ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Бейорганикалық химия-2» 5В072000 «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы» мамандығы үшін ОҚУ-Әдістемелік материалдар

Көміртегі диоксиді полюссіз болғандықтан суда жаман ериді:

CО₂ + H₂O ↔ H₂СO₃. Көмір қышқылы әлсіз қышқыл, екі негізді К₁ = 4,5∙10^-7 және К₂ = 4,7∙10^-11 сондықтан оның карбонаттары және гидрокарбонаттары болады. Көміртегі диоксиді қышқылдық оксид болғандықтан сілтілерде ериді: CO₂ + 2 NaOH = Na₂CO₃; CO₂ + NaOH = NaHCO₃. Сілтілік металдар және аммоий карбонаттары суда жақсы ериді, гидролизге ұшырайды. Карбонаттардың термиялық тұрақтылығы металдың табиғатына тәуелді: неғұрлым металдың активтігі жоғары болса, соғұрлым карбонаттың тұрақтылығы жоғары. Гидрокарбонаттардың термиялық тұрақтылығы төмен.

Күшті қышқылдар карбонаттардан, гидрокарбонаттардан көмір қышқылын ығыстырып шығарады: СаСО₃ + 2НСІ → СаСІ₂ + CО₂ + H₂O; Са(НСО₃)₂ + 2НСІ → СаСІ₂ + 2CО₂ +2 H₂O

CO –түссіз, улы газ, суда нашар ериді.

Зертхана жағдайында алу: Құмырсқа қышқылын күкірт қышқылы қатысында 100⁰С температурада қыздыру арқылы алады:

1.HCOOH →^{H2SO4 конц.} CO+ H₂O, бірақ ол құмырсқа қышқылының ангидриді емес, себебі көміртегінің тотығу дәрежелері сәйкес болса да, валенттіліктері сәйкес емес: оксидте ол үш валентті, қышқылда – төрт валентті;

H₂SO₄ конц. суды тарту үшін қолданады.

2.Егер қымыз қышқылын концентрлі күкірт қышқылымен сусыздандырса, көміртек оксидтерінің қоспасы түзіледі:

H₂С₂O₄ →^{H2SO4 конц.} CO₂ + CO+ H₂O; Көміртек (ІІ) оксидін диоксидтен (не керісінше) тазарту үшін оксидтер қоспасын барий гидроксиді ерітіндісінен өткізеді: CO₂ + CO + Ba(OH)₂ → BaCO₃↓ CO мен N₂ ұқсас молекулалар – изоэлектрондар. М(СО) – 28г/моль;

М(N₂) -28г/моль . Екі молекулада да 3 байланыс бар, молекулярлық орбитальдар теориясы арқылы бұл байланыстарды көрсетуге болады. CO – тұз түзбейтін оксид, оған тотығу, тотықсыздану және қосылу реакциялары тән . CO молекуласында оттегінде де, көміртегінде де электрон жұбы бар, соңдықтан оған қосылу реакциясы тән. Бөлме температурасында бағалы металдарды тотықсыздандырады:

PdCl₂ + CO + H₂O → Pd + CO₂ + 2HCl; ал температураны көтерсе, оның активтігі артады, оттек, хлор, күкіртпен әрекеттеседі. 2CO+O₂=CO₂ ;

CO + Cl₂ → COCl₂ (фосген) , улы, I дүние жүзілік соғысында қолданылды.

CO + S → COS (көміртегі тиооксиді). Көптеген металл оксидтерінен металл алу үшін (пирометаллургия) Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Mn, Mo, т.б. қолданылады:

FeO + CO → CO₂ + 2Fe; 2CO + 2H⁰₂ = ³⁰⁰ CH₄ + CO₂, диспропорциялану реакциясы. CO+H⁰₂ → CH₃OH, бұл реакцияда СО тотықтырғыш қасиет көрсетеді. CO + NaOH → HCOONa - қосылу реакциясы; Көміртектің басқа бейметалдармен түзетін қосылыстары:

C+2S →^t0 CS₂ – күкіртті көміртек, улы, еріткіш ретінде қолданылады. Оттегімен әрекеттесіп, көміртек және күкірт диоксидтерін түзеді:

CS₂ +3O₂⁰→CO₂+2SO₂, суда жоғары температурада гидролизге ұшырайды: CS₂+2H₂O →¹⁵⁰ CO₂+2H₂S; Электр доға температурасында көміртек азотпен тікелей қосылып, түссіз, улы газ түзеді: 2C + N₂ → (CN₂) – циан , егер сутегі қатысында жүрсе: 2C+N₂+H₂ →2HCN –циан қышқылы алынады. Түссіз,өте ұшқыш, өткір иісті, өте улы сұйық, тиген жерін көгертіп жібереді. Қышқылдық қасиеті нашар - әлсіз қышқыл. Сондықтан ол көгерткіш қышқыл деп те аталады. Оны алу үшін мына реакциаларды да пайдаланады:

2CH₄+2NH₃+3O₂→2HCN+6H₂O және 2KCN + H₂SO₄ 2HCN + K₂ SO₄

Тұздары цианидтер деп аталады, олар улы. Натрий және калий цианидтеры алтын мен күмісті еріте алатындықтан, оларды алуға қолданылады. Цианидті калий ерітіндісін күкіртпен араластырып, роданид КCN+S → KCNS алады.

H-S-CN↔H-N=C=S таутамерлі екі түрі, радонды сутек қышқылы, аммоний және калий тұздары жиі қолданылады. HSCN↔HNCS; C+Si→SiC-кремний карбиді, карборунд алмаз сияқты қатты, қиын балқиды, муфель пештерін жасайды. Галогенидтермен әрекеттесіп, тетрагалогенидтер түзеді: С + 2Г₂ → СГ₄ не метанды, не күкіртті көміртекті хлорлау арқылы алады:

CH₄ + 4Cl₂ = CCl₄ + 4HCl; CS₂ + 2Cl₂ = CCl₄ + 2S.

Көміртектің тетрабромиді мен тетраиодидін ССІ₄ пен алюминий галогениді арасындағы алмасу реакциялары арқылы алады: 3CCl₄ + 4AIBr₃ = 3CBr₄ + 4AICI₃.

Көміртек диоксиді соды, карбамид өндірісінде, тамақ өндірісінде, өрт сөндіру құралдарында қолданылады.

Көміртек тетрахлориді және күкірткөміртек еріткіш заттар; Цианидтер кендерден алтын және күміс алуға, гальванотехникада электролиттер құраушысы ретінде, металдарды электролиттік жолмен жалатуға қолданылады.

Карбамид азотты тыңайтқыш алуға, бояу алуға, косметикалық және медициналық препараттар алуға шикізат ретінде қолданылады.

Аса таза Si алу: алдымен ұшқыш SiCl₄, SiH₄ алады да, сосын оларды сутекпен не мырыш (магний) буымен тотықсыздандырады не термиялық ыдыратады: SiCl₄ + 2H₂ = Si + 4HCl; SiH₄ → Si + 2H₂ ;

Зертханада: SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

Физикалық және химиялық қасиеттері: Кремний жартылай өткізгіш, алмаз тәрізді қатты, балқу, қайнау температуралары жоғары. Кристалды кремний инертті. Ұсақталған кремний фтормен қалыпты жағдайда, хлор және оттегімен 400-600⁰С температурада, азотпен 1000⁰С әрекеттеседі: Si + 2F₂ → SiF₄↑ ұшқыш зат; Si + Cl₂, Br₂, O₂, S, N₂ →^t0 SiСІ₄, SiBr₄, SiO₂ , SiS₂, Si₃N₄ стехиoметриялық қосылыстар береді.

Көміртек және бормен 2000⁰С температурада әрекеттеседі:

Si+C, B→^{өте жоғары t0} карборунд, борид (SiC, B₃Si) түзеді.

Кремний көптеген металдар балқымасында ериді де силицидтер түзеді:

Si + Me (магний, кальций, мыс, темір, висмут) → силицидтері түзіледі, стехиометриялық қосылыстар.

Қыздырғанда кремний фторсутекпен әрекеттеседі: Si+4HF→ SiF₄+2H₂ ; Жоғары температурада мына реакциялар жүреді: Si+HCl(HBr,HJ)→^400-500C SiГ₄ +2H₂

Тотықтырғыштық қасиеттері бар оттекті қышқылдар кремнийді пассивтейді: Si + HNO₃, H₂SO₄ (қышқылдар) → әрекеттеспейді, тек қышқылдар қоспасында ериді: 3Si + 4HNO₃ + 18HF → 3H₂[SiF₆] + 4NO + 8H₂O кремнийфторлы қышқыл.

Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂ - Сілтілерде жақсы ериді, тұз түзеді. Қосылыстары: SiO₂ , SiO-табиғатта жоқ, оны алады : SiO₂ +C → SiO+CO; SiO₂ +Si →2SiO; SiO тоқ өткізбейді, изолятор ретінде қолданады. SiO₂ – гетеротізбекті полимер. Кремний диоксиді инертті, тек фтор, фторсутек, оның судағы ерітінділері және сілтілердің ерітінділерімен әрекеттеседі:

SiO₂ + F₂, HF (газ, балқытқыш қышқыл) → SiF₄+H₂O;

SiF₄ берігірек қосылыс, SiO₂ –ге қарағанда, соңдықтан реакция жүреді.

SiO₂ + 2NaOH →^t0 Na₂SiO₃(силикат) + H₂O

Силикаттар көбінесе SiO₂+NaOH, Na₂CO₃, MeO(балқыма)→силикаттар; SiO₂ + Na₂CO₃ → Na₂SiO₃ + CO₂ ; SiO₂ + PbO → PbSiO₃ түзіледі.

SiO₂ + қышқыл, су → жүрмейді; Кремний қышқылын мына реакция арқылы алады: Na₂SiO₃ +2HCl→H₂SiO₃ ↓ (кремний қышқылы) +2NaCl; хSiO₂∙yH₂O x=y=1, метакремний қышқылы H₂SiO₃ ; y=2, x=1 болса, орта кремний қышқылы H₄SiO₄ . H₂SiO₃ өте әлсіз қышқыл болғандықтан , суда еритін тұздары толық гидролизге ұшырайды.

Na₂SiO₃ + H₂O →2 NaOH + H₂SiO₃ ↓ - силикагель.

Кремнийдің сутекті қосылыстары силандар: SiH₄-силан; Mg₂Si+4HCl→MgCl₂+SiH₄↑ CH₄, C₂H₆ қатары сияқты SiH₄, Si₂H₆,…Si₁₈H₁₈(октасилан)-ге дейін болады. Силандар улы, иісі жаман. SiH₄-тотықсыздандырғыш SiH₄+2O₂⁰→SiO₂+2H₂O

8KMnO₄+3SiH₄→8MnO₂+3SiO₂+8KOH+2H₂O

8FeCl₃+SiH₄→8FeCl₂+SiCl₄^-+4HCl

Силандар гидролизге түскіш SiH₄ +2H₂O → SiO₂+2H₂

H₂[SiF₆] – кремний фторлы сутек қышқылы, күшті қышқыл, 0,1н. ерітіндісінің диссоциалану дәрежесі 75%. Күшті дезинфектор. Тұздары – фторосиликаттар, көпшілігі ерімтал, өсімдік зиянкестерін жоюға қолданылады, эмаль жасағанда жұмсалады. Si… 3s²3p²3d – болғандықтан, SiH₄ +2HF→ SiГ₄ (SiF₄ , SiCl₄ , SiBr₄) – тікелей синтезбен алуға болады, түссіз, фторид –газ, хлорид,бромид – сұйық, иодид –қатты заттар, сумен әрекеттеседі, кремний диоксиді және галоген сутек түзіледі. SiS₂ - дисульфид 2H₂S+Si→SiS₂+2H₂ ; гидролиз SiS₂+2H₂O→SiO₂+2H₂S ; тұздары Na₂SiO₃ - еріген шыны, ерітіндісі -сұйық шыны деп аталады. Терезе, құты шынылары Na₂ОСаО6SiО₂ ; Шыныны мына реакция арқылы алады: Na₂CO₃+CaCO₃+6SiO₂→ Na₂ОСаО6SiО₂ +2CO₂ Шыны жасыл болу үшін Fe²⁺ қосылыстарын қосылады. K₂OPbO6SiO₂ – хрусталь.

Қолданылуы: Si – жартылай өткізгіш болғандықтан электроникада, электротехникада қолданылады, диод, транзисторлар, фотоэлементтер асауға қолданылады. SiO₂ –құм, құрылыс материалы, SiС₂ – карбид тәріздес материал, сұйық шыныға, маталарға, ағашқа сіңдіреді, сонда ол отта жанбайды.

Қайталауға және өздік бақылауға арналған сұрақтар :

1. Көміртек пен кремнийдің аллотропиялық түр өзгерістері, ұқсастықтары мен айырмашылықтары;

2. Көмір қышқылы, диссоциациясы, тұздары, олардың гидролизі;

3. Көмір(ІІ) оксиді, қасиеттері, карбонилдері, тотығу-тотықсыздану реакциялары;

4. Кремний қышқылы, алу, қасиеттері, тұздары.

