- Гидриды
- Солеобразные гидриды металлов
- Гидриды металлов
- Водородные соединения металлов
- Способы получения
- Химические свойства
- 2.3.1. Химические свойства водорода и галогенов.
- Химические свойства водорода
- Взаимодействие водорода с простыми веществами
- Взаимодействие водорода со сложными веществами
- Химические свойства галогенов
- Взаимодействие галогенов с простыми веществами
- Взаимодействие галогенов с неметаллами
- Взаимодействие галогенов с металлами
- Реакции галогенов со сложными веществами
- Реакции замещения с галогенами
- Взаимодействие галогенов с водой
- Взаимодействие галогенов с растворами щелочей
Гидриды
Водородные соединения – это сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых водород. Водородные соединения разделяют на солеобразные гидриды и летучие водородные соединения.
Солеобразные гидриды ЭН – это соединения металлов IA, IIA групп и алюминия с водородом. Степень окисления водорода равна -1.
Летучие водородные соединения НЭ – это соединения неметаллов с водородом. Степень окисления водорода равна +1.
| Летучие водородные соединения НЭ – это соединения неметаллов с водородом | Солеобразные гидриды ЭН – это соединения металлов IA, IIA групп и алюминия с водородом |
| Степень окисления водорода равна +1. Проявляют основные, кислотные или амфотерные свойства. Как правило, сильные восстановители. | Степень окисления водорода равна -1. Для солеобразных гидридов характерны некоторые свойства солей: гидролиз, обменные реакции и т.д. |
| Элементы IVА гр.: ЭН4 (SiH4 – силан, CH4 – метан) Элементы VА гр.: ЭН3 (NH3 — аммиак, PH3 — фосфин, AsH3 – арсин, SbH3 – стибин) Элементы VIА гр.: Н2Э (Н2S – сероводород, H2Se – селеноводород, Н2Те – теллуроводород и т.д.) Элементы VIIА гр.: НЭ (НF – фтороводород, хлороводород и т.д.) | NaH – гидрид натрия, CaH2 – гидрид кальция и т.д. |
Стибин SbH3 (сурьмянистый водород) — неорганическое бинарное химическое соединение сурьмы с водородом, имеющее чесночный запах.
Арсин AsH3 (мышьяковистый водород, гидрид мышьяка) — гидрид мышьяка, химическое соединение мышьяка и водорода. При нормальных условиях — ядовитый бесцветный газ. Абсолютно чистый химически арсин запаха не имеет, но ввиду неустойчивости продукты его окисления придают арсину чесночный запах. Сильный восстановитель.
Источник
Солеобразные гидриды металлов
Гидридами называются соединения водорода с металлами. Солеобразные гидриды образуются в тех случаях, когда водород выступает в качестве окислителя, ведя себя как галоген, образуя аналогичные галогенидам солеобразные гидриды. Считается, что в простых солеобразных гидридах существует анион H – . Однако в отличие от образования Hal – образование ионов H – из молекул водорода процесс эндотермический:
| 1/2H2(г) = H(г) | ΔH = 218,0 кДж/моль |
| H(г) + e = H – | ΔH = -66,9 кДж/моль |
| 1/2H2(г) + e = H – (г) | ΔH = 151,1 кДж/моль |
По этой причине наиболее полярная связь наблюдается в гидридах наиболее активных металлов – щелочных и щелочноземельных.
| Соединение | |
| ΔH°f, 298, кДж/моль При закономерном возрастании межатомных расстояний энтальпии образования гидридов щелочных металлов мало отличаются друг от друга. В то же время эти величины несравненно меньше энтальпий образования галогенидов этих металлов (ΔH°f, 298 ≈ 400 кДж/моль). Это обусловлено малым сродством к электрону атома водорода, меньшей величиной относительной электроотрицательности по сравнению с галогенами. Ионные гидриды, например KH и CaH2 представляют собой белые кристаллические вещества с высокими температурами плавления, т.е. соли. Вообще же гидриды щелочных и щелочноземельных металлов – белые или бесцветные кристаллические вещества с высокими температурами плавления, термически устойчивые, связь в них близка к ионной. Их расплавы характеризуются высокой электрической проводимостью, при электролизе расплавленных гидридов водород выделяется на аноде. Гидриды s-элементов I группы, как и большинство галогенидов этих элементов, имеют структуру типа NaCl. В химическом отношении ионные гидриды ведут себя как основные соединения (см. комплексные гидриды). Большая отрицательная величина стандартного электродного потенциала системы 1/2 H2 / H – (E = -2,23 В) говорит о том, что ион H – – один из самых сильных восстановителей. Поэтому ионные, а также комплексные гидриды – сильные восстановители: Источник Гидриды металловВодородные соединения металловСоединения металлов с водородом — солеобразные гидриды МеНх. Это твердые вещества белого цвета с ионным строением. Устойчивые гидриды образуют активные металлы (щелочные, щелочноземельные и др.). Способы полученияГидриды металлов можно получить непосредственным взаимодействием активных металлов и водорода. Например , при взаимодействии натрия с водородом образуется гидрид натрия: 2Na + H2 → 2NaH Гидрид кальция можно получить из кальция и водорода: Химические свойства1. Солеобразные гидриды легко разлагаются водой . Например , гидрид натрия в водной среде разлагается на гидроксид натрия и водород: NaH + H2O → NaOH + H2 2. При взаимодействии с кислотами гидриды металлов образуют соль и водород. Например , гидрид натрия реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида натрия и водорода: NaH + HCl → NaCl + H2 3. Солеобразные гидриды проявляют сильные восстановительные свойства и взаимодействуют с окислителями (кислород, галогены и др.) Например , гидрид натрия окисляется кислородом: 2NaH + O2 = 2NaOH Гидрид натрия также окисляется хлором : NaH + Cl2 = NaCl + HCl Источник 2.3.1. Химические свойства водорода и галогенов.