атом якого має найбільшу кількість нейтронів: Зс, Аз, Мп. 208. Скільки електронів у таких йонах: З2', Н+, Н“, М£2+? 209. Обчисліть у складних йонах О Н ' і МЩ кількість: а) протонів; б) електронів. 210. Запишіть символи елементів Кобальту, Ауруму і Вісмуту разом із відповідними протонними і нуклонними числами.

Ізотопи Матеріал параграфа допоможе вам: > з’ясувати, що таке ізотопи і нукліди; > обчислювати відносну атомну масу елемента за його ізотопним складом;

143

> переконатися в тому, що поняття «відносна атом на (молекулярна, формульна) маса» і «моль» потребують уточнення; > з ’ясувати, що таке радіонукліди і якої шкоди вони завдають живій природі.

Ізотопи. Ви знаєте, що атоми складаються із частинок трьох типів — протонів, нейтронів і електронів. Атоми одного елемента містять однакову кількість протонів і електронів, але не завжди однакову кількість нейтронів.

Види атомів одного елемента з різною кількістю ней тронів називають ізотопами\ Для елемента Гідрогену відомі три ізотопи. Кожний із них отримав назву і позначення (мал. 55). У природі найбільше атомів Гідроге ну, ядра яких складаються лише із протона. На кілька тисяч таких атомів трапляється атом, у ядрі якого, крім протона, міститься ще й нейтрон. Ці два види атомів — Протій і Дей терій — є природними ізотопами Гідрогену. Фізикам вдалося добути в лабораторії атоми цього елемента із двома нейтронами у ядрі. Такий, штучний, вид атомів Гідрогену назва но Тритієм. Нуклонні числа (сумарні кількості протонів і нейтронів) для ізотопів Гідрогену становлять 1, 2 і 3. Отже, ізотопи — це види атомів одно го елемента із різними нуклонними числами.

Мал. 55. Ізотопи Гідрогену: а — Протій Н; б — Дейтерій й; в — Тритій Т

Речовини, утворені ізотопами елемента, дещо відрізняються за фізичними властивостями. Густина «важкої» води, яка складається з моле кул 020, становить 1,104 г/см3, а температура кипіння (за нормального тиску) — +101,43 °С. Для звичайної води (Н20) ці фізичні характери стики вам добре відомі — 1,000 г/см3і +100 °С.

1 Термін П О Х О Д И ТЬ В ІД грецьких СЛ ІВ І 808 — однаковий і іороз — місце. Ізотопи «належать» одній клітинці періодичної системи. 144

Хімічні ж властивості обох речовин однакові. «Важка» вода, як і звичайна, взаємодіє із натрі єм, кальцій оксидом, фосфор(\0 оксидом, інши ми сполуками.

Ізотопи ‘ Н, 2Н, 3Н

У природі багато елементів представлено кількома видами атомів, тобто ізотопами, а для двадцяти елементів, згаданих у попе редньому параграфі, існує лише по одному виду атомів (атоми кожного із цих елементів абсолютно однакові). Ізотопи позначають за допомогою символів або назв елементів з обов’язковим зазначенням нуклонного числа. Його записують верхнім індексом ліворуч від символу елемента (*Н, 2Н, 3Н) або після назви елемента через дефіс (Хлор35, Хлор-37). Використовують і повні позначен ня ізотопів — /Н , 2Н, 3Н, 17СІ, 3~С1 (нижній індекс — заряд ядра, або протонне число).

Будь-який вид атомів називають нуклідом.

Нукліди ХН 12С 40К

Нуклідами є види атомів різних елементів: 1Н, 12С, Б, 23Ка, 238И, 13С, 35С1,37С1 та ін. Загальна кількість відомих нині нуклідів становить майже 2300. Ізотопи — це нукліди ( види атомів) одного елемента: ’ Н, 2Н, 3Н — ізотопи Гідрогену; 12С, 13С — ізотопи Карбону. Обчислення відносних атомних мас елемен тів, які мають ізотопи. У природі існують два нукліди Хлору. Для одного виду атомів нуклонне число (відносна атомна маса) дорів нює 35, для іншого — 37. Учені виявили, що «легкі» атоми Хлору становлять три чверті від загальної кількості атомів цього елемента, а «важкі» атоми — одну чверть (мал. 56). За цими даними можна розрахувати відносну атомну масу Хлору: АДС1) =

- 35 + - V * 37 = 35,5. 4

145 І

Мал. 56. Ізотопи елемента Хлору

Цікаво знати Бром,як і Хлор, має два природні нукліди — 79Вг і 81Вг. їхні атомні частки майже однакові (50,5 і 49,5% ).

3 1 Числа - 7- і —г називають атомними частками 4 4 ізотопів. Вони є відношеннями кількості ато мів кожного нукліда до загальної кількості атомів елемента. Наведені атомні частки для ізотопів Хлору можна виразити й у відсотках: 75 % , 25 % . Атомну частку позначають грецькою літе рою х (читається «х і»). Знаючи атомні частки ізотопів елемента (хі, Хг і т* Д-) У їхній природ ній суміші та відповідні нуклонні числа ( А ХіА 2 і т. д.), можна обчислити відносну атомну масу елемента: А = хі *А + Х2 + ••• + іп •А,Помітне відхилення значення відносної атом ної маси елемента від цілого числа вказує на існування ізотопів. Так, Купрум (Аг = 63,546) має два ізотопи (63Си і 65Си), Цинк (АГ= 65,38) — п ’ ять ( 642п, 662п, 672п, 682п і 702п), Станум САг = 118,71) — десять. Уточнення важливих хімічних понять. Із курсу хімії 7 класу вам відомо, що відносні атомна, молекулярна, формульна маси є від ношеннями мас атома, молекули, формульної одиниці до 1/12 маси атома Карбону. Однак атоми цього елемента, що існують у природі, неоднакові. Карбон має два нукліди — 12С (ато мів цього виду — 98,89 % від загальної кіль кості атомів Карбону) і 13С. За атомну одиницю маси обрано 1/1 2 маси атома Карбону-12. Наводимо уточнені означення вказаних вищо фізичних величин:

146

підносні атомна, молекулярна, формульна маси є від ношеннями маси атома, молекули, формульної одини ці до 1 /1 2 маси атома 12С. Одна із відповідних розрахункових формул має такий вигляд: А Г(Е) =

та(Е)

тг

т л 'г с )

Уточнюємо також означення одиниці вимі рювання кількості речовини: м оль — порція речовини, що містить стільки формульіі их одиниць (тобто атомів, молекул, комбінацій атомів або йонів), скільки атомів міститься у 12 г нукліда 12С. Радіонукліди. Чимало нуклідів є нестійки ми; ядра відповідних атомів мимовільно роз падаються на менші ядра, окремі частинки (мал. 57). Таке явище називають радіоактив ним розпадом (про нього згадувалося в попе редньому параграфі). Тому нукліди поділяють на стабільні й радіоактивні. Останні назива ють радіонуклідами. Мал. 57. Розпад ядра нукліда 236

92 й

Для більшості елементів відомі ізотопи обох типів. Наприклад, нукліди Літію 6Ьі і 7Ьі є ста більними, а 9Ьі — радіоактивний. Елементи із порядковими номерами 43, 61, а також 84 і вище мають лише радіоактивні ізотопи. У клі тинках періодичної системи вміщено (у квад ратних дужках) нуклонні числа тих нуклідів, що розпадаються найповільніше. 147

Цікаво знати

За вмістом радіонукліда 14С у викопних рештках рослин, тварин, первісної людини визначають їхній вік.

Використання радіонуклідів. Радіонукліди використовують у біології, хімії, медицині, археології, сучасній техніці, а також у фізичних експериментах із добування нових елементів. Важлива сфера застосування радіоактивних ізотопів — атомна енергетика. Атомні електро станції в Україні виробляють майже половину всієї електроенергії. Під час розпаду нестійких ядер атомів вини кає випромінювання, невеликі дози якого спричиняють серйозні захворювання, а висо кі — загибель усього живого. Тому робота з радіоактивними речовинами вимагає особли вої уваги, обережності і повинна передбачати захист людей і навколишнього середовища від цього випромінювання. Окремі радіоактивні ізотопи, наприклад Карбон-14, Калій-40, трапляються в природі, але, на щастя, в дуже незначній кількості. Вони повільно розпадаються й не шкодять живим організмам. Ат омні катастрофи. Атом може бути не тільки мирним. Явище радіоактивного розпа ду атомів Урану, Плутонію було використано для створення атомної (ядерної) зброї. Таку зброю застосували Сполучені Штати Америки у 1945 р. проти мирного населення. Було ски нуто дві атомні бомби на японські міста — Хіросім у і Нагасакі. В одну мить загинули тисячі людей, на значній території було зруй новано всі будівлі. Людство дізналося про про меневу хворобу, від якої померло протягом кількох десятиліть багато мешканців цих міст. У світі вживають заходів з обмеження вироб ництва ядерної зброї. Діють міжнародні угоди про заборону її випробувань. Людство має докласти максимум зусиль, щоб не допустити виникнення атомного конфлікту. В іншому разі життя на нашій планеті може назавжди зни кнути (мал. 58).

148

Мал. 58. Людство пам’ятає про небезпечний атом

Мал. 59. 4-й блок ЧАЕС після аварії

У 1986 р. в Україні сталася аварія на Чорно бильській атомній електростанції (ЧАЕС). Вона призвела до зруйнування 4-го блоку станції (мал. 59) і викиду в навколишнє середо вище значних мас радіоактивних речовин. За кілька днів загинули десятки людей, які гаси ли пожежу, що виникла, працювали поблизу атомного реактора. Пізніше втратили здо ров’ я або померли тисячі людей, які ліквідо вували наслідки аварії. Значна частина території України, забруднена радіонуклідами, поступово відновлюється природним ш ляхом. Однак у зоні, прилеглій до ЧАЕС, досі заборонено проживати людям. Здійсню ється постійний контроль за станом захисної споруди, яку зведено над зруй нованим реактором. Необхідні умови для розвитку атомної енергетики — максимальна безпека людей і надійність обладнання.

ВИСНОВКИ

Види атомів одного елемента із різною кількі стю нейтронів називають ізотопами, а будь-який вид атомів — нуклідом. Ізотопи — це нукліди одного елемента. 149

Відносні атомна, молекулярна, формульна маси є відношеннями маси атома, молекули чи формульної одиниці до 1/12 маси атома 12С. Моль — порція речовини, яка містить стільки формульних одиниць, скільки атомів міститься у 12 г нукліда 12С. Нукліди бувають стабільними і радіоактивни ми. Радіонукліди використовують у різних галу зях науки, техніки, в енергетиці, медицині, військовій справі. Радіоактивні речовини становлять серйозну небезпеку для людей, усієї живої природи.

ои 211. Що таке ізотопи, нукліди? Як їх позначають? Відповідь проілю струйте прикладами. 212. Скільки протонів, нейтронів і електронів має кожний із таких нуклідів: 20Ме, 21№ , 40К, 40Са, 192РГ? 213. Наведіть повні позначення таких нуклідів: Нітроген-15, Сульфур-33, Неон-22. 214. Враховуючи, що в природі існують два нукліди Гідрогену (1Н, 2Н) і три нукліди Оксигену (160, 170, 180), визначте, скільки може бути різновидів молекул води. Напишіть їх хімічні формули з позначенням нуклідів (на зразок 1Н2Н160). Скільки значень маси може мати молекула води? 215. Один учень сказав, що відносна маса атома дорівнює відносній атомній масі відповідного елемента, наведеній у періодичній системі, а другий йому заперечив. Хто з учнів правий? Відпо відь аргументуйте. 216. Природний Магній складається з ізотопів 24М£, 2ЬМ£ та 26М£. Атомна частка першого нукліда становить 78,7 %, а другого — 10,1 %. Визначте відносну атомну масу елемента. 217. Елемент Бор має два природних нукліди. Атомна частка нукліда и В становить 80,43 %. Використавши точне значення відносної атомної маси Бору, наведене в періодичній системі, ви значте другий нуклід цього елемента. 218. Що таке радіонукліди? Яке явище називають радіоактивним розпадом? 219. У медицині використовують радіонуклід, атом якого містить 54 заряджені й 33 електронейтральні частинки. Наведіть позна чення цього радіонукліда.

150

для допитливих Я дерні р е а кц ії Елементи, яких немає в природі (їх понад 20), називають штуч ними. Вони «народилися» в наукових лабораторіях у результаті ядерних реакцій — перетворень, під час яких змінюються ядра атомів. Учені намагаються сполучити атомні ядра із протонами, нейтрона ми, іншими (легкими) ядрами. Ці частинки розганяють до високої швидкості у спеціальних установках (прискорювачах) і бомбардують ними ядра-мішені. Під час таких експериментів іноді утворюються атоми нових елементів. Зазначимо, що при хімічних реакціях еле менти залишаються незмінними. Уперше ядерну реакцію здійснив англійський фізик Е. Резерфорд у 1919 р. Він «опромінював» атоми Нітрогену а-частинками (це — ядра атомів Гелію) і виявив утворення ядер одного із нуклідів Оксигену, а також протонів (мал. 60):

З Н е + ^ІЧ -^ О + іН. © ІН

е> Не

еж|

Мал. 60. Умовне зображення ядерної реакції

Рівняння ядерної реакції відрізняється від хімічного рівняння наявністю індексів зліва від символу кожного елемента. Верхній індекс як вам відомо, є нуклонним числом, а нижній — протонним числом. Суми однойменних індексів у лівій і правій частинах рівнян ня ядерної реакції однакові. Наприклад, для наведеного вище рівнян ня вон/і є такими: 4 + 14 = 17 + 1;

2 + 7 = 8 + 1.

Відкриття Резерфорда ініціювало здійснення багатьох експери ментів з метою добування нових невідомих науці елементів. У другій половині минулого століття й на початку нинішнього фізи ки за допомогою ядерних реакцій добули низку елементів, які «зай няли» порожні клітинки в періодичній системі після Урану. їх назвали 1трансурановими елементами.

Ч _______________________________________________________ ^ 151

Сучасна модель атома Матеріал параграфа допоможе вам:

Мал. 61. «Місця перебування» електрона в атомі Гідрогену

> зрозуміти, що таке орбіталь, енергетичний рівень і підрівень; > з ’ясувати форми і розміщення орбіталей у про сторі; > визначати максимальну кількість електронів на енергетичному рівні та підрівні.

Результати досліджень електронів свідчать про те, що ці частинки відрізняються від зви чайних фізичних тіл. Електрон має властиво сті і частинки, і хвилі. Точно визначити його розмір, траєкторію руху й координати у про сторі неможливо. Електронні орбіталі. Електрон може знахо дитися в будь-якій точці атома (мал. 61).

Частину простору в атомі, де перебування електрона найімовірніше, називають орбіталлю.

Мал. 62. Сферична орбіталь (з-орбіталь)

Орбіталь із електроном схожа на мікроско пічну хмару (існує термін «електронна хмара»). У ній розподілені і маса, і заряд електрона. Орбіталі можуть мати кілька форм1. Най простіша серед них — сферична (мал. 62), тобто форма кулі (у її центрі розміщене ядро атома). Таку орбіталь позначають літерою з, а електрон у ній називають 8-електроном. Другий різновид форми — гантелеподібна (мал. 63). Її має р-орбіталь. Такі орбіталі роз міщені в просторі вздовж осей х, у, 2 , тому їх ще називають рх-, ру-, р 2-орбіталями. У них перебувають р-електрони. Існують ще й сі- і /-орбіталі складніших форм.

1Форми орбіталей визначено за допомогою розрахунків. 152

Мал. 63. Гантелеподібні орбіталі (р-орбіталі): а, б, в — р-орбіталі з різним розміщенням у просторі; г — три р-орбіталі в одному атомі Будь-яку орбіталь спрощено зображують маленьким квадратом 1

1. а електрон у ній —

стрілкою: Ш . У кожній орбіталі може перебувати один або два електрони. Ці два електрони відрізняються між собою за ознакою, яку називають спіном1. Її спрощено подають як обертання електрона нав коло власної осі (так обертається наша планета, внаслідок чого відбувається зміна дня і ночі). Один із електронів обертається навколо цієї осі за годинниковою стрілкою, інший — проти годинникової стрілки, тобто має протилежний спін (мал. 64). Ці електрони позначають в орбі талі протилежно спрямованими стрілками: Мал. 64. Електрони з різними спінами

Ті Орбіталь, у якій містяться два електрони, є заповненою. Якщо в орбіталі один електрон, то його називають неспареним, а якщо два — спареними. Енергетичні рівні. Найважливішою характе ристикою електрона, яку можна визначити досить точно, є його енергія. Електрони, що зай мають в атомі одну чи кілька орбіталей однако вої форми і розміру, мають однакову енергію.

1Термін походить від англійського слова зріп — обертатися.

