И. Е. Малашонок
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ
ХИМИЯ
Тексты лекций для студентов специальностей
1-48 01 02 «Химическая технология органических веществ,
материалов и изделий»,
1-48 02 02 «Технология лекарственных препаратов»
Минск 2014
УДК 546(075.8)
ББК 24.12я73
М18
Рассмотрены и рекомендованы редакционно-издательским
советом Белорусского государственного технологического университета
Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент кафедры химии Белорусского национального технического университета А. А. Меженцев;
кандидат химических наук, доцент кафедры общей химии и методики преподавания химии Белорусского государственного университета В. Н. Хвалюк
Малашонок, И. Е.
|
Тексты лекций по дисциплине «Неорганическая химия» предназначены для самостоятельной работы студентов 1-го курса химико-технологических специальностей при подготовке к практическим, лабораторным занятиям и к экзамену. Достаточно подробно рассмотрены строение, способы получения, физические, химические свойства, биогенная роль простых веществ и их соединений, приведены области их применения. Теоретический материал текстов лекций иллюстрирован примерами, схемами, рисунками.
УДК 546(075.8)
ББК 24.12я73
| © УО «Белорусский государственный технологический университет», 2014 © Малашонок И. Е., 2014 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Тексты лекций предназначены для студентов химико-технологических специальностей БГТУ и составлены в соответствии с типовой программой по дисциплине «Неорганическая химия». Неорганическую химию студенты изучают во втором семестре после дисциплины «Теоретические основы химии». Объем, содержание, уровень изложения материала при составлении предлагаемых текстов лекций определялись тем, что студенты должны знать основные законы и понятия химии, закономерности протекания химических процессов, уметь проводить термодинамические расчеты, расчеты по уравнениям реакций, иметь представление о свойствах химических элементов и их соединений.
В текстах лекций рассматриваются способы получения, особенности строения, физические и химические свойства s -, p -и d -элементов периодической системы Д. И. Менделеева и их соединений. В современной литературе достаточно много учебников по неорганической химии, однако среди них студентам-первокурсникам трудно найти необходимую информацию по тем или иным вопросам. Тексты лекций помогут лучше разобраться в материале, выделить наиболее важную для них информацию.
Студенты специальности 1-48 01 02 «Химическая технология органических веществ, материалов и изделий» должны быть хорошо знакомы с химией элементов, поскольку разнообразные неорганические соединения используются в органическом синтезе как в качестве реагентов, так и в качестве катализаторов. Для студентов специальности 1-48 02 02 «Технология лекарственных препаратов» важное значение в их будущей профессиональной деятельности имеют сведения о биогенной роли химических элементов и их соединений. В предлагаемой работе рассматриваются вопросы относительно воздействия некоторых химических веществ и процессов на живые организмы и окружающую среду.
Тексты лекций по неорганической химии содержат много схем, рисунков, таблиц, которые делают теоретический материал более наглядным, а также призваны помочь студентам понять механизмы протекания процессов, выявить закономерности изменения свойств веществ.
Тема 1. р - Элементы VII А группы (галогены)
Общая характеристика элементов
VII A группа: F (фтор), Cl (хлор), Br (бром), I (иод) и At (астат ‒ радиоактивный элемент). Групповое название ‒ галогены.
Полные электронные формулы атомов элементов VIIA группа (подчеркнуты валентные электроны):
9F: 1 s 2 2 s 22 р 5;
17Cl: 1 s 22 s 22 р 6 3 s 23 р 5;
35Br: 1 s 22 s 22 р 63 s 23 р 6 4 s 24 р 5;
53I: 1 s 22 s 22 р 63 s 23 р 63 d 104 s 24 р 64 d 10 5 s 25 р 5.
Сокращенная электронная конфигурация … ns 2 np 5.
Электронно-графические схемы валентных электронов фтора и хлора в основном (невозбужденном) состоянии:
На внешнем электронном уровне атомов 7 электронов: три электронные пары и один неспаренный электрон.
У фтора, элемента 2-го периода, нет d- подуровня. Поэтому отсутствует возможность распаривания электронных пар, находящихся на втором уровне. Характерная валентность для фтора равна I. Ковалентные связи могут быть образованы как с помощью одноэлектронной орбитали атома, так и с помощью электронных пар. Ковалентность атомов фтора в соединениях теоретически равна числу электронных орбиталей, который данный атом использует для образования ковалентных связей. Известно молекулярное соединение бора с фтором BºF, в котором ковалентность фтора равна 3.
Так как фтор – самый электроотрицательный элемент, его степень окисления в соединениях c другими элементами может быть только ‒1.
У хлора и других галогенов возможно возбуждение электронов и переход их на d- подуровни соответствующих энергетических уровней. Характерны нечетные валентности: I (в невозбужденном состоянии), III, V, VII (при распаривании электронных пар):
Основные характеристики галогенов представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Основные характеристики р -элементов VIIA группы
| Характеристика | F | Cl | Br | I |
| Ковалентный радиус атома, нм | 0,071 | 0,099 | 0,114 | 0,133 |
 увеличение
| ||||
| Ионный радиус Э–, нм | 0,133 | 0,181 | 0,196 | 0,220 |
| увеличение
| ||||
| Энергия ионизации I 1, кДж/моль | 1681,05 | 1251,19 | 1139,86 | 1008,40 |
| Сродство к электрону Ее _, кДж/моль | 328,166 | 348,575 | 324,538 | 295,149 |
| Электроотрицательность c (по шкале Полинга) | 4,0 | 3,1 | 2,9 | 2,6 |
 уменьшение
| ||||
| Характерные степени окисления в соединениях | –1 | –1, +1, +3, +4, +5, +6, +7 | –1, +1, +3, +5, +7 | –1, +1, +3, +5, +7 |
Примечание. Полужирным начертанием выделены наиболее характерные степени окисления
При переходе от фтора к иоду значения радиусов увеличиваются, т. к. с увеличением числа электронных слоев увеличивается расстояние между электронами внешнего слоя и ядром атома.
Атомы галогенов расположены в периодической системе в конце каждого периода, являются самыми активными неметаллами в периоде, поэтому имеют большие значения энергии ионизации(I 1), сродства к электрону (Ее _) и электроотрицательности (c). Энергия сродства к электрону равна значению изменения внутренней энергии при присоединении одного электрона газообразным атомом, взятому с обратным знаком. Положительное значение Ее _ соответствует экзотермическому процессу. Для фтора сродство к электрону меньше, чем для хлора. Это объясняется меньшими размерами атома фтора и большим межэлектронным расталкиванием в нем. При переходе сверху вниз неметаллические свойства галогенов ослабляются.
Наиболее резко увеличивается радиус и уменьшается энергия ионизации при переходе от фтора к хлору. Это связано с появлением на третьем энергетическом уровне d- подуровня.
Наиболее характерная степень окисления галогенов равна –1, с более электроотрицательными элементами они могут иметь и положительные степени окисления вплоть до высшей +7 (кроме F).
Свойства простых веществ. Галогены – простые вещества – состоят из двухатомных молекул (Г2). Сравнительная характеристика свойств простых веществ галогенов представлена в таблице 1.2.
Таблица 1.2