Химические свойства водородаАтом водорода имеет электронную формулу внешнего (и единственного) электронного уровня 1s 1 . С одной стороны, по наличию одного электрона на внешнем электронном уровне атом водорода похож на атомы щелочных металлов. Однако, ему, так же как и галогенам не хватает до заполнения внешнего электронного уровня всего одного электрона, поскольку на первом электронном уровне может располагаться не более 2-х электронов. Выходит, что водород можно поместить одновременно как в первую, так и в предпоследнюю (седьмую) группу таблицы Менделеева, что иногда и делается в различных вариантах периодической системы:
С точки зрения свойств водорода как простого вещества, он, все-таки, имеет больше общего с галогенами. Водород, также как и галогены, является неметаллом и образует аналогично им двухатомные молекулы (H2). В обычных условиях водород представляет собой газообразное, малоактивное вещество. Невысокая активность водорода объясняется высокой прочностью связи между атомами водорода в молекуле, для разрыва которой требуется либо сильное нагревание, либо применение катализаторов, либо и то и другое одновременно. Взаимодействие водорода с простыми веществамис металламиИз металлов водород реагирует только с щелочными и щелочноземельными! К щелочным металлам относятся металлы главной подгруппы I-й группы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), а к щелочно-земельным — металлы главной подгруппы II-й группы, кроме бериллия и магния (Ca, Sr, Ba, Ra) При взаимодействии с активными металлами водород проявляет окислительные свойства, т.е. понижает свою степень окисления. При этом образуются гидриды щелочных и щелочноземельных металлов, которые имеют ионное строение. Реакция протекает при нагревании:
Следует отметить, что взаимодействие с активными металлами является единственным случаем, когда молекулярный водород Н2 является окислителем. с неметалламиИз неметаллов водород реагирует только c углеродом, азотом, кислородом, серой, селеном и галогенами! Под углеродом следует понимать графит или аморфный углерод, поскольку алмаз — крайне инертная аллотропная модификация углерода. При взаимодействии с неметаллами водород может выполнять только функцию восстановителя, то есть только повышать свою степень окисления:
Взаимодействие водорода со сложными веществамис оксидами металловВодород не реагирует с оксидами металлов, находящихся в ряду активности металлов до алюминия (включительно), однако, способен восстанавливать многие оксиды металлов правее алюминия при нагревании:
c оксидами неметалловИз оксидов неметаллов водород реагирует при нагревании с оксидами азота, галогенов и углерода. Из всех взаимодействий водорода с оксидами неметаллов особенно следует отметить его реакцию с угарным газом CO. Смесь CO и H2 даже имеет свое собственное название – «синтез-газ», поскольку из нее в зависимости от условий могут быть получены такие востребованные продукты промышленности как метанол, формальдегид и даже синтетические углеводороды:
c кислотамиС неорганическими кислотами водород не реагирует! Из органических кислот водород реагирует только с непредельными, а также с кислотами, содержащими функциональные группы способные к восстановлению водородом, в частности альдегидные, кето- или нитрогруппы. c солямиВ случае водных растворов солей их взаимодействие с водородом не протекает. Однако при пропускании водорода над твердыми солями некоторых металлов средней и низкой активности возможно их частичное или полное восстановление, например:
Химические свойства галогеновГалогенами называют химические элементы VIIA группы (F, Cl, Br, I, At), а также образуемые ими простые вещества. Здесь и далее по тексту, если не сказано иное, под галогенами будут пониматься именно простые вещества. Все галогены имеют молекулярное строение, что обусловливает низкие температуры плавления и кипения данных веществ. Молекулы галогенов двухатомны, т.е. их формулу можно записать в общем виде как Hal2. ГалогенФизические свойства | |
| F2 | Светло-желтый газ с резким раздражающим запахом |
| Cl2 | Желто-зеленый газ с резким удушливым запахом |
| Br2 | Красно-бурая жидкость с резким зловонным запахом |
| I2 | Твердое вещество с резким запахом, образующее черно-фиолетовые кристаллы |
Следует отметить такое специфическое физическое свойство йода, как его способность к сублимации или, иначе говоря, возгонке. Возгонкой, называют явление, при котором вещество, находящееся в твердом состоянии, при нагревании не плавится, а, минуя жидкую фазу, сразу же переходит в газообразное состояние.