153

Чим компактніша орбіталь і чим ближче до ядра пере буває електрон, тим його енергія менша. Сучасна модель атома враховує енергію електронів. У ній ці частинки розподіля 4 — ^ --------** ють за так званими енергетичними рівня — 4р ми (схема 16). Кожний енергетичний \ , - — Зс/ рівень заповнюють електронами з однако А ----45 вою чи дуже близькою енергією. Електро з - 4 - ------ Зр ни першого рівня мають найменшу енер ----- 35 гію; вони перебувають найближче до ядра 2Р 2 — атома. Другий рівень займають електро " " ----- 25 ни з вищою енергією, третій — із ще 1 — .........— І5 Підрівень вищою і т. д. Замість терміна «енергетичний рівень» Енергетичний нерідко використовують інший — «елек рівень тронна оболонка». Енергетичні рівні складаються з підрівнів, Схема 16. Енергетичні причому номер рівня вказує на кількість рівні підрівнів. Так, у першого рівня є один підрі вень, у другого — два, у третього — три (схема 16) і т. д. Розподіл електронів за енергетичними рів нями. Кожний енергетичний рівень вміщує обмежену кількість електронів. їх максималь ну кількість визначають за формулою

А Енергія електрона

ЛГтахСО = 2П2, де п — номер рівня. На першому енергет ичному рівні може перебувати не більше 2 •І 2 = 2 електронів. Вони розм іщ ую ться в одній орбіталі (сф е ричній), є 5-електронами, мають одну й ту саму енергію, але відрізняються за своїми спінами. Заповнення електронами першого енерге тичного рівня проілю струєм о так званими електронними формулами (мал. 65) та їх графічними варіантами: Із І8 І5 1 І 82 п

154

Мал. 65. Електронна формула

Номер енергетичного -

—

І з

Р'вня

^ ^ 1

Кількість електронів в орбіталі Тип орбіталі

Другий енергетичний рівень може вмістити максимум 2 •2 2 = 8 електронів. Два з них зай мають одну з-орбіталь, але більшого об’ єму, ніж та, що належить першому рівню. Вони також мають протилежні спіни. Решта (шість) електронів другого рівня є р-електронами. Оскільки в кожній орбіталі може перебувати не більше двох електронів, то р-орбіталей повинно бути 6 : 2 = 3. Це орбіталі одного енер гетичного рівня; вони мають однаковий об’ єм і розміщені вздовж осей координат (мал. 63). Електронна формула заповненого другого енергетичного рівня —

2 з22р6. Сферична орбіталь для електрона вигідніша за гантелеподібну. Тому з-електрони другого енергетичного рівня мають трохи нижчу енер гію, ніж р-електрони: 2р

Ті

Цікаво знати

Електрони починають надходити у Зб?-орбіталі після заповнення 4з-орбіталі.

Ті Ті Ті

Отже, другий енергетичний рівень склада ється із двох підрівнів. їх позначають так само, як і відповідні електрони: з-підрівень, р-підрівень (схема 16). Третій енергетичний рівень вміщує не біль ше 2 •З2 = 18 електронів. На ньому є три підрівні — Зз, Зр і 3(і. Якщо на з-підрівні може бути не більше 2 -х електронів, на р-підрівні — не біль ше 6-ти, то максимальна кількість електронів на <2-підрівні становитиме 1 8 - 2 - 6 = 10. Це — <2-електрони; вони займають п’ять орбіталей. ► Запишіть електронну формулу та її графіч ний варіант для третього енергетичного рівня, повністю заповненого електронами. 155

Сучасна модель атома дає змогу відтворити його електронну будову, визначити можливо сті сполучення атома з іншими атомами, а також втрати атомом електронів чи їх приєд нання ним. Усе це зумовлює хімічні властиво сті простих і складних речовин.

ВИСНОВКИ

Частину простору в атомі, де перебування електрона найімовірніше, називають орбіталлю. Орбіталі мають кілька форм — сферичну (у такій орбіталі містяться я-електрони), гантелеподібну (у ній перебувають р-електрони) та деякі інші. Орбіталь може містити один або два електрони. Властивість електрона, яка нагадує обертан ня навколо власної осі, називають спіном. У сучасній моделі атома електрони розподіля ють за енергетичними рівнями та підрівнями. Кожний рівень і підрівень вміщує обмежену кількість електронів.

220. Що таке орбіталь? Які форми мають з- і р-орбіталі? 221. Як розміщені у просторі р-орбіталі одного атома? Чому позна чення з-орбіталі не має індексу (наприклад, зх)? 222. Знайдіть відповідність: ^ | | а) заповнена орбіталь; б) спарені електрони; в) електрони з протилежними спінами; 2) г) неспарений електрон; 3) п ґ) порожня (вакантна) орбіталь. 223. Назвіть характеристики, за якими один електрон може відріз нятися від іншого чи бути подібним до нього. 224. Енергія якої частинки менша: 5-електрона на 1-му енергетично му рівні чи р-електрона на 2-му енергетичному рівні? Відповідь поясніть.

225. Чи завжди енергія електрона 3-го енергетичного рівня більша, ніж електрона 2-го рівня? Чи зміниться відповідь, якщо порів нювати енергію електрона 4-го рівня і електрона 3-го рівня? Використайте схему 16. 226. Який запис дає більше інформації про електрони: електронна формула чи її графічний варіант? Чому? 227. Серед указаних підрівнів назвіть ті, які в атомі неможливі: 6р, 26, 1 р, 5з.

Будова електронних оболонок атомів Матеріал параграфа допоможе вам: > складати електронні формули атомів; > прогнозувати значення валентності елемента за електронною будовою атома; > розрізняти основний і збуджений стани атома.

Розміщення електронів в атомах. Усе в нав колишньому світі прагне перейти у стан із найменшою енергією. Такий стан є найстійкішим і тому найвигіднішим. Принцип наймен ш ої енергії визначає й електронну будову атома.

Електрони в атомі розміщуються так, щоб їх енергія була мінімальною. Розглянемо, як заповнюють електрони енергетичні рівні та підрівні в атомах різних елементів. Атом елемента № 1 Гідрогену містить лише один електрон. Згідно із принципом найменшої енергії цей електрон має перебу вати якомога ближче до ядра, тобто належа ти до першого енергетичного рівня й займати Із-орбіталь. 157

Електронна формула атома Гідрогену1 та її графічний варіант такі: іН

Із1; Із

Атом елемента № 2 Гелію містить два елек трони. Чи може другий електрон надійти на перший енергетичний рівень? Так, бо макси мальна «ємність» першого рівня — 2 електро ни. Ці частинки матимуть різні спіни. Запишемо електронну формулу атома Гелію та її графічний варіант: 2Не Із2; Із Т і В атомі елемента № 3 Літію — 3 електрони. Два електрони займають Із-орбіталь (схема 16). Перший енергетичний рівень є заповненим, і третій електрон надходить на другий рівень. Із орбіталей 2 з- і 2р- він «обирає» ту, яка має нижчу енергію, тобто 2 з-орбіталь. Електронна формула атома Літію та її гра фічний варіант такі: 2р 3Іл 1 з22 з1; ----2з 0 Із Електрони на останньому енергетичному рівні атома називають зовнішніми. В атомі металічного елемента Літію — один зовнішній електрон; він перебуває у 2 з-орбіталі. Щоб виділити в атомі зовнішні електрони, Мал. 66. використовують скорочений запис електронної Клітинка формули. Для атома Літію він є таким: [Н е^з1. елемента Символ елемента Гелію у квадратних дужках Літію означає, що внутрішня частина електрон ної оболонки атома Літію така сама, як і електронна оболонка атома Гелію (Із 2). Скорочені записи електронних формул ЛІТІЙ 6,941 атомів містяться в короткому варіанті [НЄІ231 періодичної системи (форзац І, мал. 66 ).

1 Запис електронної формули атома ще називають електронною конфігурацією.

158

Іноді електронні формули атомів запису ють, зазначаючи лише зовнішні електрони. Така формула для атома Літію — ... 2а1. В атомі елемента № 4 Берилію — 4 електро ни. Четвертий електрон «складає пару» третьому й розміщується у 2 «-орбіталі: 2р 4Ве І52282, або [Не]2з2; 2$ І8 Атом елемента № 5 Бору має 5 електронів. П ’ ятий електрон належить другому енерге тичному рівню й розміщується в одній із р-орбіталей: 2р 5В І822822р1, т або [Не]2822р]; 28 |ТІ І8 п ] В атомі елемента № б Карбону з’ являється шостий електрон. Він може або «підселитися» до п ’ ятого електрона в одну р-орбіталь, або зайняти іншу р-орбіталь. Реалізується друга можливість: електрони, маючи однойменні заряди, відштовхуються один від одного; їм вигідніше зайняти різні орбіталі. Електронна формула атома Карбону та її графічний варіант: 2р 6С І822822р2, Т Т або [Не]2822р2; 28 ІПІ Ц±І Цікаво знати Електронну будову атомів елементів, відкритих останнім часом, остаточно не з’ ясовано.

І8 0 Враховуючи те, що кожний електрон нама гається зайняти вакантну орбіталь останнього підрівня, а в разі її відсутності «підселяється» до іншого електрона (із протилежним спіном), запишемо електронні формули атомів решти елементів 2 -го періоду: 159

2р ^

Ь 22 $22р3, 28

або [Не]2822р3;

ТІ] ПГПГЇ

І 8 п\

2р 80 І 822822р4, 28 Ті

або [Не]2«22р4;

Ті

І 8 Ті

2р 9Г І 822822р 5, або [Не]2822р5;

Ті

Ті Ті

І 8 Ті

2р 1(^ е І 822822р6, або [Не]2822р6;

Ті

Ті Ті Ті

І 8 Ті Заповнення електронами орбіталей зовніш нього енергетичного рівня в атомах елементів 2-го періоду показано на малюнку 67.

Мал. 67. Атоми елементів 2-го періоду

В атомі елемента № 11 Натрію починається заповнення третього енергетичного рівня. На ньому з’ являється один електрон:

Зр З8

\п\

І 8 Ті 160

ІТі

за

Ті Ті

„ N 3 І822822р6381, або [Ке]38х

► Виведіть електронні формули атомів решти елементів 3-го періоду. Корисно запам’ ятати: кількість енергетич них рівнів атома, на яких перебувають елек трони, збігається з номером періоду, де міститься елемент. При складанні електронних формул атомів еле ментів 4-го періоду потрібно враховувати, що енергія підрівнів зростає в такому порядку (схема 16): І8 < 2з < 2р < Зз < Зр <4з < Зеї < 4р, а на останньому енергетичному рівні в атомі не буває більше 8 електронів. Стан атома, в якому орбіталі заповнені елек тронами згідно із принципом найменшої енер гії, називають основним. Зовнішні електрони атома і валентність елемента. Існує зв’ язок між розміщ енням електронів на останньому енергетичному рівні атома і значеннями валентності еле мента. Не випадково зовніш ні електрони називають валентними. Зіставимо деякі факти. Атом Гідрогену має один електрон; значення валентності елемен та дорівнює 1. На зовнішньому енергетичному рівні атома Літію — теж один електрон, а атома Флуору — сім електронів, серед яких один — неспарений. Літій і Флуор — однова лентні елементи. В атомі Оксигену на зовніш ньому рівні — два неспарені електрони; цей елемент — двовалентний.

Кількість неспарених електронів в атомі вказує на можливе значення валентності елемента. Атом Карбону містить два неспарені елек трони (с. 159). Проте цей елемент у своїх спо луках (крім чадного газу СО) виявляє валент ність 4. Отже, в атомі Карбону має бути не два,

Цікаво знати Окремий атом, що перебуває у збудженому стані, швидко повертається в основний стан, втрачаючи при цьому частину своєї енергії.

а чотири неспарені електрони. Вони з ’ явля ються в результаті роз’єднання пари 28-електронів: один із електронів, отримавши порцію енергії, переходить у вакантну р-орбіталь. Процес переходу електрона з однієї орбіталі в іншу (у межах одного енергетичного рівня) називають збудженням атома. Збуджений стан атома позначають зірочкою вгорі після символу елемента: С

С*

І822з22р2 -► 1 822 в12р 3

2р 28

\Щ

18 [П] основний стан атома Карбону

І8 збуджений стан атома Карбону

В атомах Оксигену і Флуору немає вакант них орбіталей. Тому руйнування пар 2з- і 2/?-електронів неможливе. Значення валент ності цих елементів збігається з кількістю неспарених електронів в атомах: 2 — для Оксиге ну і 1 — для Флуору. В атомах Гелію і Неону в усіх орбіталях пере бувають лише пари електронів, а вільних орбі талей немає. Ці елементи не виявляють такої властивості як валентність; їхні атоми нездатні сполучатися один з одним і з іншими атомами.

ВИ СН О ВКИ

Електрони в атомі розміщуються так, щоб їхня енергія була мінімальною. На кожному енергетичному рівні електрони спочатку запов нюють «-орбіталі, а потім — р-орбіталі. Кількість неспарених електронів в атомі вка зує на можливе значення валентності елемента. Атом за наявності вільних орбіталей на остан ньому енергетичному рівні може переходити у 162

збуджений стан. При цьому за рахунок роз’єд нання електронних пар кількість неспарених електронів в атомі зростає і виникає передумова підвищення елементом своєї валентності.

Ов 228. Атом елемента 2-го періоду має на останньому енергетичному рівні 6 електронів. Скільки серед них спарених електронів, а скільки — неспарених? 229. Атоми яких елементів 2-го періоду в основному стані мають один неспарений електрон, два неспарені електрони? 230. Назвіть елемент, атом якого має таку електронну формулу: а) І з 2; б) І5 22522р63з1; в) [Не]2з22р5; г) [МеІЗз1. 231. Назвіть два елементи, в атомах яких в основному стані кіль кість усіх 5 - і всіх р-електронів однакова. 232. Чи може існувати збуджений стан для атомів Гідрогену, Силіцію, Нітрогену? Відповіді обґрунтуйте. 233. Знайдіть відповідність: а) основний стан атома; б) збуджений стан атома. 2) І5 22з22р4

П 4) І5 22512р3 234. Напишіть електронну формулу та зобразіть її графічний варіант для збудженого атома Бору. 235. Яке значення валентності виявляє атом із такою електронною формулою:

в) [Ме]35г

г) І5 22з12р3?

163

Періодичний закон і електронна будова атомів Матеріал параграфа допоможе вам: > з’ясувати, чим сучасне формулювання періодич ного закону відрізняється від того, що дав Мен делєєв; > зрозуміти фізичну суть періодичного закону; > засвоїти зв'язок між номером періоду і кількістю енергетичних рівнів в атомі, а також між номе ром групи і кількістю електронів на зовнішньому енергетичному рівні; > пояснити зміну радіусів атомів елементів у періо дах і групах.

Сучасне формулювання періодичного зако ну. Д. І. Менделєєв, як і його сучасники, ще не знав, яку будову має атом. Однак він був упев нений в тому, що причину періодичності у змінах хімічного характеру елементів і вла стивостей речовин слід шукати в самих ато мах. Учений розумів, що періодичний закон потребує глибшого пізнання. Відкриття складної будови атома допомогло встановити, що фундаментальною характери стикою кожного елемента є заряд ядра атома, а не маса, оскільки більшість елементів має ізотопи. Тому нині періодичний закон форму люють так: властивості хімічних елементів, простих речовин, а також склад і властивості сполук перебувають у періо дичній залежності від значень зарядів ядер атомів. Відомо, що Менделєєв розмістив у періодич ній системі Йод після Телуру, хоча маса атома Йоду трохи менша. Основними критеріями для вченого були, крім атомної маси, хімічний характер елементів і властивості утворених 164

ними речовин. Тепер ми знаємо, що в ядрі атома Йоду міститься на один протон більше, ніж у ядрі атома Телуру, і тому порядковий номер Йоду має бути на одиницю більшим. Уперіодичній системі є ще кілька пар елементів, які за значеннями атомних мас слід було б помі няти місцями. Серед них — Аргон і Калій. Атом Калію містить на один протон більше. Але чому його відносна атомна маса менша, ніжАргону? Обидва елементи мають по три природні нуклі ди. Аргон майже цілком складається із «важко го» нукліда 40Аг; таких атомів — 99,6 % від їх загальної кількості (існують ще нукліди 36Аг і 38Аг). У Калію ж переважає «легкий» нуклід 39К, на який припадає 93,2 %усіх атомів (існують ще нукліди 40К і 41К). Мал. 68. Фрагмент періодичної системи "'\Групм Періодам 1 1

Н І81 т* 3 ІЛ 28і

11 N8 38і . О

Фізична суть періодичного закону. Зверне мо увагу на зовнішні електронні оболонки ато мів перших 18 елементів (мал. 68 ). II

ПІ

VII

VIII 2 Не І82

4 Ве 28а (II) 12 м/ 38 (II)

5 В 2я22р1 ..«п її 13 АІ 3823р‘ .... (•»)

6 С 2822р2 (IV) 14 81 3в23р2 (IV)

7 N 2в22р8 (IV! 15 Р 3в23р* (У)

2аг2р4

2аг2рь

■11! 16 8 3в23р4 (V )

(і) 17 СІ 3в23р5 . (VIII

10 Ке 2зг2 / 18 Аг зв2з /

* У дужках наведено значення валентності елемента (єдине або максимальне). Як бачимо, у природному ряду хімічних елементів кількість зовнішніх електронів в атомах та їх розміщення в орбіталях періодич но повторюються. Наприклад, в атомах Гідро гену (елемент № 1), Літію (№ 3), Натрію (№ 11) на останньому енергетичному рівні перебуває один «-електрон, в атомах Гелію (№ 2), Бери лію (№ 4), Магнію (№ 12) — два «-електрони. За кількістю зовнішніх електронів можна передбачити хімічний характер елемента. В атомах елементів 2-го і 3-го періодів Літію, 6 Хімія, 8 кл.

