ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Бейорганикалық химия-1» пәні

Титан қазіргі техникада маңызды орын алады, оның маңызы мыс, мырыш, қорғасындардан кем емес. Титанды көбіне металлургияда арнаулы болат, құйма жасау үшін қолданады, мысалы, 0,1% Ti қосылса, ондай болат өте қатты, серпімді болады, онан рельс, вагондардың осін, дөңгелегін жасайды. Титан араласқан металдар өте маңызды конструктивтік материал болады. Титанды құймалар өте жоғары температураға ұзақ уақыт шыдамды келеді. Титан карбидінің қаттылығы алмаздай.

Титанды алу үшін мына реакцияны пайдаланады׃

TiCl₄ +4Na = 4NaCl + Ti

Титан алюминийден сәл ауыр, бірақ одан үш есе берік. Титанның адам баласына келтіретін пайдасының келешегі мол.

Титанның қосылыстарынан, оның қос оксиді TiO₂ ақ бояу ретінде (титан әгі), отқа берік лабораториялық ыдыс жасауға қолданылады.

Қазіргі кезде цирконий да кең қолданылатын болды. Оның коррозияға төзімділігі және нейтрондарды сіңірмейтіндігі оны атомдық реакциялар (сүңгір қайықтарда) жасауға таптырмайтың материал етті. Цирконий құймаларға араластыруға да өте керекті бағалы зат болды, мысалы мыс, магний, алюминийге аздап та болса цирконий араластырса, олардың беріктігі, төзімділігі бірнеше есе өсумен қабат негізгі қасиеттері – электр өткізгіштігі (Cu мен Al), жеңілдігі (Mg мен Al) кемімейді. Англияда 1947 жылы барлық құймаларға 0,5% ғана Zr араластырса, 1953 жылы 56,5% араластырған.

Цирконийдің қосылыстарынан маңыздылары – ц и р к о н и й д і ң қ о с т о т ы ғ ы ZrО₂ отқа берік (бt^o = 2700^о), химиялық әрекетке төзімді, сондықтан отқа берік бұйымдар, мысалы тигель, балқуы қиын шыны, глазурь, эмаль жасауға қолданылады.

Цирконий карбиды ZrС титанның карбиды сияқты, алмаз орнына ұсталады.

Гафнийдің химиялық қасиеттері цирконий қасиетіндей, физикалық қасиеттерінде айырым бар.

Гафний оксидін цирконийдің оксиді қолданатын жерде қолданады, электрон лампаларына керекті құйма жасау үшін пайдаланады.

Дәріс материалын оқығаннан соң студент білуі керек:

1.Металдарды алу;

2.Металдардың химиялық қасиеттерін;

3.Қосылыстарының химиялық қасиеттерін және қолданылуын.

4.Элементтердің комплекс қосылыстары, алу, қасиеттері.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары:

1. Титан тобы элементтерін өндірісте алғанда жүретін процестер

2. Титан тобы элементтерінің металл еместермен қосылысы 3.Оксидтері,гидроксидтері, қасиеттері, тұздары, қасиеттері, қолданылуы
ДӘРІС 11 Скандий тобындағы металдары
1.Скандий тобы элементтері , алу, қасиеттері, қолданылуы.

2.ІІІB топша элементтерінің физикалық және химиялық қасиеттері.

3.Оксидтері, гидроксидтері, амфотерлі қасиеттері

Үшінші қосымша (III B) топтардағы металдарға – с к а н д и й, иттрий және лантаноидтар топтарындагы металдар жатады.

Қосымша (В) топтардың элементтерінің құрылыс жағынан ерекшелігі, олардың d – қатпарында электрон болуына байланысты. Үлкен периодтардағы элементтердің электрондарын орналастырғанда, әрбір үлкен периодтың үшінші элементіне келгенде, оның сонғы электроны, сыртқы қабатқа емес, сырттан санағанда екінші ішкі қабаттағы d – қатпарға орналасады, сол үлкен периодтардың үшінші элементтері – енді танысатың скандий тобындағы металдар. Демек, скандий тобының металдарының d – қатпарында бір электрон, титан торбының металдарында – екі электрон, ванадий тобының металдарында – үш электрон болады. Бұл электрондар валенттік байланыс түзуге қатынасатын электрондар.