Электронное строение внешнего энергетического уровня атома любого галогена имеет вид ns 2 np 5 , где n – номер периода таблицы Менделеева, в котором расположен галоген. Как можно заметить, до восьмиэлектронной внешней оболочки атомам галогенов не хватает всего одного электрона. Из этого логично предположить преимущественно окисляющие свойства свободных галогенов, что подтверждается и на практике. Как известно, электроотрицательность неметаллов при движении вниз по подгруппе снижается, в связи с чем активность галогенов уменьшается в ряду:
Взаимодействие галогенов с простыми веществами
Все галогены являются высокоактивными веществами и реагируют с большинством простых веществ. Однако, следует отметить, что фтор из-за своей чрезвычайно высокой реакционной способности может реагировать даже с теми простыми веществами, с которыми не могут реагировать остальные галогены. К таким простым веществам относятся кислород, углерод (алмаз), азот, платина, золото и некоторые благородные газы (ксенон и криптон). Т.е. фактически, фтор не реагирует лишь с некоторыми благородными газами.
Остальные галогены, т.е. хлор, бром и йод, также являются активными веществами, однако менее активными, чем фтор. Они реагируют практически со всеми простыми веществами, кроме кислорода, азота, углерода в виде алмаза, платины, золота и благородных газов.
Взаимодействие галогенов с неметаллами
водородом
При взаимодействии всех галогенов с водородом образуются галогеноводороды с общей формулой HHal. При этом, реакция фтора с водородом начинается самопроизвольно даже в темноте и протекает со взрывом в соответствии с уравнением:
Реакция хлора с водородом может быть инициирована интенсивным ультрафиолетовым облучением или нагреванием. Также протекает со взрывом:
Бром и йод реагируют с водородом только при нагревании и при этом, реакция с йодом является обратимой:
фосфором
Взаимодействие фтора с фосфором приводит к окислению фосфора до высшей степени окисления (+5). При этом происходит образование пентафторида фосфора:
При взаимодействии хлора и брома с фосфором возможно получение галогенидов фосфора как в степени окисления + 3, так и в степени окисления +5, что зависит от пропорций реагирующих веществ:
При этом в случае белого фосфора в атмосфере фтора, хлора или жидком броме реакция начинается самопроизвольно.
Взаимодействие же фосфора с йодом может привести к образованию только триодида фосфора из-за существенно меньшей, чем у остальных галогенов окисляющей способности:
серой
Фтор окисляет серу до высшей степени окисления +6, образуя гексафторид серы:
Хлор и бром реагируют с серой, образуя соединения, содержащие серу в крайне не свойственных ей степенях окисления +1 и +2. Данные взаимодействия являются весьма специфичными, и для сдачи ЕГЭ по химии умение записывать уравнения этих взаимодействий не обязательно. Поэтому три нижеследующих уравнения даны скорее для ознакомления:
Взаимодействие галогенов с металлами
Как уже было сказано выше, фтор способен реагировать со всеми металлами, даже такими малоактивными как платина и золото:
Остальные галогены реагируют со всеми металлами кроме платины и золота:
Реакции галогенов со сложными веществами
Реакции замещения с галогенами
Более активные галогены, т.е. химические элементы которых расположены выше в таблице Менделеева, способны вытеснять менее активные галогены из образуемых ими галогеноводородных кислот и галогенидов металлов:
Аналогичным образом, бром вытесняет серу из растворов сульфидов и сероводорода:
Хлор является более сильным окислителем и окисляет сероводород в его водном растворе не до серы, а до серной кислоты:
Взаимодействие галогенов с водой
Вода горит во фторе синим пламенем в соответствии с уравнением реакции:
Бром и хлор реагируют с водой иначе, чем фтор. Если фтор выступал в роли окислителя, то хлор и бром диспропорционируют в воде, образуя смесь кислот. При этом реакции обратимы:
HCl + HClO» width=»225″ height=»28″/>
HBr + HBrO» width=»225″ height=»28″/>
Взаимодействие йода с водой протекает в настолько ничтожно малой степени, что им можно пренебречь и считать, что реакция не протекает вовсе.
Взаимодействие галогенов с растворами щелочей
Фтор при взаимодействии с водным раствором щелочи опять же выступает в роли окислителя:
Умение записывать данное уравнение не требуется для сдачи ЕГЭ. Достаточно знать факт о возможности такого взаимодействия и окислительной роли фтора в этой реакции.
В отличие от фтора, остальные галогены в растворах щелочей диспропорционируют, то есть одновременно и повышают и понижают свою степень окисления. При этом, в случае хлора и брома в зависимости от температуры возможно протекание по двум разным направлениям. В частности, на холоду реакции протекают следующим образом:
а при нагревании:
Йод реагирует с щелочами исключительно по второму варианту, т.е. с образованием йодата, т.к. гипоиодит не устойчив не только при нагревании, но также при обычной температуре и даже на холоду:
5NaI + NaIO3 + 3H2O» width=»341″ height=»62″/>
Источник