Берилію, Натрію, Магнію, Алюмінію на остан ньому енергетичному рівні перебуває невелика кількість електронів — від 1 до 3 (мал. 68 ). Це металічні елементи. В атомах неметалічних елементів кількість зовнішніх електронів більша — від 4 до 8 . Оскільки склад зовнішньої електронної обо лонки атома впливає на хімічний характер еле мента, то періодичність зміни електронної будо ви атомів елементів спричиняє періодичність зміни складу і властивостей речовин. У цьому полягає фізична суть періодичного закону. Класифікація елементів за електронною будовою атомів. В основу однієї з класифікацій хімічних елементів покладено електронну будову атомів. Залежно від типу орбіталі, в якій розміщуються електрони з найбільшою енергією (зовнішні електрони), розрізняють з-елементи, р-елементи, <і-елементи і / - еле менти. Клітинки елементів кожного типу в періодичній системі мають певний колір — рожевий (§-елементи), жовтий (р-елементи), синій (<і-елементи) або зелений (/-елементи). 8-Елементи (крім Гелію) належать до голов них підгруп І та II груп, а р-елементи — до головних підгруп III—VIII груп. В усіх побіч них підгрупах містяться <і-елементи, а /-еле менти належать до побічної підгрупи III групи. Це — лантаноїди та актиноїди; їх винесено за межі основного поля періодичної системи. Періодична система, електронна будова атомів і валентність елементів. З електронною будовою атомів узгоджуються номери періодів і груп: • номер періоду, в якому розміщений еле мент, указує на кількість енергетичних рівнів (електронних оболонок) у його атомі; • номер групи, в якій перебуває 8- чи р-елемент, збігається із кількістю електронів на зовнішній оболонці атома 1 й указує на 1Для (і-елементів III—VII груп номери груп збігаються із сумарною кількістю електронів на двох останніх підрівнях (сі- і 5 - ) .

166

Мал. 69. Атоми елементів 3-го періоду

максимальне значення валентності еле мента (мал. 68 ). Існує кілька елементів, максимальні зна чення валентності яких відрізняються від номерів відповідних груп періодичної систе ми. Нітроген — елемент V групи, але значен ня його валентності не перевищує 4. Сталі значення валентності Оксигену (2) і Флуору (1) також не відповідають номерам груп (VI і VII). Причину цього розглянуто в попередньо му параграфі. Зміна радіусів атомів елементів у періодах і групах. Атом у нашій уяві є мікроскопічною кулькою із певним радіусом1. Радіус атома — це відстань від центра ядра до сферичної поверхні, якої торкаються орбіталі з електронами останнього енерге тичного рівня. Радіуси атомів залежать від зарядів ядер і кількості енергетичних рівнів, на яких розмі щені електрони. Атоми елементів одного періоду мають одна кову кількість енергетичних рівнів, але різні радіуси (мал. 67, 69). Заряди ядер атомів еле ментів у періоді зростають. Чим більший заряд ядра, тим ближче до нього перебувають елек трони й тим радіус атома менший. Таку за лежність пояснює закон фізики, згідно з яким частинка з більшим зарядом сильніше притя гує (або відштовхує) іншу.

Аг

Радіуси атомів елементів у періоді зменшуються зліва направо. 1 Радіуси окремого атома і такого, який міститься в речовині, різні.

167

►Скориставшись малюнком 69, зіставте раді уси атомів металічних і неметалічних еле ментів 3-го періоду. Тепер порівняємо атоми елементів однієї групи (підгрупи). У них зі збільшенням поряд кового номера зростає кількість енергетичних рівнів, на яких розміщені електрони. Це приво дить до збільшення розмірів атомів (мал. 70). Чим більше енергетичних рівнів має атом, тим його радіус більший.

Радіуси атомів елементів у групі (підгру пі) зростають зверху донизу.

Мал. 70.

Атоми елементів головної підгрупи І групи

Зверніть увагу на заряди ядер атомів Літію, Нат рію і Калію. Вони різко зростають: +3 (Ц), +11 (Л/а), +19 (К). Це має посилити притягання електронів до ядра і спричинити зменшення радіусів атомів. Однак зростаючі заряди ядер значною мірою екрануються зарядами електронів внутрішніх обо лонок, ніби нейтралізуються ними. А кількість цих електронів від Літію до Калію збільшується майже так само, як і заряди ядер. Тому визначальним чинником, який впливає на радіуси атомів еле ментів однієї групи (підгрупи), є кількість енерге тичних рівнів.

висновки Періодичний закон нині формулюють так: властивості хімічних елементів, простих речовин, а також склад і властивості сполук перебувають у періодичній залежності від значень зарядів ядер атомів. Фізична суть періодичного закону полягає в тому, що зі зростанням зарядів ядер періодич но змінюється електронна будова атомів, що зумовлює періодичну зміну хімічного характеру елементів, їх валентності, властивостей про стих речовин і сполук.

168

За електронною будовою атомів розрізняють 8-, р - , А- і /-елементи. Номер періоду, в якому розміщений елемент, вказує на кількість енергетичних рівнів у його атомі, а номер групи — на кількість електронів на зовнішньому рівні й максимальне значення валентності. Радіуси атомів елементів у періоді зменшу ються зліва направо, а в групі (підгрупі) зроста ють зверху донизу.

■

236. Поступово чи періодично змінюється зі зростанням порядково го номера елемента: а) загальна кількість електронів в атомі; б) кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні? 237. Яка, на вашу думку, причина того, що відносна атомна маса Телуру більша, ніж Йоду, хоча в атомі Телуру міститься на 1 про тон і 1 електрон менше? 238. Випишіть у стовпчик усі символи елементів, що починаються з літери N. Після кожного символу вкажіть назву і тип відповідно го елемента (з-, р-, сі- чи /"-елемент). 239. Не складаючи електронних формул, укажіть кількість електро нів на останньому енергетичному рівні в атомах СІ, РЬ, Аз, Кг. 240. Яку інформацію про хімічний елемент можна отримати з елек тронної формули атома? 241. Елементам яких типів належать такі електронні формули ато мів: а) 1з22з22р63з2; б) 1з22з22р1; в) 1з22з22р63з23р4? 242. Що таке радіус атома? Від яких чинників залежить його зна чення? 243. Атом якого елемента в кожній парі має більший радіус: 5і — Р, Р — Вг, Н — Не, Иа — Ве? Відповіді поясніть. 244. Передбачивши характер зміни радіусів атомів у рядах елемен тів Ве — Мб — АІ і Ве — В — АІ, виберіть правильну відповідь: а) радіус атома Берилію більший, ніж атома Алюмінію; б) радіус атома Алюмінію більший, ніж атома Берилію; в) радіуси атомів Берилію та Алюмінію майже однакові. 245. Назвіть елемент, атом якого, на вашу думку, має: а) найменший радіус; б) найбільший радіус. Поясніть ваш вибір.

169

Характеристика елемента 3 9 ЙОГО місцем у періодичній системі та будовою атома Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати, що розуміють під характеристикою хімічного елемента; > складати характеристику елемента й визначати тип його простої речовини за місцем елемента в періодичній системі та будовою атома.

Усвідомивши суть періодичного закону, знаючи, яку інформацію про елементи містить періодична система, і спираючись на елек тронну будову атома, ви можете скласти характеристику елемента, визначити тип його простої речовини. Покажемо, як це зробити, і наведемо необхідні роз’ яснення. План характеристики елемента 1. Місце елемента в періодичній системі (номер періоду, номер групи, головна чи побічна підгрупа). 2. Відносна атомна маса. 3. Склад атома, тобто кількість протонів, нейтронів (якщо елемент належить до двадця ти елементів, які мають по одному природному нукліду) й електронів. Імовірність існування природних ізотопів (за відхиленням значення відносної атомної маси від найближчого цілого числа). 4. Електронна будова атома, тобто розмі щення електронів на енергетичних рівнях і підрівнях. 5. Тип елемента (з-, р-, й-, /-), його хімічний характер (металічним чи неметалічним є еле мент). 6 . Максимальне і мінімальне значення валентності (за номером групи періодичної 170

системи, у якій міститься елемент, і кількістю неспарених електронів в атомі). Можливість перебування атома у збудженому стані. 7. Тип простої речовини, утвореної елемен том (метал чи неметал). ВПРАВА. Скласти характеристику Фосфору за місцем елемента в періодичній системі та будовою атома. Розв’язання 1. Елемент Фосфор міститься в 3-му періоді, у V групі, головній підгрупі. У відповідній клітинці періодичної систе 30,974 Фосфор ми (мал. 71) знаходимо символ елемен [Ие]38 3р та — Р. Оскільки назви простої речови ни у клітинці немає, то вона збігається Мал. 71. із назвою елемента — фосфор1. Клітинка Фосфору 2. Відносна атомна маса елемента — в періодичній системі 30,974. 3. Порядковий номер елемента (про тонне число) — 15. До складу атома Фос фору входять 15 протонів і 15 електронів. Фосфор перебуває серед тих двадцяти елементів (§ 23), які мають по одному природному нукліду. Нуклонне число для нукліда Фосфору отримуємо, округлюючи значення відносної атомної маси елемента до цілого числа: 30,974 « 3 1 . Позначен ня нукліда — 31Р. Кількість нейтронів у ядрі нукліда дорівнює різниці між нуклонним і протонним числами: 31 - 15 = 16. 4. Оскільки Фосфор міститься в 3-му періоді, то електрони в його атомі розміщені на 3-х енергетичних рівнях. Перший і другий рівні заповнені; на них перебуває відповідно 2 і 8 елек тронів (такою є електронна будова атома елемента № 10 Неону). На третьому, зовнішньому, рівні містяться 5 електронів (їх кількість для елемента головної підгрупи збігається з номером групи): 2 електрони — на Зй-підрівні ІЗ — на Зр-підрівні. Електронна формула атома Фосфору — І822822р63зг3р3. Її гра фічний варіант із зображенням не тільки заповнених, а й вакантних орбіталей останнього енергетичного рівня (Згі-орбіталей) має такий вигляд:

1 Існує кілька простих речовин цього елемента. Найважливіші серед них — червоний і білий фосфор.

171

за

Зр 38

І£ Ті

2р Ті Ті Ті

І8 Ті Фосфор — р-елемент, оскільки при забудові енергетичних ріВІЇіи атома останній електрон надходить у р-орбіталь. Фосфор належить до неметалічних елементів; він перебувае в довгому вар^н ті періодичної системи праворуч і вище від ламаної лінії. 0 # Мінімальне значення валентності Фосфору дорівнює З (таіс0Ює кількість неспарених електронів в атомі). Існує можлив}с1Ф переходу одного електрона із 38-орбіталі у З а -орбіталь: Р

р *

І8 22822р63823р3 ->

38 х ---- 1

І8 22822р63813р33сі1

за

Зр

за

Зр

ПГІІТ т

^ л ь к іс т ь неспарених електронів у збудженому атомі збільш у£ться до п ’ яти. Тому максимальне значення валентності фоСфору дорівнює 5. ' Оскільки Фосфор — неметалічний елемент, то його проста рЄті0 вина є неметалом.

Характеристика Гідрогену. Елемент № 1 — єдиний, який розміщують у двох клітинках періодичної системи. Його можна знайти в головних підгрупах І та VII груп. Кожний варіант розміщення Гідрогену має свої підстави. Гідроген схожий на елементи головної під групи І групи — лужні елементи. Він є одно валентним, його атом містить на останньому

172

(єдиному) енергетичному рівні один елек трон. Гідроген подібний і до елементів головної підгрупи VII групи — галогенів. Це — неметалічний елемент. Постійне значення його валентності збігається з мінімальним значен ням валентності галогенів. Проста речовина Гідрогену — газ водень Н2 — за своїми власти востями має багато спільного із фтором Г 2 і хлором С12. Якому ж варіанту розміщення Гідрогену в періодичній системі слід надати перевагу? Одностайної думки немає. Тому цей елемент можна виявити і в І, і в VII групі. При складанні характеристики елемента Гідрогену слід враховувати обидва варіанти його розміщення в періодичній системі.

ВИСНОВКИ Хімічний елемент характеризують, вказую чи його місце в періодичній системі, відносну атомну масу, склад і електронну будову атома, хімічний характер, тип (за електронною будо вою), значення валентності (з урахуванням можливості перебування атома у збудженому стані), а також тип простої речовини.

9 ■

246. Охарактеризуйте Літій і Сульфур за планом, наведеним у параграфі. Зважте на те, що атом Сульфуру може перебувати у двох збуджених станах. 247. Назвіть кілька елементів, які мають значення валентності 7. 248. Для яких елементів максимальні значення валентності не збі гаються з номерами груп, де вони розміщені? 249. У чому схожі водень і хлор? Чим відрізняється водень від натрію?

173

Періодична система, хімічний характер елементів і властивості простих речовин

Ш т&

Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати, як змінюється характер елементів у періодах і групах; > передбачати хімічні властивості простих речовин та їх активність з урахуванням розміщення еле ментів у періодичній системі.

Ви знаєте, що існують металічні та неметалічні елементи. Перші містяться в періодич ній системі на початку кожного періоду і в се редині великих періодів. їхні атоми мають на зовнішньому енергетичному рівні, як прави ло, від одного до трьох електронів. Неметалічні елементи завершують періоди. Зовнішніх електронів у їхніх атомах більше — від 4 до 8 : \Групи

Иа 38і

М£

III

VII

VIII

Періоду 3

АІ 382 3823 /

Металічні елементи

Аг Р 8 СІ 3823р2 Зв2Зр3 3в23р4 3823р5 3823р6

8і

Неметалічні елементи

Металічні елементи утворюють прості речо вини метали, а неметалічні — прості речовини неметали. Хімічний характер елемента визна чають передусім за хімічними властивостями його простої речовини, тобто враховують, чи вступає вона в реакції, характерні для металів або неметалів, а якщо вступає, то наскільки активно. 174

Х ім ічн а активність металів — простих речовин елементів одного періоду. З’ ясуємо,

як змінюється активність простих речовин металічних елементів 3-го періоду в реакціях з водою і хлоридною кислотою. Вам добре відомо, що натрій бурхливо взає модіє з водою за звичайних умов. Магній всту пає в аналогічну реакцію тільки при нагріванні (мал. 72), а алюміній навіть у киплячій воді залишається незмінним1. Отже, хімічна актив ність металів щодо води зростає у ряду алюмі ній — магній — натрій. Мал. 72. Відношення магнію до води: а — холодної; б — гарячої. Утворення магній гідроксиду виявляє фенолфталеїн

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 13

Порівняння хімічної активності магнію й алюмінію в реакції з кислотою Помістіть в одну пробірку трохи магнієвої стружки, а в іншу — алюмінієвої (замість неї можна взяти алюмінієву фольгу). Налийте в обидві пробірки по 1—2 мл розбавленої хлоридної кислоти. Що спостерігаєте? Якщо в одній із пробірок реакція не відбувається, нагрійте її вміст, але не до кипіння. За інтенсивністю виділення газу (якого?) й умовами пере бігу реакцій зробіть висновок про те, який метал активні ший — магній чи алюміній. Зіставте розміщення відповід них металічних елементів у періодичній системі. Складіть рівняння реакцій.

1 Алюміній починає взаємодіяти з водою при потраплянні на нього ртуті.

Х ім ічн а активність металів — простих речовин елементів головної підгрупи. Зверне

мо увагу на реакції з водою простих речовин елементів головної підгрупи II групи. Переконатися в різній активності магнію і кальцію можна, здійснивши такий експери мент. У дві пробірки наливають трохи води і добавляють по 1— 2 краплі розчину фенол фталеїну. В одну пробірку вносять невеликий шматочок кальцію, а в іншу — магнієву стружку. З водою реагуватиме тільки каль цій. Якщо пробірку з магнієм і водою нагріти, то і в ній розпочнеться реакція. ► Зіставте хімічну активність магнію і каль цію з розміщенням відповідних елементів у періодичній системі. Складіть рівняння реакцій магнію і кальцію з водою. Дослідивши інші реакції металів (напри клад, із неметалами, солями), можна виявити таку закономірність:

металічний характер елементів і хімічна активність металів посилюються в періодах справа наліво, а в головних підгрупах — згори донизу. Аналізуючи цю закономірність, доходимо висновку: типові металічні елементи перебу вають у лівому нижньому куті довгого варіан та періодичної системи. Це — Францій,

Цезій, Радій. Х ім ічна активність неметалів — простих речовин елементів одного періоду. Порівняємо

особливості перебігу реакцій простих речовин неметалічних елементів 3-го періоду з воднем. Силіцій не реагує з воднем, а фосфор вступає з ним у реакцію при температурі понад 300 °С і підвищеному тиску: 2Р + ЗН2

176

2РН3.

Сірка починає взаємодіяти з воднем при температурі 200 °С: 8 + Н2 = Н28 . Суміш хлору з воднем при освітленні вибу хає (у темряві реакція не відбувається): С12 + Н2 = 2НС1. Ці та інші факти свідчать про те, що актив ність неметалів у ряду силіцій — фосфор — сірка — хлор зростає. Аналогічну зміну хімічної активності спо стерігаємо для неметалів, утворених елемен тами 2-го періоду. Азот реагує з воднем при нагріванні й за наявності каталізатора (про дукт реакції — аміак N113). Суміші кисню і водню, фтору і водню вибухають: перша — при підпалюванні, а друга — за звичайних умов і навіть у темряві. ► Складіть рівняння відповідних реакцій. Хімічна активність неметалів — простих речовин елементів головної підгрупи. Зіста вимо перебіг реакцій із воднем галогенів — простих речовин елементів головної підгрупи VII групи. Про реакції фтору і хлору з воднем ішлося вище; фтор виявляє більшу активність, ніж хлор. Бром взаємодіє з воднем лише при нагрі ванні й за наявності каталізатора Вг2 + Н2 =* 2НВг, а реакція йоду з воднем не відбувається повні стю за будь-яких умов: І2 + Н2

2НІ.

Отже, хімічна активність простих речовин зростає в ряду йод — бром — хлор — фтор.

Неметалічний характер елементів і хімічна активність неметалів посилюються в періодах зліва направо, а в головних підгрупах — знизу догори. 177

Типові неметалічні елементи перебувають у правому верхньому куті довгого варіанта періо дичної системи. Це — Флуор, Хлор, Оксиген.

Матеріал параграфа підсумовує схема 17. **------------------------------------------

Посилення металічного ••• характеру елементів, хімічної Сз... активності металів

Т Рг Ра ...