Осыған байланысты бұл металдар үлкен периодтардың бірінші бөлімінде болғандықтан, барлығы жұп қатарлардың элементтері болып табылады.

Бұл металдардың қосылыстары жиналыңқы түрде сирек кездеседі. Бұлардың өздері де, қосылыстары да әзір қолданыла қойған жок. Жеке алынып (LaCl₃ электролизі арқылы) зерттелгені лантан; ол ақ түсті, қалайыдан гөрі қаттырақ, химиялық активтігі күшті металл. Скандий мен иттрийдің де белгілі қасиеттері осы лантанға ұқсас. Барлығы да үш валентті. Қатар тұрған галий топшасымен салыстырғанда бұлардың металдық қасиеті басым – суды қалыпты температурада айырады, қышқылдарда оңай ериді, кейбіреулері сутекпен гидрид түзеді (LaH₃).

Скандий, итрий және лантанның оксидтері ақ түсті, балқуы қиын ұнтақтар, суда ерімейді, бірақ гидрооксидтері болады - Э(OH)₃. Гидрооксидтері суда ерімейтін заттар, барлығының да негіздік қасиеттері бар, әрі ол қасиет топ бойымен төмен қарай күшейеді, демек La(OH₃) күшті негіз. Sc^…, Ү^..., La^... иондары түссіз. Хлоридтері, нитраттары және ацетаттары оңай ериді, Sc → La бағытында негіздік қасиет күшейетіндіктен гидролизденуі де сол бағытта кемиді.

Скандий тобының металдары қосымша топта болғанымен, галлий топшпсына қарағанда типтік элементтерге (B, Al), әсіресе үш валентті қосылыстарында, ұқсасырақ.
Дәріс материалын оқығаннан соң студент білуі керек:

1.Металдарды алу;

2.Металдардың химиялық қасиеттерін;

3.Қосылыстарының химиялық қасиеттерін және қолданылуын.

4.Элеменнтердің комплекс қосылыстары, алу, қасиеттері.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары:

1. Скандий тобы элементтерін өндірісте алғанда жүретін процестер

2. Скандий тобы элементтерінің металл еместермен қосылысы 3.Оксидтері,гидроксидтері, қасиеттері, тұздары, қасиеттері, қолданылуы
Модуль ІІ. р-элементтер
ДӘРІС 12 ША топша элементтері.

1.Алюминий, алу, қасиеттері, қолданылуы

2.Алюминийдің физикалық және химиялық қасиеттері

3.Оксидтері, гидроксидтері, амфотерлі қасиеттері

Al …3s²3p¹ Амфотерлі металл, қышқылдармен де, сілтілермен де әрекеттеседі. Al+H⁺, OH^-→ АІ³⁺ - тұзы, АІ(ОН)₃, KAl(SO₄)₂×2Al(OH)₃ – алунит; Na₃AlF₆ –криолит; Mg[Al₂O₄]- шпинель; α-Al₂O₃ – корунд; Al₂O₃ –лейкосапфир-түссіз, сапфир-көгілдір, рубин-қызыл, топаз- сары. Al₂O₃∙nH₂O-боксит (қоспа Si, Fe, Ti)~50% таза Al₂O₃. Al₂O₃ – гликозем. Al₂O₃ Т_б~2000⁰С, сондықтан криолит қосып, балқу температурасын төмендетеді. Al₂O₃ → ^эл-з AlO₂^-+AlO⁺ K(-)→темірден жасалады, катодтағы процесс: 3AlO⁺ + 3e^-→ Al + Al₂O₃;

A(⁺)-көмір (графит) 2AlO₂^- - 2e^-→ Al₂O₃ + О – анодтағы процесс, атомдық бөлінген оттегі графит электродты тез бүлдіреді, себебі ол жанады.

Al+S→ ^t0 сульфид, Al+N₂→ ^t0 нитрид; Al+Г₂ → галогенидтер, тек J₂ -пен

Al+J₂ →^{H2O (кат-р)} катализатор қатысында әрекеттеседі. Al+H⁺ → гидрид;

Al+H₂O→ жүрмейді, себебі жұқа Al₂O₃ қабаты болады.

Al+H₂SO₄ конц., HNO₃ конц.→ пассивтеледі, яғни әрекеттеспейді.

Al₂O₃ тоқ өткізбейті, диэлектрик.

Сілті ерітіндісінде: AlCl₃+OH^-→Al(OH)₃↓+3Cl^-, сілтінің артық мөлшерінде алюминий гидроксиді ериді: Al³⁺+3OH^-↔ Al(OH)₃→3H⁺+AlO₃^3- . Орта H₃AlO₃және HAlO₂ мета алюминат тұздарын түзеді. Мысалы: Al₂O₃+K₂CO₃→ ^t02KAlO₂(шпинель)+CO₂↑ Al(OH)₃→ ^t0 H₂O+ Al₂O₃ су ұшқан соң, алюмогель түзіледі.

AlF₃ – қалған AlГ₃ өзгеше, себебі фтордың электртерістігі жоғары ЭТ_F ~4,0, соңдықтан иондық байланысы жоғары. AlF₃ –суда ерімейді. Al+Г₂ → галогенидтер, Al+S→ сульфид тек құрғақ күйде ғана болады, себебі суда гидролизге ұшырайды.

Al+N₂(ауа)→ ^t0 нитрид, Al+NH₃→ ^t0 нитрид + сутегі; Al₂O₃+N₂+C→ ^t0 AlN+CO; Al+C→ ^t0 Al₄C₃ – карбид; Карбид суда еріп, гидролизге ұшырайды: Al₄C₃+ H₂O↔ Al(OH)₃+CH₄.

Тұздары: кристаллогидраттар - Al₂(SO₄)₃×18 H₂O; қос тұз: MeSO₄×Al₂(SO₄)₃×24 H₂O; не Ме[Al(SO₄)₂].12H₂O ашудас ; Na₃[AlF₆] - криолит; Li[AlH₄] алюмогидрид: AlCl₃+4LiH→^эфир Li[AlH₄]+3LiCl .

4Аg₂S ^.GeS₂- аргиродит; 3Сu₂S ^. FeS ^. 2GeS₂ – германит. SnО₂-касситерит, Сu₂S ^. FeS ^. SnS₂-станнин. РbS-қорғасын жылтыры, галенит. РbSО₄-англезит. РbСО₃-церуссит.

GеО₂ +2Н₂ =Gе + 2H₂O, таза германий алынады.

2РbS + 3О₂ =2РbО + 2SО₂, кендегі сульфидтер оксидтерге айналады, ары қарай оксидтерді тотықсыздандырады:

РbО + СО = Рb + СО₂

2Н₂О +2Рb(NO₃)₂ ————→ 4НNO₃ + 2Рb + О₂-өндірісте электролиз арқылы алады. _{электролиз}

2Н₂О + Sn (NO₃)₂ ————→ 4НNO₃ + 2 Sn + О₂-өндірісте қалайыны да таза күйінде электролиз арқылы алады.
Химиялық қасиеттері
Жай жағдайда Sn, Gе, Рb ауамен, сумен әрекеттеспейді, ал қыздырғанда GеО₂, SnО₂, РbО оксидтері түзіледі. Металдардың кернеу қатарында германий сутегіден соң, қорғасын мен қалайы сутегінің алдында орналасқан, сондықтан германий сұйытылған қышқылдармен әрекеттеспейді, Sn ериді, ал қорғасын HCI, Н₂SО₄ қышқылдарында ериді, бірақ біраздан соң қорғасынның еруі тоқтайды, себебі металдың беті ерімейтін сульфат, хлорид тұнбаларымен жабылады. Концентрлі HCI ерітіндісінде ериді:

Sn, Рb +4HCIконц. → Н₂[ЭСI₄] +2Н₂

Концентрлі күкірт қышқылымен германий және қалайы тұз түзе әрекеттеседі:

Э + 4Н₂SО₄ = Э(SО₄)₂ + 2SО₂ + 2Н₂О,

қорғасын гидросульфат түзеді: Рb +3Н₂SО₄(<80%) = Pb(НSО₄)₂ +SО₂+2Н₂О

Концентрлі азот қышқылында германий мен қалайы германий және қалайы қышқылдарын түзеді:

Э + 4НNO₃ = H₂ЭО₃ + 4NO₂ +Н₂О. Бұл қышқылдарды хЭО₂ ^. уН₂О деп жазуға болады. Сұйытылған НNO₃ қалайыны ерітіп, нитратын түзеді:

3Sn + 8НNO₃ =3Sn(NO₃)₂ +2NO₂ +4Н₂О.

Концентрлі және сұйытылған НNO₃ қорғасынды ерітеді, Pb(NO₃)₂ түзеді:

3Рb +8НNO₃=3Pb(NO₃)₂ +2NO₂↑ + 4Н₂О

Рb +4НNO₃=Pb(NO₃)₂ +2NO↑ + 2Н₂О

Қыздырса, Sn және Рb сілтілермен әрекеттеседі, бұл жағдай осы металдардың амфoтерлік табиғатын дәлелдейді:

Э +2КОН+2Н₂О=К₂[Э(OH)₄] +Н₂,

Германий сілтімен тек тотықтырғыштар қатысында әрекеттеседі:

Gе +2КОН +2Н₂О + О₂ = К₂[Gе(ОН)₆]

Германий қышқылдар қоспасында, патша арағында жақсы ериді:

Gе + 4НСI +4HNO₃ =GeCI₄+4NO₂+4H₂O

3Ge+4HNO₃+18HF=3H₂[GeF₆]+4NO+8H₂O

Бұл үш элемент те галогендермен, халькогендермен әрекеттеседі, сонымен бірге германий мен қалайы фосформен де әрекеттеседі:

Э + Г₂→ ЭГ₄(Ge, Sn), ЭГ₂(Рb)

Э + S→ ЭS₂(Ge, Sn), Э S(Рb)

Ge, Sn + P → Э₃Р₄

Бұл элементтердің +2 және +4 тотығу дәрежелеріне сәйкес оксидтері ЭО, ЭО₂ белгілі: Э+О₂ → ЭО₂(Ge, Sn) түзілсе, қорғасын ЭО түзеді: 2Рb+О₂ → 2РbО, қыздырғанда, ал тек күшті тотықтырғыштар қатысында қорғасын ЭО₂ береді: Рb(СН₃СОО)₂+СаОСI₂+H₂O = PbО₂+СаСI₂+2CH₃COOH

ЭО оксидтері негіздік қасит көрсетеді, сондықтан қышқылдармен әрекеттеседі:

ЭО+ Н₂SО₄ =ЭSО₄ + H₂O, тұздары суда гидролизге ұшырайды

ЭSО₄ + 2H₂O ↔ Э(ОН)₂ + H₂SО₄

ЭО₂ қышқылдармен әрекеттеспейді, себебі олар қышқылдық оксидтер, сілтілерде ериді, сонда германаттар, станнаттар, плюмбаттар түзіледі; суда ерігенде гидроксокомплекстер береді.