---------------------------------------...0 Р д Посилення неметалічного ...СІ характеру елементів, хімічної ... активності неметалів

Схема 17. Зміна хімічного характеру елементів і активності простих речовин у періодичній системі (довгий варіант)

ВИСНОВКИ

Хімічний характер елемента зумовлений хімічними властивостями його простої речовини. Металічний характер елементів і активність металів посилюються в періодах справа наліво, а в головних підгрупах — згори донизу. Неметалічний характер елементів і актив ність неметалів посилюються в періодах зліва направо, а в головних підгрупах — знизу догори. Типові металічні елементи перебувають у ліво му нижньому куті довгого варіанта періодичної системи, а типові неметалічні елементи — у пра вому верхньому куті.

■

250. У чому виявляється хімічний характер металічних елементів, неметалічних елементів? 251. Який елемент 3-го періоду утворює найактивніший метал, а який — найактивніший неметал? Назвіть порядкові номери цих елементів і номери груп, у яких вони розміщені. 252. Яка проста речовина має бути активнішою в хімічних реакціях: літій чи натрій, калій чи кальцій, сірка чи селен, телур чи йод? 253. Назвіть елементи, які завершують періоди. До якого типу еле ментів вони належать і які прості речовини утворюють? Що ви знаєте про хімічну активність цих речовин?

178

Періодична система і хімічні властивості сполук Матеріал параграфа допоможе вам: > передбачати хімічні властивості вищих оксидів і гідроксидів за розміщенням елементів у періо дичній системі; > дізнатися, як змінюється характер вищих оксидів елементів у періодах і групах; > з ’ясувати хімічні властивості найважливіших сполук елементів з Гідрогеном. Оксиди. Найхарактернішими для елементів є вищі оксиди. У такому оксиді елемент ви являє максимально можливе для нього значен ня валентності. Воно збігається з номером групи періодичної системи, де розміщений елемент. Простежимо, як змінюються властивості вищих оксидів залежно від розміщення еле ментів у періодичній системі. Розглянемо вищі оксиди елементів 2-го періоду (табл. 5). Перший елемент цього періоду — металічний Літій. Він утворює основний оксид Ьі20 . Другим є Берилій, теж металічний елемент. Його оксид ВеО — амфотерний. Інші елементи цього періо ПЕРІОД ду належать до неметалічних елементів. Основні Бор, Карбон і Нітроген утворюють властивості -----кислотні оксиди — В20 3, С 02, М20 5. У □20 ВеО В2О3 СО2 М20§ перших двох сполук кислотні властиво сті виражені слабко, а у третьої — повКислотні ною мірою. Оксиду Оксигену, зрозуміло, властивості не існує.

У періодах кислотні властивості вищих оксидів поси люються зліва направо, а основні властивості — у про тилежному напрямі. 179

Таблиця 5

Вищі оксиди елементів 2-го періоду Елемент

Ьі ЬігО

Формула оксиду Тип Основний оксиду

Ве ВеО

С N 0 г _* В2О3 С02 Н20 5 —

Амфо терний

Кислотний

Ке —

—

* Сполука 0 Г 2 Д° оксидів не належить; її назва — оксиген фторид.

►Напишіть формули вищих оксидів елемен тів 3-го періоду і зіставте основні й кислотні властивості цих сполук. Чи підтверджуєть ся щойно зроблений висновок (с. 179)? Властивості вищих оксидів у головних під групах кожної групи елементів теж змінюють ся поступово. Для прикладу візьмемо оксиди елементів III групи (табл. 6). Таблиця 6

Вищі оксиди елементів головної підгрупи III групи Елемент В АІ Са Іп ТІ

Формула оксиду В2О3 АІ2О3 Сга20 3 Іп20 3 Т120 3

Тип оксиду Кислотний Амфотерний Основний

У головних підгрупах основні властивості вищих окси дів посилюються згори донизу, а кислотні властивості — навпаки. ►Зіставте основні та кислотні властивості вищих оксидів елементів головної підгрупи II групи. Чи підтверджується щойно зро блений висновок? Гідроксиди. Гідроксид, або гідрат оксиду, — це сполука оксиду з водою. Про відповідність 180

ГО ЛО ВНА ПІДГРУПА

Основні властивості В20 3

аі203 6а203 Іп203 Т1203

Кислотні властивості

властивостей оксидів і гідроксидів ішлося раніше (с. 35, 41— 42, 83). Якщо гідроксид походить від основного оксиду, то він є осно вою, якщо від амфотерного оксиду — амфотер ним гідроксидом, а якщо від кислотного — оксигеновмісною кислотою: Ка20 -> ШОН основний оксид

основа

А12О з -> А 1 (О Н ) з амфотерний амфотерний оксид гідроксид

8О3 —> Н28 0 4 кислотний оксид

кислота

Звідси випливає такий висновок: зміни основних і кислотних властивостей гідратів оксидів у періодах і групах (головних підгру пах) мають бути такими самими, що й для оксидів.

У періодах кислотні властивості гідроксидів посилю ються зліва направо, а основні властивості — у проти лежному напрямі. У головних підгрупах основні властивості гідроксидів посилюються згори донизу, а кислотні властивості — у протилежному напрямі. Проілюструємо ці висновки даними про хімічний характер гідратів вищих оксидів елементів 2-го і 3-го періодів (табл. 7). Сполуки елементів з Гідрогеном. Вам відомо лише кілька таких сполук, зокрема хлорово день НС1, сірководень Н28 . Однак вони існу ють для більшості елементів. їхні будова і вла стивості неоднакові, вони змінюються в періо дах і групах, але не так просто й наочно, як властивості оксидів чи гідроксидів. Розглянемо сполуки елементів 3-го періоду з Гідрогеном (табл. 8). 181

Таблиця 7

Гідроксиди елементів 2-го і 3-го періодів Групи

Періоди І 2

III

VII

ІіОН Ве(ОН)2 Н3ВО3 Н2С03 НЖ>3 луг амф. кислота кислота кислота *** * * гідроксид

“

КаОН М£(ОН)2 А1(ОН)3 НгЗЮз Н3Р04 Н2804 НС104 амф. кислота кислота кислота кислота луг основа *** * ** *** гідроксид

Пр имі т к а . Однією зірочкою позначено слабкі кислоти, двома — кислоту середньої сили, трьома — сильні кислоти.

Таблиця 8

Сполуки елементів 3-го періоду з Гідрогеном Елемент

М£

АІ

8і

СІ

Аг

Формула сполуки

ШН

мен2

АІНз

8іН4

РН3

Н28

неї

—

Будова Агрегатний стан за звичайних умов

Йонна

Атомна

Твердий

Молекулярна

—

Газуватий

—

Перший елемент у цьому періоді — Натрій. Він утворює сполуку КаН (натрій гідрид), яка складається з йонів Ма+ і Н . За будовою, деякими властивостями і навіть зовнішнім виглядом (біла кристалічна речовина) натрій гідрид нагадує солі, зокрема натрій хлорид МаСІ. Сполука Магнію, наступного елемента в періоді, має формулу М^Н2. Це також йонна речовина, яка подібна до солей. Сполука Алю мінію з Гідрогеном А1Н3 має атомну будову і від солей відрізняється. Силіцій і Фосфор перебувають у середині періоду. Силан 8іН4 і фосфін РН3 — гази, які 182

Цікаво знати Рідкий аміак (^кип. = ~33 °С) реагує з лужними металами подібно до кислот (із виділенням водню).

майже не розчиняються у воді й не реагують із нею. Ці речовини складаються з молекул. Далі в періоді розміщені Сульфур і Хлор, їхні сполуки з Гідрогеном — сірководень Н28 і хлороводень НС1 — є молекулярними речови нами. Це — гази, які розчиняються у воді; їхні розчини поводяться як кислоти. Будова і властивості більшості сполук еле ментів 2-го періоду з Гідрогеном такі самі, що й сполук елементів 3-го періоду. Наведе мо кілька прикладів. Літій гідрид ЬіН — йонна кристалічна речовина, що нагадує сіль (як і КаН). Метан СН4 — газоподібна молекулярна сполука, не розчиняється у воді (як і 8іН4). Фтороводень НГ — газ, який складається з молекул. Його водний розчин виявляє кислотні властивості; це — фторид на кислота. Як бачимо, фтороводень подіб ний до хлороводню НС1. Проте дві сполуки елементів 2-го періоду з Гідрогеном — аміак ]ЧН3 і вода Н20 — відріз няються від фосфіну РН3 і сірководню Н28 від повідно. Аміак хоч і є газом, але його розчин нагадує дуже розбавлений розчин лугу. А вода — сполука нейтрального характеру.

ВИСН О ВКИ Існує зв’язок між хімічними властивостями вищих оксидів, відповідних гідроксидів і розмі щенням елементів у періодичній системі. Основні властивості вищих оксидів і гідрокси дів посилюються в періодах справа наліво, у головних підгрупах — згори донизу, а кислотні властивості — у протилежних напрямах. Сполуки типових металічних елементів з Гідрогеном мають йонну будову і нагадують солі. Сполуки типових неметалічних елементів з Гідрогеном складаються з молекул. їхні водні розчини є кислотами.

183

о■ 254. Чи містить періодична система інформацію про оксиди? Якщо так, то яку саме і який її варіант — довгий чи короткий? 255. Напишіть хімічні рівняння, які підтверджують амфотерність: а) берилій оксиду; б) хром(ІІІ) гідроксиду. 256. У якої зі сполук основні (кислотні) властивості мають бути вира жені яскравіше: а) 1_і20 чи Ма20; б) 5і02 чи Р20 5; в) КОН чи Са(ОН)2; г) Н2Те04 чи Н23е04? 257. Які оксид, основа і кислота мають найбільші масові частки Оксигену серед сполук свого класу? Обчисліть їхні значення. 258. Який об’єм займають за нормальних умов такі оксиди: сірчи стий газ масою 4 г, вода масою 36 г? 259. Поясніть наявність пропусків у рядку періодичної системи, назва якого — «Леткі сполуки з Гідрогеном». 260. Запишіть формули сполук Кальцію з Гідрогеном і Арсену з Гідро геном. Яку будову повинна мати кожна сполука — молекулярну, йонну? Спрогнозуйте деякі фізичні властивості цих сполук. 261. Масова частка Гідрогену в сполуці з іншим елементом стано вить 10 %. Визначте елемент і обчисліть масову частку Оксиге ну в оксиді цього елемента.

Значення періодичного закону. Життя та діяльність Д. І. Менделєєва

--------------------------------------------------------------------------------------Матеріал параграфа допоможе вам: > усвідомити значення періодичного закону; > дізнатися про життєвий шлях видатного вченого Д. І. Менделєєва. Значення періодичного закону. Сучасну хімію неможливо уявити без періодичного закону і періодичної системи елементів. Періо дичний закон, або закон періодичності, акуму лює найважливіші знання про хімічні елемен ти, утворені ними прості речовини і сполуки.

184

Цікаво знати

Існує кілька сотень варіантів і різновидів періодичної системи хімічних елементів.

Він дає змогу пояснити багато хімічних фактів, допомагає усвідомити та обґрунтувати різні закономірності у світі хімічних елементів, речовин та їхніх перетворень, передбачити можливості добування невідомих сполук. Відкриття Д. І. Менделєєвим періодичного закону спонукало до пошуків причин періо дичності серед елементів, простих речовин і однотипних сполук. Учені сконцентрували свої зусилля на дослідженні атомів, їх природи. Виявлення на рубежі X IX —X X ст. складної будови атома, а пізніше — і атомного ядра при вело до розкриття фізичної суті періодичного закону. Менделєєв писав, що «періодичному закону майбутнє не загрожує руйнуванням, а лише надбудову й розвиток обіцяє ». Значення періодичного закону для хімічної науки величезне. Його успішно використову ють і в інших науках; цей закон допомагає осяг нути наукову картину матеріального світу. Вчені-біологи довели, що подібні елементи та їхні сполуки можуть виконувати схож і функ ції в організмі, іноді — замінювати одне одно го. На підставі хімічного аналізу гірських порід, мінералів, руд геологи виявили, що подібні елементи часто трапляються в природі разом. Досліджуючи сполуки аналогічного складу, фізики встановили подібність їх будови і фізичних властивостей. Періодичний закон і періодична система становлять основу неорганічної хімії. Учням і студентам не варто запам’ятовувати склад і хімічні властивості великої кількості речовин. Це й неможливо зробити. Потрібно навчитися виділяти, розуміти і передбачати головне про елементи і речовини, використовуючи періо дичний закон і періодичну систему. Життя і діяльність Д. І. Менделєєва. Дмит ро Іванович Менделєєв народився в сибірському м істі Тобольськ у 1834 р. Його батько був учителем, згодом — директором місцевої гім 185

Мал. 73. Менделєєвстудент

186

назії. Дмитро, навчаючись у цій гімназії, най більше цікавився математикою і фізикою. У 1850 р. Д. І. Менделєєв вступив на фізико-математичний факультет Санкт Петербурзького головного педагогічного інституту (мал. 73). Тут він захопився хім ією . У 1855 р. Менделєєв закінчим інститут із золотою медаллю і бун направлений на роботу вчителем гімна зії до Сімферополя. Через Кримську війну він переїхав до Одеси, учителю вав у Ріш ельєвській гімназії, а потім повернувся до Петербурга, де захистив м агістерську дисертацію. У 1857 р. Менделєєву присуджують звання до цента; він читає лекції в П етербурзькому університеті. У 1859— 1861 рр. Менделєєв перебував у відрядженні в Гейдельберзькому університеті (Німеччина), де досліджував фізичні власти вості газів і рідин. Він встановив, що існує температура, вище якої речовина не може перебувати в рідкому стані навіть за високого тиску (так звана критична температура кипіння). Учений вивів рівняння стану іде ального газу, яке нині називають рівнянням Менделєєва — Клапейрона. У 1860 р. Менде лєєв узяв участь у І Міжнародному з’їзді хіміків у Карлсруе. Повернувшись у 1861 р. до Петербурга, уче ний працював в університеті, написав підруч ник «Органічна х ім ія », розробив хімічну теорію розчинів. У 1865 р. Менделєєв захистив докторську дисертацію, а в 1868 р. став про фесором Санкт-Петербурзького університету. Учений ініціював створення Російського фізико-хімічного товариства (воно існує й донині і носить ім ’я Менделєєва). У нього було багато учнів — молодих хіміків. У 1869 р. у віці 35 років Д. І. Менделєєв відкрив періодичний закон. Періодичну систему він включив до свого знаменитого

Мал. 74. Обкладинка підручника Д. і. Менделєєва «Основи хімії»

підручника «Основи хімії» (мал. 74), у якому виклав найважливіші хімічні знання на осно ві періодичного закону. Менделєєв перетворив сукупність хімічних елементів на струнку систему. Із того часу наука хімія набула цілі сності й логічної досконалості. «Основи хімії» було видано у Росії за життя вченого 8 разів, а також у багатьох інших країнах. Автор постійно доповнював і вдосконалював свій підручник. Менделєєв мав широке коло наукових інте ресів у різних галузях природознавства і про мисловості. Він висунув теорію мінерального (неорганічного) походження нафти, запропо нував промисловий спосіб її переробки, транс портування нафти трубопроводом, винайшов спосіб виготовлення бездимного пороху. Видатний учений також досліджував зміну тиску в атмосфері з висотою, вдосконалював техніку різноманітних вимірювань, підвищу вав точність зважувань, змінюючи конструкції терезів. Він організував Головну палату мір і ваг. Д. І. Менделєєв постійно надавав корисні рекомендації щодо видобування нафти, виро щування зернових культур, створив програму розвитку промисловості Росії, розробляв ідеї розвитку різних галузей господарства, напо лягав на ретельному вивченні природних ресурсів. Учений підтримував тісні зв’ язки з Украї ною, хіміками Київського та Х арківського університетів, був обраний почесним членом рад К иївського, Х арківського й Одеського університетів. У 1898 р. Менделєєв узяв участь у створенні Київського політехнічного інституту. Він вивчав роботу вуглевидобувної промисловості в Донбасі, запропонував ідею підземного перетворення вугілля на газоподіб не паливо. Серед його друзів були відомі укра їнські худож ники. Менделєєв трохи знав українську мову. 187

Цікаво знати

Російський поет О. Блок писав про Менделєєва: «...Він давно все знає... Його знання найбільш повне. Воно походить від геніаль ності...».

Д. І. Менделєєв був найосвіченішою, високо культурною людиною. Його обрали своїм почесним членом понад 70 академій наук і нау кових товариств різних країн. Вченому присво їли звання професора Оксфордський, Кем бриджський та кілька інших найпрестижніших університетів світу (мал. 75). Повне зібрання наукових праць Менделєєва налічує 25 великих томів. Н априкінці ж иття Менделєєв писав: «...періодичний закон, дослідження пружно сті газів, розуміння розчинів як асоціацій, “ Основи хім ії” . Тут усе моє багатство. Воно не відняте в когось, а створене мною, це мої діти...» (мал. 76).

Мал. 75. Д. І. Менделєєв у мантії професора Единбурзького університету (Англія). Із картини художника І. Рєпіна

Мал. 76. Менделєєв в останні роки життя

Помер Менделєєв у 1907 р. На честь видатного вченого, визнаючи його заслуги перед світовою наукою, було виріше но дати відкритому американськими вченими в 1955 р. хімічному елементу № 101 назву Менделевій.

188

висновки Періодичний закон — основний закон хімії. Він встановлює зв’ язок між усіма хімічними елементами, дає змогу передбачити їх характер, властивості простих речовин і сполук. Періодичний закон використовують фізики, біологи, геологи, учені інших спеціальностей. Вивчати хімію, не спираючись на періодич ний закон і періодичну систему елементів, не можливо. Дмитро Іванович Менделєєв, відкривши періодичний закон і створивши періодичну систему елементів, став одним із видатних хімі ків. Він багато зробив для розвитку хімічної науки, промисловості, освіти, підтримував тісні зв’язки з Україною.

Ов 262. Чому періодичний закон сприяв відкриттю нових хімічних еле ментів? 263. Які можливі причини знаходження подібних елементів в одному мінералі? 264. Чому хіміку Менделєєву вдалося зробити багато корисного для різних галузей промисловості, висунути ідеї раціонального освоєння природних ресурсів? 265. Дізнайтеся з літератури, сайтів Інтернету про те, які вищі на вчальні заклади, науково-дослідні інститути названі іменем Менделєєва, які поштові марки і монети випущено на честь уче ного, відкритого ним періодичного закону та створеної періо дичної системи. Розкажіть про результати свого пошуку на уроці хімії.

189

розділ

Хімічний зв’язок і будова речовини Атоми майже всіх елементів не можуть довго існувати поодинці. Вони сполучаються з такими самими або іншими атомами. Багато атомів металічного елемента, сполучаючись разом, утворюють метал. Алмаз, графіт, чер воний фосфор містять з ’ єднані між собою атоми неметалічних елементів. Два атоми Оксигену сполучаються в молекулу 0 2; із таких молекул складається газ кисень. Вода містить молекули Н20 , утворені двома атома ми Гідрогену й одним атомом Оксигену. Нат рій хлорид КаСІ складається не з молекул, а з великої кількості йонів Ка+та СГ. Сполучення будь-яких частинок відбуваєть ся з виділенням енергії.

Взаємодію між атомами, молекулами, йонами, завдя ки якій частинки утримуються разом, називають хімічним зв’язком. Чому і як сполучаються атоми? Чим зумо влене перетворення електронейтральних атомів на заряджені частинки — йони? Як залежать фізичні властивості речовин від їхньої будови? Відповіді на ці та інші запи тання ви знайдете в матеріалі цього розділу. Дізнаєтесь і про те, що при утворенні хім іч ного зв’ язку електронні оболонки атомів за знають певних змін. 190

Стійкість електронних оболонок. Перетворення атомів на йони Матеріал параграфа допоможе вам: > зрозуміти, які електронні оболонки атомів і йонів є найстійкішими; > визначати електронну будову простих катіонів і аніонів; > з ’ясувати, чим йони відрізняються від атомів.

Електронна будова атомів інертних елемен тів. Серед усіх простих речовин лише інертні гази — гелій, неон, аргон, криптон, ксенон, радон — складаються з окремих атомів. Про тягом тривалого часу вченим не вдавалося здійснити хімічні реакції за участю інертних газів; їхні атоми «не бажали» сполучатися з атомами інших елементів1. Причина хімічної пасивності цих речовин стала зрозумілою після відкриття будови атомів. Електронна будова атомів перших трьох інертних елементів є такою: І8 Не — ІЗ2

Ті 2р 28

Ке — 1з22з22р6

Ті

Ті Ті Ті 38

А г — І8 22822р63823р6;

Ті

(зовнішні електрони)

Зр

Ті Ті Ті

(зовнішні електрони)

Два електрони в атомі Гелію заповнюють перший енергетичний рівень. Електронна обо лонка атома Неону складається із двох запов нених рівнів: перший містить 2 електрони, а 1 Порівняно недавно було добуто деякі сполуки Криптону, Ксенону й Радону із Флуором і Оксигеном.

191

другий — 8. В атомі Аргону, крім цих рівнів, є третій, незавершений. На ньому розміщуються 8 електронів, які заповнюють Зз- та Зр-підрівні. Атоми Криптону, Ксенону і Радону теж мають на останньому (незавершеному) енерге тичному рівні по 8 електронів (серед них — два з-електрони та шість р-електронів). Узявши до уваги хімічну пасивність інерт них газів і будову атомів відповідних елемен тів, доходимо такого висновку: зовнішня 8-електронна оболонка є для атома вигідною і стійкою1. Її часто називають електронним октетом2.

Утворення позитивно заряджених йонів. Натрій (елемент № 11) розміщений у періо дичній системі за інертним елементом Нео ном. Електронна формула атома Натрію — І822в22р63з1. На останньому енергетичному рівні в атомі міститься лише один електрон, а на передостанньому — октет електронів (2з22р 6). Не дивно, що атом Натрію легко втрачає Зз-електрон. Яка ж частинка утворюється при цьому? Ядро атома залишається незмінним (а отж е, і сам елемент). У ньому міститься 11 протонів (заряд ядра дорівнює + 11), а елек тронів стає на один менше, тобто 10 (їхній сумарний заряд дорівнює -1 0 ). Електронейтральний атом перетворюється на частинку, яка має заряд: + 1 1 - 1 0 = 4-1. Це — йон Натрію Ка+. Його електронна будова така сама, що й атома інертного елемента Неону; йон Натрію є стійкою частинкою із зовнішнім електронним октетом. Запишемо схему перетворення атома Нат рію на йон і електронні формули цих частинок:

Иа - е -» Ка+; атом Ка — І822з22р63з1, або [ИеІЗз1; йон Ка+ — 1з22з22р6, або [Ие]. 1Стійкість атома Гелію забезпечує єдина, заповнена двома електро нами, Із-орбіталь. 2 Слово походить від латинського осіо — вісім.

192

Електронний октет міг би утворитися інакше — в результаті приєднання до єдиного зовнішнього електрона атома Натрію ще семи. Однак цього не відбувається. Очевидно, атому легше віддати один електрон, ніж приєднати сім. Ви знаєте, що позитивно заряджені йони називають катіонами. У кож ному катіоні міститься більше протонів, ніж електронів. Катіони Ка+ входять до складу майже всіх сполук Натрію, серед яких — оксид Ма20 , гідроксид МаОН, різні солі. ►Напишіть схему перетворення атома Маг нію на відповідний йон і наведіть електрон ні формули обох частинок.

Атоми металічних елементів мають на зовнішньому енергетичному рівні невелику кількість електронів (як правило, від одного до трьох) і здатні віддавати їх, перетворюючись на катіони. Утворення негативно заряджених йонів. В атомі елемента № 17 Хлору на зовнішньому енергетичному рівні розміщено 7 електронів ( 3з23р 5). Цей атом здатний приєднати один електрон (який може віддати йому, напри клад, атом Натрію) і перетворитися на йон СГ. Електронна будова йона Хлору така сама, що й атома інертного елемента Аргону. Схема перетворення атома Хлору на йон та електронні формули цих частинок такі: СІ + е - » СІ; атом СІ — І 822822р63523р 5, або № е]3з23рь; йон СГ — 1з22з22р63з23р6, або [Аг]. Негативно заряджені йони називають аніо нами. До складу кожного аніона входить біль ше електронів, ніж протонів. Аніони СГ містяться в солях хлоридної кислоти — натрій хлориді КаСІ, кальцій хло риді СаС12 та ін. 193

► Напишіть схему перетворення атома Окси гену на відповідний йон і наведіть елек тронні формули обох частинок.

Атоми неметалічних елементів (крім інертних) мають на зовнішньому енергетичному рівні від чотирьох до семи електронів і здатні приєднувати додаткові елек трони, перетворюючись на аніони. Більшість простих (одноатомних) йонів містять на зовнішньому енергет ичному рівні октет електронів.

Схема 18. Характеристики атомів і йонів Натрію та Хлору

Відмінності йонів від атомів. Катіон і атом Натрію мають однакові заряди ядер (+11), аніон і атом Хлору — теж (+17). Однак склад електронних оболонок, розміри (радіуси), властивості простого йона і атама кожного елемента різні. Крім того, йони — заряджені частинки, а атоми — електронейгральні. Електронну будову атомів Ка і СІ, йонів Ка+ і СГ, а також радіуси цих частинок наведено на схемі 18. АТОМИ

£ N8 III

У У У І5 2 2522р6 Зз 1

Я(№) > Я(СІ) 0,171 нм* 0,072 нм

------------------- йони

--------------------------------

ІЧа+ І II

СІ І

І з 2 2з22р6 [ІЧе] Я(І\Іа+) < «(N3) 0,028 нм 0,171 нм

III

І з 2 2з22р6 3з23р6 [Аг] Д(№ +) 0,028 нм

* 1 нм (нанометр) становить 10-9 м. 194

І з 2 2з22р6 3з23р5

Я(СГ) 0,074 нм

Я(СГ) * Я(СІ) 0,074 нм 0,072 нм

Зіставивши радіуси атомів і йонів, катіонів і аніонів, можна виявити такі закономірності: • радіуси катіонів менші, ніж відповідних атомів; • радіуси аніонів і відповідних атомів майже однакові; • радіуси більш ості аніонів перевищують радіуси катіонів. Порівняємо деякі властивості катіона і атома Гідрогену. Йони Н+містяться у водному розчині будь-якої кислоти і надають йому кислого смаку. Атоми Н такої властивості не мають. На відміну від йонів вони легко сполу чаються одне з одним у молекули Н2, з яких складається проста речовина — водень.

ВИСН О ВКИ

Найстійкіша зовнішня електронна оболонка атома чи простого йона містить вісім електронів. Атоми металічних елементів здатні віддава ти електрони зовнішньої оболонки й перетво рюватися на катіони, а атоми неметалічних елементів — приєднувати електрони й пере творюватися на аніони. Катіони мають менші радіуси, ніж відповідні атоми. Аніони за своїми радіусами майже не відрізняються від атомів.

О■ 266. Що спільного в електронній будові атомів інертних елементів? 267. Яка частинка містить більше електронів: а) атом чи відповідний катіон; б) атом чи відповідний аніон? 268. Які з елементів — РЬ, М£, Аг, 5, N. АІ — здатні утворювати катіо ни, а які — аніони? Визначте заряд йона кожного елемента і напишіть формули цих частинок. 269. Складіть електронні формули йонів Ве2+, Р3”, Р~ і К+.

195

270. Назвіть три катіони і два аніони, які мають таку саму електрон ну оболонку, що і йон Р“. 271. Який атом має таку саму електронну будову, що і йон Алюмінію? Напишіть електронну формулу частинки та зобразіть її графіч ний варіант. 272. В атомі якого елемента міститься на 2 електрони менше, ніж у йоні Магнію? 273. Складіть електронну формулу частинки, яка має 16 протонів і 18 електронів. Назвіть цю частинку. 274. Гідроген — єдиний елемент, для якого відомі і катіон, і аніон. Напишіть хімічні формули цих йонів і схеми їх утворення з атома. Яка частинка має найменший радіус — катіон, аніон чи атом Гідрогену? Чому? 275. Укажіть частинку із найбільшим і найменшим радіусом: атом Аг, йони К+, Са2+, С Г. Відповідь обґрунтуйте.

Йонний зв’язок. Йонні сполуки Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати, як сполучаються йони один з одним; > зрозуміти будову йонних речовин; > пояснювати фізичні властивості сполук, які скла даються з йонів.

Йонний зв’ язок. Йонні сполуки. Багато речовин складається з йонів. Позитивно заряджені йони в результаті дії електроста тичних сил сполучаються з негативно заря дженими.

Взаємодію між протилежно зарядженими йопами в речовині називають йонним зв’язком. Катіон і аніон притягуються один до одного тим сильніше, чим більший заряд кож ної частинки і чим менша відстань між ними, а в разі їх контакту — чим менші їхні радіуси. 196

Про це свідчить один із законів фізики, який ви будете вивчати в 9 класі.

Сполуки, що складаються з йонів, називають йонними сполуками. До йонних сполук належать основні й амфотерні оксиди, луги, солі. Усі ці речови ни містять катіони металічних елементів (наприклад, Иа+, Са2+, А13+). Аніонами в йон них оксидах є йони О2-, в лугах — ОН", а в солях — йони кислотних залишків (СГ, N(>3, 8 0 Г , РОГ та ін.). Зауважимо, що з йонів складаються деякі інші бінарні сполуки, утворені типовими мета лічними елементами, наприклад Ьі3М, М£3Р2, МаН. Водночас жодна сполука двох неметалічних елементів, наприклад хлороводень НС1, вуглекислий газ С02, йонів не містить. Ви вже навчилися складати формули йон них сполук — оксидів металічних елементів, основ, солей. Нагадаємо, що для цього потріб но знати склад і заряди відповідних катіона й аніона. Пам’ ятайте: в йонній сполуці сума зарядів усіх катіонів і аніонів дорівнює нулю.

► Складіть формулу ферум(ІІІ) сульфату. Формула йонної сполуки вказує на співвід ношення в ній катіонів і аніонів. Будова йонних сполук. Усі йонні сполуки за звичайних умов є, як правило, кристалічни ми речовинами. Аналогічну будову мають багато молекулярних і атомних речовин, а також метали. Із курсу хімії 7 класу вам відомо, що кри стал — природне тверде тіло, яке має плоскі грані (поверхні) та прямі ребра (стики повер хонь). Така форма тіла є результатом чіткої послідовності в розміщенні атомів, молекул або йонів у речовині. 197

Кристали кожної речовини мають характер ну форму (мал. 77). Якщо подивитися на кухонну сіль крізь збільшувальне скло, то побачимо багато безбарвних прозорих кубиків. Крім кристалічних, існують аморфні тверді речо вини. До них, зокрема, належить скло. Воно складається з катіонів Са2+ і аніонів різних силікатних кислот. Навіть у виготовленому скля ному кубику або предметі іншої правильної форми відсутній порядок у розміщенні йонів. Якщо скляний предмет розбити, то осколки мати муть довільну несиметричну форму; їх поверхні не будуть плоскими, а ребра — прямими.

Мал. 77. Природні кристали

198

У кристалі йонної речовини кожний катіон перебуває в контакті з певною кількістю аніо нів, а аніон — із такою самою або іншою кіль кістю катіонів. У будь-якому напрямку спо стерігається чітке чергування катіонів та аніонів. Послідовність розміщення йонів усередині кристала залежить від складу речовини, тобто співвідношення катіонів та аніонів, а також від співвідношення радіусів цих частинок. Кристалічні ґратки. Внутрішню будову кристалів описують за допомогою моделі, назва якої — кристалічні ґратки. Це схема чи об ’ ємний макет розміщення частинок у невеликій частині кристала (мал. 78). За такою моделлю можна відтворити будову речовини в цілому. Кульки в кристалічних ґратках імітують частинки речовини — йони, атоми, молекули. Вони розміщені у так званих вузлах кристаліч них ґраток. У спрощених моделях (мал. 78, а) кульки мають довільні розміри й не торка ються одна одної. Існують ще й масштабні моделі (мал. 78, б). В них радіуси кульок про порційні радіусам частинок і найближчі кульки контактують одна з одною (частинки, як правило, щільно «упаковані» в кристалі).

* 'Я

Мал. 78. Кристалічні ґратки йонних сполук: а — спрощені моделі; б — масштабні моделі. Жовті кульки — катіони № +, «цегляні» — Са2+; зелені — аніони СГ, сині — Р~

Спрощена модель є наочнішою, бо маленькі кульки в ній не заважають «зазирнути» все редину кристала. Її ми будемо використовува ти частіше. Фізичні властивості йонних сполук. Йони сполучаються один з одним досить міцно. Для того щоб зруйнувати йонний зв’ язок, необхід но затратити чималу енергію. Цим пояснюють високі температури плавлення і кипіння біль шості йонних речовин. Під час плавлення кри стали руйнуються, зв’ язки між йонами послаб люються, а під час кипіння йони відокремлю ються один від одного й «вилітають» із рідини. Натрій хлорид ИаС1 плавиться за температури +801 °С (її не можна досягти, нагріваючи речо вину за допомогою спиртівки чи лабораторно го газового пальника), а кипить за температу ри 1440 °С. Температури плавлення і кипіння іншої йонної сполуки — магній оксиду М^О — ще вищі: 2825 і 3600 °С. Пояснити це можна так. Йони М£2+ і О2' мають більші заряди і менші радіуси, ніж йони Ка+і СГ відповідно, і 199

Цікаво знати

Деякі солі Літію мають невисокі температури плавлення: ІлЖ>3 253 °С, ІлСЮд 129 °С, ІлС104 247 °С.

тому міцніше сполучаються. Для того щоб розплавити магній оксид, треба нагріти сполу ку до вищої температури. Йонні речовини у твердому стані не прово дять електричний струм, а в рідкому (розплав леному) стані є електропровідними. Відомо, що електричний струм — це напрямле ний рух заряджених частинок (електронів, йонів). У кристалі йони займають фіксовані положення й переміщуватися не можуть. Під час плавлення речовини кристали перетворюються на рідину, в якій йони рухаються в довільних напрямках. При зануренні в розплав електро дів, з'єднаних із джерелом постійного струму (акумулятором), катіони починають рухатися до негативно зарядженого електрода, аніони — до позитивно зарядженого. Так у розплавленій йонній речовині виникає електричний струм. Речовини атомної та молекулярної будови в будь-якому агрегатному стані не проводять електричний струм, бо складаються з електронейтральних частинок — атомів, молекул.