ЭО₂ +2NaOH→Na₂ЭО₃+ H₂O

ЭО₂ +2NaOH+ 2H₂O → Na₂[Э(ОН)₆]. Э(ОН)₂ және Э(ОН)₄ амфотерлі қасиет көрсетеді. Э²⁺ сәйкес тұздары германиттер, станниттер, плюмбиттер - күшті тотықсыздандырғыштар. Н₂ЭО₃ не Н₄ЭО₄ былай жазылады: ЭО₂ ^. хH₂О.

Алғаш алынғанда α-қалайы қышқылы түзіледі, ол тұз қышқылымен әрекеттеседі: Sn(ОН)₄ +4НСI→ SnСI₄ +4H₂O, біраз уақыттан соң β-қалайы қышқылына айналады, ол НСI әрекеттеспейді.

Қалайының мыспен құймасы – қола. Қола ғасырынан белгілі. Қорғасын -аккумуляторларда қолданылады. Рb рентген және γ-сәулелерінен қорғануға қолданылады. SnО₂ шыны өндірісінде қолданылады.

1.Германий топшасы элементтерінің гидроксидтері, диссоциациясы, тұздары, қасиеттері;

2.Германий топшасы элементтерінің (ІІ,ІV) оксидтері, қасиеттері, тотығу-тотықсыздану реакциялары;

3. Германий топшасы элементтерінің қышқылдық-негіздік қасиеттерінің өзгеруі;

4. Германий топшасы элементтерінің галогенидтері, гидролизі, сульфидтері, алу, қасиеттері.

5. Табиғатта кездесуі, қолданылуы.

I топта I A және I В топша элементтері бір бірінен химиялық қасиеттері бойынша үлкен айырмашылықта. I A топшада Li қалған сілтілік металлдардан бөлектeу:

Э-1е^-→Э⁺ J( иондану энергиясы) :

5,39; 5,14; 4,34; 4,18; 3,89 Li; Na; K; Re; Cs Li Mg-мен диагоналдық ұқсастықта (Диагоналдық ұқсастық Na мен Ca арасында да бар). Li ₃Li )₂ )₁ 1s²2s¹2p p-орбиталда электрон жоқ, соңдықтан басқа I A топ элементтерінен айырмашылықта. Т.д. +1. Тек Li комплекс түзгіш қасиет көрсетеді. Осы қасиеті бойынша оның электрондық потенциалы -3,02в екендігі түсіндіріледі, яғни литийдің аква қосылысы өте берік. [Li(H₂O)₄]⁺. Li- литий катионы гидратациясының энтальпиясы жоғары (-ΔН⁰₂₉₈=468,6 кДж/моль). Оттегімен тотыққанда тек литий Li₂О түзеді, қалған I A топша металдары пероксид, супероксидтер түзеді. Ауада тотыққанда тек Li оксидімен қатар, нитрид Li₃N түзеді. Тек литийдің фториді, карбонаты, фосфаты суда нашар ериді. Тек Li Mg сияқты литийорганикалық қосылыс түзеді.

LiCl _{балқыма} →^эл-з аса таза Li алынады.

Li +O₂(N₂)→^комн._t0 Li₂O, Li₃N береді, 200⁰C жоғары болса, жанады. Li +Г₂→^комн._t0 LiГ;

Li + H₂, S → ^t0 гидрид LiH, сульфид LiS түзеді. Қосылыстары: Li₂O –ионды байланыс, негіздік оксид Li₂O+қышқыл→ тұз;

Li₂O+ H₂O→ 2LiOH; Li₂O+қышқылдық оксидтер→ Li₂O+СО₂ → Li₂СО₃;

Li₂СО₃ → Li₂O+СО₂; LiOH→^Н2газ Li₂O+ H₂O; LiNO₃→^Н2газ Li₂O+ NH₃+H₂O;

LiOH – түссіз кристалл зат, басқа I A металлдарының гидроксидтерінен айырмашылығы ол 2LiOH→600⁰ Li₂O+H₂O айрылады;