ВИСНОВКИ

Йонний зв’ язок — це взаємодія між проти лежно зарядженими йонами в речовині. До йонних сполук належать багато оксиді и металічних елементів, луги, солі, а також інші бінарні сполуки типових металічних елементів. Більшість йонних сполук за звичайних умон перебуває у кристалічному стані. їх будову описує модель — кристалічні ґратки. Кожний йон у кристалі йонної сполуки оточений кілько ма протилежно зарядженими йонами. Йонний зв’ язок досить міцний. Тому йонні речовини мають високі температури плавлення і кипіння. У розплавленому стані вони прово дять електричний струм. 200

276. Який хімічний зв’язок називають йонним? Що таке иомні (Сполуки? 277. Укажіть хімічні формули, які належать йонним речоиинлм: С02, 0 2, АІ203, І\ІН3, Ма23, НСІ, ВаР2, Ре. Поясніть свій вибір. 278. Напишіть формули йонів, з яких складаються: а) оксиди 2пО, Сг20 3; б) основи І_іОН, Ва(ОН)2; в) солі І\ІаІ\Ю3, Ре3(Р04)2. 279. Складіть формули сполук, утворених такими йонами: а) А£+ та О2-; в) Ре3+ та І\Ю3; б) Зг2+ та ОН"; г )К +та5 0 ^". 280. Що таке кристалічні ґратки? Які частинки розміщені у вузлах кристалічних ґраток таких речовин: Са5, М£3ІЧ2, № Н? 281. Зі спрощеної моделі кристала натрій хлориду {мал. 78, а) видно, що аніон С Г, який розміщений у центрі куба, оточений шістьома найближчими катіонами І\Іа+. Враховуючи, що кожна із граней цього куба належить також іншому такому самому кубу, скажіть: а) скільки йонів С Г оточує йон Иа+, який знаходиться в правій нижній вершині куба; б) скільки йонів Иа+ контактує з лівим верхнім йоном С Г. 282. Яка зі сполук, на вашу думку, має вищу температуру плавлення: а) 1_і20 чи ІМа20; б) М£0 чи М£Р2? Відповіді обґрунтуйте. 283. Обчисліть масові частки йонів у таких сполуках: М§31\12, К2С03, Ва(ОН)2.

Ковалентний зв’язок Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати, як сполучаються атоми один з одним; > розрізняти простий, подвійний і потрійний кова лентний зв’язок.

Сполучатися можуть не тільки протилежно заряджені йони, а й електронейтральні атоми — однакові чи різні. Завдяки цьому 7 Хімія, 8 кл.

201

існують речовини молекулярної та атомної будови. Зв’язок у молекулі Н2. Розглянемо, як утво рюється молекула водню Н2 із двох атомів Гідрогену. Кожний із них має один електрон (мал. 79, а). Електронна формула атома Гідро гену — Із1, а її графічний варіант — 1$|~Т]. Для того щоб утворилася молекула Н2, двом атомам Гідрогену необхідно зблизитися. Зі зменшенням відстані між ними посилюється притягання електрона кожного атома до ядра іншого атома. У певний момент орбіталі двох атомів сконтактують (мал. 79, б), а потім поч нуть проникати одна в одну. При цьому зрос татиме відштовхування між однойменно (позитивно) зарядженими ядрами атомів. Коли сили притягання і відштовхування зрів няються, атоми зупиняться (мал. 79, в). Через ділянку перекривання орбіталей електрони переходитимуть від одного атома до іншого (мал. 79; в, г, ґ). Сформувалася спільна для двох атомів електронна пара. Кожний атом Гідроге ну «придбав» додатковий електрон і вигідну електронну оболонку (як у атома Гелію).

М а л. 79. Утворення м олекули Н2: а — два окремі атоми Гідр огену; б — кон такт атом ів; в» г, ґ м олекула Н 2 із перекритим и орбіталям и і різним розміщ енням е лектрон ів

202

Зв’язок між атомами, зумовлений утворенням спільних електронних пар, називають ковалентним1зв’язком. Цікаво знати

У металах існує особливий хімічний зв’ язок. Його назва — металічний.

Зв’ язок у молекулі водню зображують двома способами: Н : Н або Н - Н. Перший запис називають електронною формулою молекули ; у ньому кожний електрон познача ють крапкою. Другий запис — графічна фор мула; він знайомий вам із курсу хімії 7 класу. Відтепер ви знатимете, що рискою позначають спільну електронну пару. Утворення молекули водню із атомів можна зобразити за допомогою такої схеми: Н- + -Н -> Н : Н Зв’язок у молекулі НС1. Розглянемо, як спо лучаються два різні атоми — Гідрогену і Хлору. ► Запишіть електронні формули цих атомів.

М а л. 80. П ерекривання о рб італей атом ів при утворенні м олекули НСІ: а — І5 -о р б італь атом а Н; б — Зр-орбіталь атом а НСІ із неспареним е лектроном

В атомі Гідрогену міститься один електрон, а в атомі Хлору на зовнішньому енергетично му рівні — 7 електронів, із яких один є неспа реним. Атомам вигідно отримати по додатко вому електрону. Перший атом заповнить свій єдиний енергетичний рівень, а другий матиме зовнішній електронний октет (3523/7в). У результаті зближення атомів відбувається перекривання 1$-орбіталі атома Гідрогену і Зр-орбіталі атома Хлору (мал. 80); із відповід них неспарених електронів формується спіль на електронна пара. + а

Електронна і графічна формули молекули хлороводню, а також схема утворення молеку ли з атомів такі: 1 Слово походить від латинського префікса со (в перекладі разом) і терміна «валентність».

з,

203

Н : СІ Н -С 1 Н- + -СІ -> Н : СІ Формулу молекули з позначенням спільної електронної пари називають спрощеною елек тронною формулою. Якщо вказати всі зовнішні електрони кожного атома, то отримаємо повну електронну формулу. Відповідна схема утво рення молекули хлороводню має такий вигляд: Н* + -СІ: -> Н:С1: Зв’язок у молекулах 0 2 і N2. Між атомами Оксигену в молекулі кисню 0 2 існує ковалент ний зв’ язок, який відрізняється від зв’язків у молекулах Н2 і НСІ. Електронна формула атома Оксигену — І822з22р4, її графічний варіант — 2р

2 з Ті

Ті т

Із Ті У р-орбіталях атома знаходяться два неспа рені електрони. При сполученні двох атомів Оксигену ці електрони утворюють дві спільні електронні пари: О •+ О -> 0 ::0 Тепер кожний атом має октет зовнішніх електронів. Повна електронна формула моле кули кисню — 0 - 0 , а графічна — 0 = 0 . Цікаво знати

Подвійний і потрійний зв’ язки називають кратними зв’язками.

Ковалентний зв’ язок, що реалізується за допомогою однієї спільної електронної пари (наприклад, у молекулах Н2, НСІ), називають простим зв’язком, а за допомогою двох пар (у молекулі 0 2) — подвійним. Існує ще й потрій ний зв’ язок, який здійснюється за рахунок трьох спільних електронних пар. Ним сполу чені атоми в молекулі азоту N3: 14 = N Із викладеного вище випливає, що необхід ною умовою для утворення ковалентного

204

зв язку між атомами є наявність у кожного з них одного або кількох неспарених електро нів. Запам’ ятайте: ковалентним з в ’язком сполучаються атоми неметалічних елемен тів.

Мал. 81. Ковалентні зв’язки в силіцій(ІУ) оксиді 3і0 2 •

Ковалентний зв’язок існує в простих і складних речовинах не тільки молекулярної, а й атомної будови (мал. 81). Він відсутній лише в інертних газах. •

ст-Зв’язок1 і тг-зв’ язок. У молекулі водню Н2 ділянка перекривання з-орбіталей атомів Гідрогену розміщена на шляху о о прямої, яка з’єднує центри атомів. Такий зв’ язок називають су-зв’язком (мал. 82). • о: З і: о : 8і : о • •• •• Він існує і в молекулі НСІ, де перекрива о о ються з-орбіталь атома Гідрогену і р-орбі•о: 8і: о : 8і: о • таль атома Хлору (мал. 80). •• •• о о Розглянемо перекривання орбіталей із неспареними електронами в молекулі кисню. Пара р-орбіталей, спрямованих одна до одної (мал. 83, а), утворює одну спіль Мал. 82. ну ділянку. Це а-зв’ язок. Дві р-орбіталі, роз а-Зв’язок у міщені паралельно одна до одної (мал. 83, б), молекулі водню перекриваються з утворенням двох спільних ділянок. Такий зв’ язок називають л--зв'язком. Якщо простий зв’ язок завжди є а-зв’ язком, то подвійний зв’ язок складається з одного а-зв’ язку й одного л-зв’ язку. Складовими по трійного зв’ язку (наприклад, у молекулі N2) є один а-зв’ язок і два л-зв’ язки.

0 0 •О: • 8і:0: 8і:0. • • •

№

Мал. 83. а-Зв'язок (а) та тс-зв’язок (б) у молекулі кисню

■

Ру{г) РуМ

■

1Літера грецького алфавіту а читається «сигма».

205

Область перекривання орбіталей у разі а-зв’ язку більша, ніж при л-зв’ язку. А чим більша частина простору одночасно належить двом орбіталям, тим частіше електрони пере ходять від одного атома до іншого. Тому а-зв’ язок міцніший і вигідніший за тс-зв’ язок.

ВИСНОВКИ Ковалентний зв’язок реалізується внаслідок утворення однієї, двох або трьох спільних елек тронних пар за рахунок неспарених електронів атомів. Зв’ язок між атомами за допомогою однієї спільної електронної пари називають простим, двох пар — подвійним, трьох пар — потрійним. Ковалентними зв’язками сполучаються один з одним атоми неметалічних елементів. Якщо орбіталі неспарених електронів пере криваються на одній ділянці простору, то зв’я зок називають а-зв’язком, а якщо на двох ділян ках — я-зв’язком. Простий ковалентний зв’язок завжди є а-зв’язком, подвійний зв’язок склада ється із а- і я-зв’язків, а потрійний — із а-зв’язку і двох я-зв’язків.

9■ 284. Який зв ’язок називають ковалентним? Між якими частинками він реалізується? 285. Чому не можуть брати участь в утворенні ковалентного зв ’язку: а) атом Магнію: б) атом Неону? 286. Серед наведених формул укажіть ті, які належать речовинам із ковалентним зв’язком: І2, Н20, ИаВг, Ва5, К20, Са3І\І2, ИН3. 287. Запишіть спрощені й повні електронні формули, а також графіч ні формули молекул Р2, РН3 і 502. 288. Розгляньте утворення ковалентного зв’язку при сполученні двох атомів Хлору в молекулу СІ2. Назвіть орбіталі, які зазнають перекривання. Опишіть особливості цього зв’язку.

206

••'

289. Скільки існує варіантів перекривання: а) двох з-орбіталей; б) з-орбіталі й р-орбіталі; в) двох р-орбіталей? Намалюйте схеми перекривання орбіталей, укажіть ст- і л -з в ’язки. 290. Охарактеризуйте хімічний зв ’язок у молекулі води. Складіть схеми утворення цієї молекули з атомів Гідрогену і Оксигену, використавши спрощені та повні електронні формули частинок. Зобразіть графічну формулу молекули води.

Полярний і неполярний ковалентний зв’язок. Електронегативність атомів М атеріал параграфа допоможе вам: зрозуміти, чому в молекулі на атомах різних еле ментів виникають електричні заряди; з ’ясувати, яку властивість атома називають електронегативністю.

Складних речовин існує значно більше, ніж простих. Тому ковалентний зв’ язок між різ ними атомами трапляється частіше, ніж між однаковими. Чи може атом одного елемента «перетягува ти» спільну електронну пару від атома іншого елемента? Щ об відповісти на поставлене запитання, розглянемо молекулу хлороводню НСІ. Згідно з результатами досліджень, у цій молекулі два електрони ковалентного зв’ язку частіше пере бувають в атомі Хлору, ніж в атомі Гідрогену. Спільна електронна пара виявляється зміще ною до атома Хлору. Цей атом набуває невели кого негативного заряду, меншого за одиницю (він дорівнює -0 ,2 ), а атом Гідрогену — такого самого заряду за значенням, але позитивного (+0,2). Дробові заряди на атомах позначають грецькою літерою 5 (дельта) разом зі знаком «плюс» або «мінус». 207

Розглянуту особливість ковалентного зв’ яз ку зображують так: н - * с і або н а

Ковалентний зв’язок, в якому одна чи кілька спільних електронних пар зміщені в бік одного з атомів, назива ють полярним зв’язком, а за відсутності такого змі щення — неполярним. Властивість атома елемента зміщувати у свій бік елек тронну пару, спільну з іншим атомом, називають електронегативністю. З огляду на полярність ковалентного зв’ яз ку в молекулі НСІ можна стверджувати, що Хлор — більш електронегативний елемент, ніж Гідроген. Для кількісної оцінки електронегативності елементів використовують таблицю, складену американським ученим Л. Полінгом (табл. 9). Згідно з нею найменш електронегативним елементом є Цезій, а найбільш електронега тивним — Флуор. Металічні елементи мають нижчі значення електронегативності, ніж неметалічні. Це й зрозуміло, бо атоми металіч них елементів здатні втрачати електрони й перетворюватися на катіони, а атоми неметалічних елементів — приєднувати електрони й перетворюватися на аніони. Таблиця 9

Значення електронегативності елементів 1—3 періодів

208

У періодах електронегативність елементів зростає зліва направо, а в групах (головних підгрупах) — знизу догори.

Цікаво знати

Електричний заряд на кожному атомі Гідрогену в молекулі води становить +0,17, а на атомі Оксигену -0,34.

У таблиці 9 відсутні значення електронега тивності Гелію, Неону, Аргону. Атоми цих елементів не здатні сполучатися з іншими ато мами, а також перетворюватися на катіони чи аніони. Передбачити полярність чи неполярність ковалентного зв’язку, користуючись таблицею електронегативності, дуже просто. Якщо атоми мають однакову електронегативність, то зв’ я зок між ними неполярний. Неполярні кова лентні зв’ язки існують, наприклад, у молеку лах N2, РН3, С82. Атоми з різною електронегативністю сполучаються полярними зв’язками. Розглянемо молекулу води Н20. Між ато мом Оксигену і кожним атомом Гідрогену існує простий ковалентний зв’ язок; таких зв’язків у молекулі — два. Оскільки Оксиген має вищу електронегативність (3,5), ніж Гідроген (2,1), то його атом зміщує до себе спільні електронні пари: &г 25-

н -> о

Н-0

т * н н Отже, ковалентні зв’ язки у молекулі води є полярними. Чим більша різниця електронегативності елементів , тим полярніший зв’язок між ато мами.

висновки Якщо ковалентний зв’язок утворюється між атомами різних елементів, то вони зазвичай набу вають невеликих зарядів. їх поява спричинена зміщенням спільних електронних пар від одних 209

атомів до інших. Такий ковалентний зв’язок нази вають полярним. Якщо зміщення спільних елек тронних пар немає, то зв’язок є неполярним. Властивість атома зміщувати до себе елек тронну пару, спільну з іншим атомом, назива ють електронегативністю. Електронегативність елементів зростає в періодах зліва направо, а в групах (головних підгрупах) — знизу догори.

9■

291. Чому на атомах, сполучених ковалентним зв ’язком, можуть виникати невеликі заряди? Який ковалентний зв'язок назива ють полярним, а який — неполярним? 292. Що таке електронегативність елемента? 293. У кожній із формул речовин підкресліть символ найбільш елек- . тронегативного елемента: АІСІ3, СР4, 302, № Н, ІМ20 5, М£С03, □ОН, НСЮ4. 294. Серед наведених формул укажіть ті, що відповідають речови нам із йонним, ковалентним неполярним і ковалентним поляр ним зв'язком: НР, С02, М£0, и 3|Ч, Вг2, І\ІСІ3. Поясніть ваш вибір. 295. Позначте заряди на атомах, використавши літеру 8, у таких молекулах: 0Р2, І\ІН3, ЗСІ4, ЗІН4. Який зі зв’язків у цих молекулах найбільш полярний, а який — найменш полярний? 296. За даними таблиці 9 складіть ряд неметалічних елементів, у якому електронегативність зменшується зліва направо. 297. Як змінюється електронегативність елементів у періодах і групах періодичної системи? 298. Укажіть правильне закінчення речення «Значення електронега тивності Калію та Кальцію становлять відповідно...»: а) 0,8 і 1,0; б) 1,0 і 0,8; в) 1,0 і 1,2; г) 0,8 і 0,6. Візьміть до уваги і порівняйте значення електронегативності еле ментів, подібних до Калію і Кальцію, скориставшись таблицею 9. 299. Елементи в хімічних формулах часто записують у порядку зро стання їх електронегативності. Укажіть серед наведених формул такі, в яких дотримано цю послідовність: Ма2С03, ІМН3, 3і02, Н23, № ОН, СН4, НИ03.

210

^ 0

Молекулярні речовини Матеріал параграфа допоможе вам: > з ’ясувати будову кристалічних молекулярних речовин; > розрізняти найпростішу та істинну формули спо луки; > пояснювати фізичні властивості речовин молеку лярної будови.

Міжмолекулярна взаємодія. Речовина неза лежно від її будови може перебувати у трьох агрегатних станах. Твердий і рідкий стани молекулярних речовин існують завдяки тому, що молекули притягуються одна до одної. Таке явище називають міжмолекулярною взаємодією.

Мал. 84. Сублімація йоду (а) і карбон(ІУ) оксиду(б)

На відміну від міцних ковалентного та йонного зв’ язків взаємодія між молекулами досить слабка. Вона полягає у взаємному притяганні атомів із невеликими позитивними і негативни ми зарядами (§ 35), що належать різним моле кулам. Така взаємодія існує, наприклад, у воді, кислотах, білках. Вона є важливою умовою для існування живих організмів на нашій планеті. Фізичні властивості молекулярних речовин. Внаслідок того, що молекули слабко притягу ються одна до одної, речовини молекулярної будови істотно відрізняються від йонних речо вин за фізичними властивостями. Для молеку лярних речовин характерні леткість, низька твердість, невисокі температури плавлення і кипіння. Деякі молекулярні речовини при нагріванні переходять із твердого стану у газуватий, минаючи рідкий. Таке явище називають сублімацією '. Цю властивість мають, напри клад, йод І2, карбон(ІУ) оксид С02 (мал. 84).

1 Термін походить від латинського слова зиЬІітаге — піднімати вгору.

Твердий карбон(IV) оксид називають "СУХИМ льо дом». При підвищенні температури е*/нперетворю ється не на рідину; а на газ (в у г л е к и тобто не тане, а випаровується («висихає») (малб). Сухий лід раніше використовували у Т0РГІВЛІ Для охолодження морозива. Звичайний лід за температури ниж^^ ^ ^ також перетворюється на пару, щоправ'да’ повільно. Завдяки цьому випрана білизна висих^є і на морозі. Чимало молекулярних речовий має запа*Вам добре відомий різкий запах СУЛЬФУР(ІУ) оксиду, або сірчистого газу 8 0 '2’ Речовина утворюється при запалюванні сііРника (сірка входить до складу його головки^ Газ аміаі< 1ЧН3 також легко впізнати за 3^па*ом . Він виділяється із водного розчину ціє^' сполуки — нашатирного спирту. Не можна1 сплУтати з іншими запах оцтової кислоти СН*3^ ^ * * , Р°3' чин якої (оцет) використовують у ^ омашньомУ господарстві. Молекулярні речовини не проіводять елек тричного струму. (Спробуйте це пояснити.) Кристалічний стан молекуляріних Речовин характеризується впорядкованиІМ Розташу ванням молекул у кристалі (мал. І®®)* Найпростіша та істинна ф о р м /ли- Х ім ічні формули молекулярних речовин УказУю ть на склад їхніх молекул і в деяки;х випаДках можуть мати кратні індекси.

Мал. 85. Кристалічні ґратки (спрощені моделі) молекулярних речовин: а — йоду І2; б — льоду Н20

212

За приклад візьмемо гідроген пероксид (пере кис водню) Н20 2. Молекули саме такого складу (а не НО) містяться в цій речовині. Кожний атом Гідрогену сполучений зі «своїм» атомом Окси гену простим ковалентним зв’ язком; таким самим зв’ язком сполучені й атоми Оксигену: Н -0 і

о -н

Формулу Н20 2, яка показує реальний склад молекули, називають істинною (формула НО є найпростішою). Відомі випадки, коли одна й та сама найпро стіша формула відповідає кільком молекуляр ним речовинам із різними істинними форму лами. Так, ацетилен С2Н2 (газ, що використо вують для зварювання металів) і бензен С6Н6 (поширений органічний розчинник; його тра диційна назва — бензол) мають однакові най простіші формули — СН. Для більшості молекулярних речовин істинні формули збігаються з найпростішими.

ВИСНОВКИ Молекули притягуються одна до одної, але досить слабко. Тому речовини молекулярної будови мають низькі температури плавлення і кипіння. Для деяких молекулярних сполук існують дві хімічні формули — найпростіша та істинна. Індекси в найпростішій формулі вказують на співвідношення атомів елементів у молекулі.

7■ 300. Що таке міжмолекулярна взаємодія? Чим вона зумовлена? 301. Сполука X за звичайних умов перебуває у твердому стані, має запах, а за слабкого нагрівання плавиться. Молекулярною чи йонною є ця сполука? Який тип хімічного зв ’язку в ній реалізо ваний? До відповіді дайте пояснення.

213

302. Укажіть серед перелічених речовин молекулярні: парафін, аце тон, кальцинована сода, азот, олово, силіцій(ІУ) оксид. Обґрун туйте свій вибір. 303. Чи можна зробити висновок про будову речовини (йонну, моле кулярну) за її зовнішнім виглядом, агрегатним станом? Відпо відь поясніть. 304. Знайдіть відповідність: температура плавлення, °С формула речовини а) 638; 1) N34; б) -1 1 4 . 2) НСІ; Дайте необхідні пояснення. 305. Спробуйте пояснити, чому прості речовини галогени за звичай них умов перебувають у різних агрегатних станах: фтор Р2 і хлор СІ2 — гази, бром Вг2 — рідина, йод І2 — кристалічна речовина. 306. Як ви вважаєте, молекулярною чи йонною речовиною є гідра зин М2Н4 (сполуку використовують як ракетне пальне)? Наве діть два аргументи на користь вашого припущення. 307. Газ етан — сполука Карбону з Гідрогеном. Його молекула містить утричі більше атомів Гідрогену, ніж Карбону. Знайдіть формулу етану, якщо відносна молекулярна маса сполуки ста новить ЗО. Чи є ця формула найпростішою? 308. Хлороводень НСІ та фтор Р2 мають молекули приблизно однакової маси (підтвердьте це), але істотно відрізняються за температура ми кипіння: -8 4 °С (НСІ) та -1 8 7 ° С (Р 2). Поясніть таку відмінність.

окиснення Матеріал параграфа допоможе вам: > з’ясувати, що називають ступенем окиснення елемента; > складати формули сполук за значеннями ступенів окиснення елементів; > визначати ступені окиснення елементів за хіміч ними формулами сполук.

Атоми — електронейтральні частинки. Вони залишаються такими, сполучаючись у молеку 214

ли простих речовин. Однак на атомах, які містяться в складних речовинах, як правило, зосереджуються невеликі заряди — як позитив ні, так і негативні. Це є наслідком зміщення спільних електронних пар до атомів більш електронегативних елементів. У § 35 було докладно розглянуто молекулу хлороводню НСІ. У ній існує ковалентний полярний зв’ язок; спільна електронна пара зміщена до більш електронегативного атома Хлору (Н :С1, Н —>СІ). На цьому атомі є невели кий негативний заряд, а на атомі Гідрогену — такий самий за значенням, але позитивний заряд: НСІ (<5= 0,2). Якщо спільну електронну пару повністю « передати» атому Хлору (тоді вона вже не буде спільною), то до цього атома повернеться його електрон, який брав участь у ковалентному зв’ язку, і надійде електрон від атома Гідроге ну. За рахунок останнього атом Хлору отри має заряд - 1 , а атом Гідрогену, втративши свій єдиний електрон, набуде заряду 4-1.

Умовний цілочисельний заряд атома в речовині нази вають ступенем окиснення елемента. Ступінь окиснення вказують у хімічній фор мулі над символом елемента, записуючи спо чатку знак (плюс або мінус), а потім — число: +1 -1

НСІ. ВПРАВА 1. Обчислити ступені окиснення елементів у карбон(І\/) оксиді. Розв’язання

Карбон(ІУ) оксид — молекулярна сполука. У молекулі С02 чотиривалентний атом Карбону сполучений подвійними кова лентними зв’ язками із кожним атомом Оксигену: 0 ::С ::0 ,

0=С =0.

Зв’язок С=0 є полярним, бо елементи відрізняються за електронегативністю: Оксиген більш електронегативний, ніж Кар 215

бон (табл. 9). Передаємо усі чотири спільні електронні пари двом атомам Оксигену. В результаті кожний атом Оксигену отримує заряд - 2, оскільки до нього, крім двох своїх електро нів, надходять два «чужі» — від атома Карбону. Атом Карбону набуває заряду 4-4, бо він втрачає чотири електрони, передавши їх атомам Оксигену. Запишемо формулу сполуки зі знайдени ми ступенями окиснення елементів: +4 - 2

С 0 2. Якщо речовина є йонною і складається із простих (одноатомних) йонів, то в ній ступінь окиснення кож ного елемента збігається із зарядом відповідного йона, тобто є реальним зарядом частинки, а не умовним. Наприклад, ступені окиснення Натрію і Хлору в натрій хлориді КаСІ становлять відповідно +1 і - 1, Алюмінію й Оксигену в алюміній оксиді А120 3 — +3 та -2 . Запишемо формули сполук разом зі ступенями окиснення елементів: +1 - 1

+3 - 2

ШС1

А120 3

(Заряд йона, як відомо, записують угорі і пра воруч від символу елемента, причому спочат ку вказують цифру (одиницю опускають), а потім знак: Иа+, А13+, СГ, О2-.)

Сума ступенів окиснення всіх атомів у кожній речови ні дорівнює нулю. Це — правило електронейтральності речо вини. Про нього згадувалося раніше, але сто совно йонних речовин. Щойно наведене його формулювання пош ирюється на речовини будь-якої будови — йонної, молекулярної, атомної. Правило електронейтральності вико ристовують при складанні формул хімічних сполук або для їх перевірки. Так, формулу алюміній оксиду А120 3 слід вважати правиль ною, оскільки сума ступенів окиснення всіх атомів (сума зарядів усіх йонів) у формульній одиниці сполуки становить 2 •(4-3) 4- 3 •(-2 ) = 0. 216

Ступінь окиснення елемента може дорівню вати й нулю. Нульові значення ступеня окис нення мають елементи у простих речовинах — водні Н2, сірці 88, залізі Ге і т. д. (поясніть це), а також у сполуках, утворених елементами з однаковою електронегативністю, — фосфіні РН3, карбон(ІУ) сульфіді С82та ін. Щоб визначати ступені окиснення елемен тів у сполуках за їхніми хімічними формула ми, а також складати формули сполук, потріб но знати такі закономірності: 1) металічні елементи мають у сполуках лише позитивні ступені окиснення; 2) ступінь окиснення Гідрогену в сполуках з неметалічними елементами, як правило, ста новить + 1, а в сполуках із металічними еле ментами дорівнює - 1; 3)Оксиген майже в усіх сполуках має сту пінь окиснення - 2; 4)Флуор як найелектронегативніший еле мент завжди має в сполуках ступінь окиснен ня - 1; 5) максимальний (позитивний) ступінь окис нення елемента збігається з номером групи, в якій він знаходиться; 6) мінімальний (негативний) ступінь окис нення неметалічного елемента дорівнює номе ру групи мінус 8 . ВПРАВА 2. Визначити ступені окиснення елементів у калій дифосфаті К4Р207. Розв'язання Калій — металічний елемент. Його ступінь окиснення у спо луці має бути позитивним (закономірність 1) і становить + 1, оскільки Калій — елемент І групи (закономірність 5). Ступінь окиснення Оксигену у сполуці становить -2 (закономірність 3). Ступінь окиснення Фосфору обчислюємо, скориставшись пра вилом електронейтральності речовини: +1 х - 2

К4Р 2О7; 217

4 •1 + 2 •л: + 7 •(-2 ) = 0; х = ( 1 4 - 4 ) : 2 = 5. . Формула калій дифосфату зі знайденими ступенями окис+1 +5 -2 нення елементів — К4Р20 7. ВПРАВА 3. Скласти формулу сполуки Магнію з Нітрогеном. Розв ’язання

Магній — металічний елемент; він перебуває в II групі та має у сполуках ступінь окиснення +2 (закономірності 1 і 5). Нітроген є неметалічним елементом; він належить V групі. У сполуці з металічним елементом Нітроген виявляє негативний ступінь окиснення, який становить 5 - 8 = - 3 (закономірність 6). Запи суємо формулу сполуки з невідомими індексами і вказуємо сту пені окиснення елементів: +2

-З

Далі діємо так, як при складанні формули бінарної сполуки за валентностями елементів. Знаходимо найменше число, яке ділиться без залишку на значення ступенів окиснення елемен тів; це число 6. Поділивши його на 2, отримуємо кількість ато мів Магнію у формулі сполуки (6 : 2 = 3), а поділивши на З, отримуємо кількість атомів Нітрогену ( 6 :3 = 2). Формула сполуки — М£3К 2. Значення ступеня окиснення і валентності елемента нерідко збігаються (наприклад, Гідрогену — в сполуці НСІ, Карбону — в спо луці С 02). Проте їх не можна плутати й замі нювати одне одним, бо поняття «ступінь окиснення» та «валентність» є різними за змістом. Ступінь окиснення дедалі ширше використовують як універсальну й однозначну величину, зручну для класифікації речовин, хоча для речовин молекулярної й атомної будови вона має умовний характер. Поняття «валентність» поступово втрачає своє зна чення в хімії, але залишиться в історії хіміч ної науки як одне з її перших фундаменталь них понять. 218

висновки Ступінь окиснення елемента — це умовний цілочисельний заряд атома в речовині. Його роз раховують, повністю зміщуючи спільні електрон ні пари до атомів більш електронегативних еле ментів. Ступінь окиснення елемента у простому йоні збігається із зарядом йона. Сума ступенів окиснення всіх атомів у кожній речовині дорівнює нулю. Це — правило електро нейтральності. Його використовують при скла данні формул різних сполук. Значення ступеня окиснення і валентності елемента часто збігаються.

309. Що таке ступінь окиснення елемента? 310. Якого мінімального та максимального значень може набувзти ступінь окиснення: з) метзлічного елементз; б) неметзлічного елементз? 311. Які мзксимзльні тз мінімзльні ступені окиснення можуть мзти Силіцій, Кзлій, Мзнгзн, Селен, Неон, Фосфор? 312. Визнзчте і вкзжіть у нзведених формулзх речовин ступені окис нення елементів: № Н, Р235, 0 3, 0Р2, ССІ4, Н23, І_і3М, АІР. 313. Складіть формули: а) трьох сполук Хлору з Оксигеном, у яких Хлор мзє ступені окиснення +1, +4 і +7; б) двох сполук Арсену із Сульфуром, у яких перший елемент мзє ступені окиснення +3 та +5, а другий -2 . 314. Визначте ступені окиснення елементів у сполукзх зз графічними формулами їхніх молекул: в) Н - М -О -Н . а) Н -С ^ И ; б) 0 = С —СІ;

СІ

Н 315. Визнзчте ступені окиснення елементів у сполукзх із тзкими формулами: СаС03, №І\Ю2, Н3Р04, М§(М03)2, Н2304. 316. Чим відрізняються поняття «взлентність» і «ступінь окиснення»? 317. Визнзчте ступені окиснення елементів у гідроген пероксиді. Використзйте нзведену в § 36 грзфічну формулу молекули спо луки. Яке знзчення валентності кожного елемента у гідроген пероксиді?

219

Післямова Завершився навчальний рік, другий рік вивчення вами хімії. Ми впевнені, що вам було цікаво на уроках із цього предмета. Ви дізналися, що в хімії порції речовин оцінюють не тільки за їхньою масою чи об’ ємом, а й за кількістю частинок — ато мів, молекул, йонів. Вам стало відомо про галузь хімічної науки, яку називають неорганічною хім ією , а також про існування найважливіших класів неорганічних сполук — оксидів, основ, кислот, амфотерних сполук, солей. Сподіваємо ся, що кожний із вас навчився складати формули цих сполук, прогнозувати їхні хімічні властивості, пропонувати способи добування сполук, розв’язувати різноманітні задачі. Ви з’ ясували, яку інформацію про хімічні елементи містить періодична система Д. І Менделєєва, і зрозуміли, наскільки важливо вміти нею користуватися. Вона ілюструє відкритий видатним ученим Д. І. Менделєєвим періодичний закон — основний закон хімії. Цей закон допомагає відкривати нові хімічні елементи, добувати нові речовини, передбачати їхні склад і властивості. Будова атома вже не є для вас секретом. Знаєте й про те, як і чому сполучаються частинки речовини одна з одною. Читаючи підручник, ви «зазирнули» всередину кристалів і переконали ся, що частинки речовини розміщені в них у певному порядку. Матеріал з хімії в 9 класі буде не менш цікавим. Ви отримаєте уявлення про розчини, дізнаєтесь про особливості перебігу хімічних реакцій. Відбудеться ваше ознайомлення з органічними речовинами, багато з яких трапляється в живій природі — рослинах, тваринах, людині. Бажаємо вам добре відпочити влітку, а в 9 класі досягти нових успіхів у вивченні хімії, отримати задоволення від пізнання її таємниць і здійснення цікавих хімічних дослідів. Автори

220

Відповіді до задач і вправ 6. Ні — для простих речовин атомної будови; так — для складних речовин, а також простих речовин молекулярної будови. 7. ЛГ(СГ) - 6,02 • 1023. 8.

гс(А12(8 0 4)з) = 1 / 3

моль.