IB топшаның ЭОН гидроксидтеріне ұқсас CuOH→ ^t0 Cu₂O+H₂O; AgOH→ ^t0 Ag₂O+ H₂O; H₂O+2LiCl(ерітінді)→^эл-з LiOH+H₂+Cl₂ Галогенидтер LiF→ LiCl→LiBr→LiJ Балқу температуралары → азаяды, соңдықтан химиялық байланыс беріктігі де азаяды. LiF балқу температурасының жоғарылығы ΔН(870⁰С-612 кДж/моль) көптігінен және фтордың электртерістігі де жоғары ЭТ_F, сонымен бірге фтордың атомдарының мөлшерлерінің (размер) кішілігінің әсері. LiF суда аз ериді, кристаллогидрат түзбейді, қалғандары суда ериді, көптеген кристаллогидраттар түзеді.

2Li+H₂→^{балқытып} 2LiH LiH+ H₂O→ H₂ +LiOH

6Li+N₂→ ^t0 2Li₃N 2 LiH+ O₂→ Li₂O+ H₂O

Li+C→ ^t0 Li₂C₂ Li₃N +3 H₂O→3 LiOH+NH₃

2Li+S→ ^t0 Li₂S Li₂S+ H₂O↔ LiOH+LiHS

3Li+P→ ^t0 Li₃P Li₃P+ H₂O↔3 LiOH+PH₃

2МеNO₃→2MeNO₂+O₂

Li₂СО₃ – суда ерімейді Ме₂СО₃ – ериді.

Қолдану: ⁶₃Li +¹₀n=³₁H + ⁴₂He – тек осылай тритий алынады

LiOH- сілтілік аккумуляторларда қолданылады. LiF-оптикалық құралдарда қолданылады.

ρ(Rb)~1,52 г/см³; ρ(Cs)~1,89 г/см³; ρ(Na)~0,97 г/см³; ρ(K)~0,86 г/см³

Ме+ауа→Na₂O, K₂O; Rb₂O₃, Cs₂O₂ пероксид

Na+ H₂O→ бұрқылдап жүреді; K+ H₂O→ қопарылыспен; Rb, Cs+ H₂O→ жанады.

Na, K керосин астында; Rb,Cs- вакуумдалған ампулада сақталады. Ме+ O₂ → Na₂O₂; МеO₂ – надпероксидтер, Ме+Г₂ → МеГ (галогенидтер). Қосылыстары: 2Э₂О→ ^t0 4Э+О₂ ; Э₂О₂→ ^t0 айрылмайды. Э₂О₂ +2Э→2Э₂О Э₂О+Н₂О→2ЭОН, кристалдар, суда жақсы ериді. 2Н₂О+2МеCl₂→ ^эл-з 2MeOH+Cl₂+H₂. MeOH-ең күшті негіздер. МеГ-ең ионды қосылыстар. 2Me+Н₂→2MeН-күшті тотықсыздандырғыш; Me+S→ Me₂S; Me₂S+Н₂О→ MeНS + MеOН.

Me₂S+2О₂ +Н₂О=Na₂S₂O₃+2NaOH (ауада). 2Me+2S→ Me₂S₂-полисульфидтер. 6Me+N₂→ ^t0 2Me₃N; Me₃N+3Н₂О↔3 MеOН+NH₃ Me+P→Me₃P; Тұздары: MeNO₃, Me₂CO₃, Me₂SO₄, Na₂CO₃ – химиялық өңдіріс негізгі қосылысы. NaCl(конц.ерітінді)+NH₃(газ)+CO₂+H₂O→NaHCO₃+NH₄Cl 2NaHCO₃→Na₂CO₃+CO₂+H₂O ; K₂CO₃-поташ .

2Na₂O₂ (K₂O₂)+2CO₂=2Э₂СО₃+О₂ регенерация О₂ (су асты қайықтарда, ұшатын аппаратураларда) сы реакция арқылы оттегіні алады.