9. а) /і(СН4) = 1 моль; б) л(СН4) = 0,3 моль; в) я(СН4) = 1 моль. 10. а) гс(КаСІ) = 0,2 моль; б) п(^аСІ) = 3 моль; в) /і(МаС1) = = 0,6 моль. 22. ІУ(атомів)« 4,8 * 1023. 24. Кількість йонів 8 0 4~ найменша. 32. ^(Н2) : 1^(СН4) = 8 : 1 . 35. р(пов.) = 1,295 г/л. 40. Газ важчий за метан в 1,06 раза. 42. (газу) = 1,57. 51. У{С02) = 560 л. 54. т(А\20 3) = 5,1 г. 59. У барій гідроксиді. 78. Найбільше йонів — у барій хлориді. 79. б. 84. а) М^О 4- С120 7= М£(С104)2; б) І20 5+ 2ИаОН = 2NаIОз + Н20. 94. т(С а(Ж )3)2) = 32,8 г. 97. т ( Р 20 5) = 71 г; н^(Р20 5) = 78 % . 98. т ( 8 0 2) = 0,64 г; пг(С 02) = 0,88 г. 102. а) 2КОН + N^ 5 = 2К Ж )3 + Н20 ; б) ЗСа(ОН)2 + 2Н3Р 04 = = Са3(Р 04)2 + 6Н20. 103. Можливі 3 реакції. 106. т(Ре(ОН)2) = 3,8 г. 107. К(802) = 4,48 л. 109. ИКаОН) = 3 1 ,9 % . 112. б) Ре(ОН)2 + 2 Я Ш 3 = Ге(К 03)2 + 2Н20. 114. Можливі 3 реакції. 116. Візьміть до уваги властивості утворюваної кислоти. 118. н'(А^) = 79,7 % . 119. /тг(НЖ>3) = 25,2 г. 121. а) 8пО + 2МаОН = Ка28 п 0 2 + Н20 ; б) А120 3 + СаО = = Са(АЮ2)2; А120 3 + ЗСаО = Са3(А103)2. 123. Сг(ОН)3. 124. т (Г е 20 3) = 8 г. 125. Ні. 130. Відбуваються 3 реакції. 221

132. Так. 133. т(С и) = 6,4 г. 134. А?г(МаЖ>з) = 8,5 г; т(К Ж >3) = 20,2 г. 139. При нагріванні розкладаються 5 сполук. 142. Г(С02) = 5,6 л; Г (802) - 11,2 л. 143. Так. 144. 2)пов (суміші) = 1,49. 150. Використайте амфотерність станум(ІІ) оксиду. 152. Ні. 158. я(Н3Р 0 4) = 0,2 моль. 165. Можна, здійснивши не одну, а дві реакції. 167. т(сол і) = 27,2 г. 168. и(Са8Ю3) = 63,5 % . 175. п(Н28 0 4) = 0,025 моль. 176. т(А 120 3) = 5,1 г. 199. а) до Стронцію подібні Кальцій і Барій. 208. У йоні 82~ — 18 електронів. 209. У йоні >Ш4 сумарна кількість протонів становить 11, а електронів — 10. 210. 27С0. 214. Можливі 9 різновидів молекул води і 5 значень маси моле кул. 215. Зважте на те, що атоми однакової маси мають лише 20 хіміч них елементів. 216. А г(М£) = 24,32. 2 1 9 .2 6?Со. 221. з-Орбіталь є сферою; вона однакова в усіх напрямках. 225. Не завжди. 48-електрон має трохи нижчу енергію, ніж 3<і-електрон. 231. Оксиген, Магній. 238. Такі символи мають 8 елементів. 257. Н20, ЬіОН, Н3В 03. 261. м-(0) = 47,1 % . 272. В атомі Оксигену. 281. а) 6; б) 6. 282. б) М^О. 298. а. 305. Температури плавлення і кипіння речовин залежать від маси молекул (подумайте, як це можна пояснити). 307. Знайдена формула етану не є найпростішою. 314. а) у сполуці НСИ ступінь окиснення Карбону +2. 315. У сполуці М£(1ЧОз)2 ступінь окиснення Нітрогену +5. 222

Словничок термінів Амфотерність — здатність сполуки (оксиду, гідроксиду) виявляти як основні, так і кислотні властивості. Аніон — негативно заряджений йон. Атомна частка нукліда — відношення кількості атомів нукліда до загальної кількості атомів елемента. Безоксигенові кислоти — кислоти, у молекулах яких відсут ні атоми Оксигену. Вищий оксид — оксид, у якому елемент виявляє найбільше значення валентності. Відносна атомна маса — відношення маси атома до 1/12 маси атома 12С. Відносна густина газу за іншим газом — відношення маси певного об’єму газу до маси такого самого об’єму іншого газу (за однакових температури і тиску). Відносна молекулярна маса — відношення маси молекули до 1/12 маси атома 12С. Відносна формульна маса — відношення маси формульної одиниці речовини до 1/12 маси атома 12С. Галогени — елементи головної підгрупи VII групи періодич ної системи (Флуор, Хлор, Бром, Йод), а також відповідні про сті речовини. Генетичний зв ’язок — взаємозв’язок між речовинами, який ґрунтується на їх походженні і хімічних властивостях. Група ( періодичної системи) — стовпчик у періодичній системі. Електрон — негативно заряджена частинка, складова атома. Електронегативність — властивість атома елемента зміщу вати до себе електронну пару, спільну з атомом іншого елемента. Електронна формула — запис, який відображає електронну будову атома чи молекули. Електронний октет — 8-електронна оболонка атома. Енергетичний рівень (електронна оболонка) — фрагмент сучасної моделі атома, який об’ єднує електрони з майже одна ковою енергією. Збудження атома — процес переходу електрона з однієї орбіталі в іншу в межах одного енергетичного рівня. Зовнішні електрони — електрони останнього енергетичного рівня атома. Ізотопи — нукліди одного елемента, або види атомів з одна ковою кількістю протонів і різною кількістю нейтронів.

223

Індикатор — речовина, яка змінює забарвлення під дією лугу (кислоти). Інертні елементи — елементи головної підгрупи VIII групи періодичної системи (Гелій, Неон, Аргон, Криптон, Ксенон, Радон). Прості речовини цих елементів називають інертними газами. Істинна формула — формула, яка показує справжній склад молекули. Йонний зв ’язок — зв’ язок між протилежно зарядженими йонами в речовині. Катіон — позитивно заряджений йон. Кислота — сполука, у молекулі якої містяться один або кілька атомів Гідрогену, здатних під час хімічних реакцій заміщуватися на один або кілька атомів металічного елемента. Кислотний залишок — частина молекули кислоти, з якою сполучені атоми Гідрогену. Кислотний оксид — оксид, який відповідає оксигеновмісній кислоті. Кислототворний елемент — елемент, який утворює кислоту. Кількість речовини — фізична величина, яка визначається кількістю частинок (атомів, молекул, йонів) у певній порції речовини. Класифікація — розподілення о б ’ єктів (предметів, явищ тощо) на групи або класи за певними ознаками. Ковалентний зв’язок — зв’ язок між атомами, зумовлений існуванням спільних електронних пар. Кристалічні ґратки — модель будови кристалічної речовини. Л уг — водорозчинна основа. Лужні елементи — елементи головної підгрупи І групи періодичної системи (Літій, Натрій, Калій, Рубідій, Цезій, Францій). Прості речовини цих елементів називають лужними металами. Лужноземельні елементи — елементи головної підгрупи II групи періодичної системи (Магній, Кальцій, Стронцій, Барій, Радій). Прості речовини цих елементів називають луж ноземельними металами. Моль — одиниця вимірювання кількості речовини; порція речовини, яка містить 6,02 •1023'її формульних одиниць. Молярна маса — маса 1 моль речовини. Виражена у грамах, чисельно дорівнює відносній атомній, молекулярній чи формульній масі.

224

Молярний об’єм — об’єм 1 моль речовини. Для різних газів є однаковим за одних і тих самих температури й тиску. Найпростіша формула формула, яка відображає співвід ношення кількості атомів або йонів у сполуці. Нейтрон — електронейтральна частинка, складова атоми. Міститься в атомному ядрі. Неорганічна хімія — галузь хімічної науки, яка вивчає неор ганічні речовини. Неполярний ковалентний з в ’язок — ковалентний зв’ язок, у якому одна чи кілька спільних електронних пар не зміщені в бік одного з атомів. Несолетворний оксид — оксид, який не взаємодіє з кислота ми, основами й не утворює солей. Нормальні умови — температура 0 °С і тиск 101,3 кПа (760 мм рт. ст.). Нуклід — будь-який вид атомів. Нуклон — загальна назва частинок (протона і нейтрона), з яких складаються ядра атомів. Нуклонне число — сумарна кількість протонів і нейтронів в атомі. Оксигеновмісна кислота — кислота, у молекулі якої містять ся атоми Оксигену. Оксид — сполука, утворена двома елементами, одним із яких є Оксиген. Орбіталь — частина простору в атомі, де перебування елек трона найбільш імовірне. Основа — сполука, яка складається з катіонів металічного елемента й аніонів ОН". Основний оксид — оксид, який відповідає основі. Основний стан атома — стан атома, в якому орбіталі запов нені електронами згідно із принципом найменшої енергії. Основність — характеристика кислоти, яка визначається кількістю атомів Гідрогену в молекулі, здатних заміщуватися на атоми металічного елемента. Період — фрагмент природного ряду елементів від лужного елемента до інертного. Підгрупа — частина групи періодичної системи. Підрівень — частина енергетичного рівня з електронами однакової енергії. Подвійний зв’язок — зв’ язок між атомами, утворений двома спільними електронними парами.

225

Полярний ковалентний зв ’язок — ковалентний зв’ язок, у якому одна чи кілька спільних електронних пар зміщуються в бік одного з атомів. Потрійний зв ’язок — зв’ язок між атомами, утворений трьо ма спільними електронними парами. Природний ряд — ряд елементів, складений за зростанням атомних мас. Простий зв’язок — зв’ язок між атомами, утворений однією спільною електронною парою. Протон — позитивно заряджена частинка, складова атома. Міститься в атомному ядрі. Протонне число — кількість протонів в атомі. Радіоактивний розпад — явище мимовільного розпаду ядер атомів на менші ядра, окремі частинки. Радіонуклід — нуклід, здатний до радіоактивного розпаду. Радіус атома — відстань від центра ядра до сферичної поверхні, якої торкаються орбіталі з електронами останнього енергетичного рівня. Реакція заміщення — реакція між простою і складною речо винами, в результаті якої утворюються нові проста і складна речовини. Реакція нейтралізації — реакція між основою та кислотою. Реакція обміну — реакція між двома сполуками, під час якої вони обмінюються своїми складовими. Ряд активності металів — ряд, у якому метали розміщені за зменшенням їх хімічної активності. Сіль — сполука, що складається з катіонів металічного еле мента й аніонів кислотного залишку. Солетворний оксид — оксид, який взаємодіє з кислотами або (і) основами й утворює солі. Спін — властивість електрона, яку умовно подають як обер тання навколо власної осі. Ступінь окиснення — умовний цілочисельний заряд атома в речовині. Сублімація — перетворення твердої речовини при нагріванні на газ, минаючи рідкий стан. Хімічний елемент — вид атомів із певним протонним числом (певним зарядом ядра). Хімічний з в ’язок — взаємодія між атомами, молекулами, йонами, завдяки якій частинки утримуються разом. Число Авогадро — 6,02 • 1023 (кількість формульних оди ниць в 1 моль речовини). Ядерна реакція — перетворення, під час якого змінюються ядра атомів.

226

Предметний покажчик $

Амфотерні сполуки 83 добування 104 Амфотерність 83 Аніон 30 Атомна частка 146

Закон Авогадро 19 Зв’ язок йонний 196 ковалентний 203 неполярний 208 подвійний 204 полярний 208 потрійний 204 простий 204 а-зв’ язок 205 л-зв’язок 205

Валентність 161 Відносна атомна маса 147 Відносна густина газу 23 Відносна молекулярна маса 147 Відносна формульна маса 147

Галогени 126 Генетичний зв’язок 118 Гідроксид 52, 180 Група (періодичної системи) 135

Е Електронегативність 208 Електрони зовнішні 158 неспарені153 спарені 153 Електронна оболонка 154 Електронна формула атома 154 молекули 203, 204 Електронний октет 192 Електронні орбіталі ( з-, р -, сі-, І-) 152, 153 Елементи інертні 127 лужні 127 лужноземельні 127 Енергетичний підрівень 154 рівень 154

і Ізотопи 144 Індикатор 66 Інертні гази 127

К Катіон ЗО Кислоти 37 безоксигенові 40 добування 106 класифікація 40 назви 41 оксигеновмісні 40 середньої сили 40 сильні 40 склад 37 слабкі 40 фізичні властивості 73 хімічні властивості 74 Кислотний залишок 37 Кислототворний елемент 38 Кількість речовини 6 Класифікація 125 неорганічних речовин 114 хімічних елементів 125, 127,166 Кристалічні ґратки 198 227

л Луги 65 добування 102

Метали 125 лужні 126 лужноземельні 126 Міжмолекулярна взаємодія 211 Моль 6, 7, 147 Молярна маса 12 Молярний об’єм 17

Нейтрон 139 Неметали 125 Нормальні умови 18 Нуклід 145 Нуклон 139 Нуклоннечисло 140

о Оксиди 29, 179 амфотерні 83 вищі 31, 179 добування 98 кислотні 42 класифікація 115 назви 31 несолетворні 115 основні 35 солетворні 114 фізичні властивості 48 хімічні властивості 49 Орбіталь 152 Основи 34 добування 102 назви 35 фізичні властивості 64 хімічні властивості 66

Період 135 Періодична система 134 довгий варіант 134 короткий варіант 134 228

Періодичний закон 132, 164 значення 184 фізична суть 166 Підгрупа 136 Правило електронейтральності 216 «октав» 128 Принцип найменшої енергії 157 Природний ряд елементів 131 Протон 139 Протонне число 140

р Радіоактивний розпад 142 Радіонуклід 147 Радіус атома 167 Реакція заміщення 75 нейтралізації 68 обміну 51 ядерна 151 Ряд активності металів 75

Солі 44 добування 109 назви 45 фізичні властивості 88 хімічні властивості 88 Спін електрона 153 СталаАвогадро 8 Стан атома збуджений 162 основний 161 Ступінь окиснення 215

Таблиця розчинності 65

X Хімічна формула істинна 213 найпростіша 213 Хімічний елемент 140 Хімічний зв’язок 190

Зміст

Дорогі восьмикласники!.............................................................. З

розділ

Кількість речовини. Розрахунки за хімічними формулами § 1. Кількість речовини................................................................ 5 § 2. Молярна маса........................................................................12 § 3. Молярний об’ єм. Закон Авогадро.................................... 16 Для допитливих. Співвідношення об’ ємів газів у хімічних реакціях............................................................22 § 4. Відносна густина газу......................................................... 23 Для допитливих. Про середню відносну молекулярну масу повітря................................................27

2 розділ Найважливіші класи неорганічних сполук §5. § 6. § 7. § 8. § 9.

Оксиди....................................................................................29 Основи....................................................................................34 К ислоти................................................................................. 36 С олі.........................................................................................44 Властивості та використання оксидів............................48 Для допитливих. Кислотні опади...................................57 § 10. Розрахунки за хімічними рівняннями...........................58 §1 1 . Властивості та використання основ................................ 64 §12. Властивості та використання кислот............................. 73 Експериментуємо вдома. Природні індикатори......... 81 §1 3 . Амфотерні оксиди та гідроксиди.................................... 83 §14. Властивості та використання солей................................ 87 Для допитливих. Кислі солі..............................................94 229

§ § § § §

П р а к т и ч н а р о б о т а № 1. Дослідження властивостей найважливіших класів неорганічних сполук............................................. 95 Варіант І. Дослідження хімічних властивостей хлоридної кислоти.................................95 Варіант II. Дослідження властивостей нікель(ІІ) сульфату......................................................... 96 15. Способи добування оксидів.............................................. 98 16. Способи добування основ і амфотерних гідроксидів................................................102 17. Способи добування кислот............................................... 106 18. Способи добування солей.................................................. 109 19. Узагальнення знань про найважливіші класи неорганічних сполук............................................114 П р а к т и ч н а р о б о т а № 2. Розв’язування експериментальних задач...................120 Варіант І. Здійснення реакцій за схемою хімічних перетворень................................ 120 Варіант II. Складання схеми хімічних перетворень і здійснення реакцій............................. 121

З розділ

Періодичний закон і періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва. Будова атома § 20. Перші спроби класифікації хімічних елементів............................................................ 124 § 21. Періодичний закон .......................................................... 129 § 22. Періодична система хімічних елементів..................... 134 § 23. Будова атома...................................................................... 139 § 24. Ізотопи.................................................................................143 Для допитливих. Ядерні реакції.................................. 151 § 25. Сучасна модель атома...................................................... 152 § 26. Будова електронних оболонок атомів........................... 157 § 27. Періодичний закон і електронна будова атомів............................................. 164 230

§ 28. Характеристика елемента за його місцем у періодичній системі та будовою атома.................................................. 170 § 29. Періодична система, хімічний характер елементів і властивості простих речовин................................................................174 § 30. Періодична система і хімічні властивості сполук..........................................179 §31. Значення періодичного закону. Життя та діяльність Д. І. Менделєєва......................... 184

4 розділ Хімічний зв ’язок і будова речовини § 32. Стійкість електронних оболонок. Перетворення атомів на йони.......................................... 191 § 33. Йонний зв’ язок. Йонні сполуки....................................196 § 34. Ковалентний зв’ язок....................................................... 201 § 35. Полярний і неполярний ковалентний зв’язок. Електронегативність атомів..........................207 § 36. Молекулярні речовини....................................................211 § 37. Ступінь окиснення............................................................214 Післямова.....................................................................................220 Відповіді до задач і вправ........................................................... 221 Словничок термінів................................................................... 223 Предметний покажчик...............................................................227

231

Попель П. П. Хімія : підруч. для 8 кл. загальноосвіт. навч. закл. / П. П. Попель, Л. С. Крикля. — К. : ВЦ «Академія», 2008. — 232 с. : іл.

I8ВN 978-966-580-263-1 Підручник підготовлено за програмою з хімії для 7— 11 кла сів загальноосвітніх навчальних закладів. У ньому розглянуто матеріал із розділів «Кількість речовини. Розрахунки за хіміч ними формулами», «Найважливіші класи неорганічних спо лук», «Періодичний закон і періодична система хімічних еле ментів Д. І. Менделєєва. Будова атома», «Хімічний зв’язок і будова речовини». Містить практичні роботи, лабораторні дос ліди, запитання, вправи, задачі, завдання для домашнього екс перименту, додатковий матеріал для допитливих, а також словничок хімічних термінів і предметний покажчик. ББК 2 4 . 1я 7 21

Навчальне видання П О П Е Л Ь Павло Петрович КРИКЛЯ Людмила Сергіївна

Х ІМ ІЯ Підручник для 8 класу загальноосвітніх навчальних закладів Рекомендовано Міністерством освіти і науки України Видано за державні кошти. Продаж заборонено Редактор А. А. Даниленко Технічний редактор Т. І. Семченко Коректор В. П. Мусійченко Художнє оформлення В. М. Штогрина Комп’ютерна верстка Є. М. Байдюка Підписано до друку з оригінал-макета 25.06.2008. Формат 60x90/16. Папір офс. № 1. Гарнітура Шкільна. Друк офсетний. Ум.-друк. арк. 14,5. Обл.-вид. арк. 10,4. Зам.№ 8-301. Наклад 183 400 прим. Видавничий центр «Академія» 04119, м. Київ-119, а/с 37. Тел./факс: (044) 483-12-11; 456-84-63. Е-шаіІ: асасІетіа-рс@8УІ1юп1іпе.сот Свідоцтво: серія ДК № 555 від 03.08.2001 р. ВАТ «Білоцерківська книжкова фабрика».

09117, м. Біла Церква, вул. Леся Курбаса, 4.