5. Кремнийдің бейметалдармен қосылыстары, олардың қасиеттері.

Gе, Sn, Рb элементтерінің электрондық конфигурациясы ns² nр² болғандықтан олар катион да анионда түзіп, қосылыс береді. Gе жартылай өткізгіш. Sn екі модификациялық түр өзгеріс береді: α- Sn- сұр түсті, кристалл зат-30⁰С маңында ұнтаққа айналады; β- Sn- ақ түсті кристалды зат. Осы 3 элементте +4 және +2 тотығу дәрежелеріне сәйкес қосылыстар береді: Gе⁴⁺, Sn⁴⁺, Рb⁴⁺ қатар бойынша тұрақтылық кемиді, ал Gе²⁺, Sn²⁺, Рb²⁺ тұрақтылығы артады, сондықтан Э²⁺ тотықсыздандырғыштар, Э⁴⁺-тотықтырғыштар болады. Бұл элементтер табиғатта аз; жер қыртысында Gе 7^.10^-4%, Sn 4^.10^-3%, Рb 1,6^.10^-3% кездеседі. Sn, Рb өздерінің кендері бар, Gе-шашыраңқы элемент,өзінің кені жоқ. 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.

2 РbS + 3О₂ =2РbО + 2SО₂, кендегі сульфидтер оксидтерге айналады, ары қарай оксидтерді тотықсыздандырады: РbО + СО = Рb + СО<sub>2

электролиз</sub>

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

2Н₂О + Sn (NO₃)₂ ————→ 4НNO₃ + 2 Sn + О₂-өндірісте қалайыны да таза күйінде электролиз арқылы алады.

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 +4HCI конц→ Н₂[ЭСI₄] +2Н₂

Концентрлі күкірт қышқылымен германий және қалайы тұз түзе әрекеттеседі: Э + 4Н₂SО₄ = Э(SО₄)₂ + 2 SО₂ + 2Н₂О,

қорғасын гидросульфат түзеді: Рb +3 Н₂SО₄(<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 + 8 НNO₃ =3Sn(NO₃)₂ +2 NO₃ +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→ Э S₂(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 +4 H₂O, біраз уақыттан соң β-қалайы қышқылына айналады, ол НСI әрекеттеспейді.

Қолданылуы: Германий жартылай өткізгіш ретінде қолданылады. Алғашқы транзистерлерді 1948 жылы алған, электроника өндірісінде қолданылады.

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.

1. 
   ІІІА элементтері, жалпы сипаттамасы, қасиеттері, қолданылуы.
   
2. 
   VІІІA элементтері, жалпы сипаттамалары, қасиеттері, қолданылуы.
   

Периодтық жүйенің ІІІА топшасы р-элементтері бор, алюминий, галлий, индий, таллий. Атомдардың сыртқы электрондық қабатшаларының құрылысы ns²p¹ (қозбаған күйінде) және ns¹p¹_xp¹_y (қозған күйде).

Бор мен алюминий үшін тотығу дәрежесі +3, ал галлий мен индий көп қосылыстарында +3 тотығу дәрежесін көрсетсе, таллийге көбіне +1тотығу дәрежесі тән.

Кездесуі: Жер қыртысындағы алюминийдің массалық үлес 8,13%. 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 – глинозем, корунд. Жер қыртысындағы (масс.үлес,%): бор - 3∙10^-4; галлий – 1,5∙10^-3; индий - 1,0∙10^-5; таллий - 3∙10^-4 .

Алу: Борды магнийтермиялық әдіспен және бор галогенидтерін сутегімен тотықсыздандырып (1300⁰C) алады:

B₂O₃ + 3Mg = 3MgO + 3B; 2BBr₃ + 3H₂ = 6HBr + 2B.

Алюминийді глиноземнің криолиттегі балқымасын электролиздеп алады:

Al₂O₃ – глинозем, Т_б~2000⁰С , сондықтан криолит қосып, балқу температурасын төмендетеді(960⁰С- қа дейін). Al₂O₃ → ^эл-з AlO₂^-+AlO⁺ ; K(-) → темірден жасалады , катодтағы процесс: 3AlO⁺+3e^-→Al+Al₂O₃ ;

Бор – жартылай өткізгіш, өте қатты зат. Галлий, индий, таллий - жұмсақ металдар. Галлийдің балқу температурасы – 29⁰С. Бордан таллийге қарай металдық қасиет артады. Ga³⁺, In³⁺, Tl³⁺ иондары Al³⁺ ионына электрондық аналог емес, сондықтан химиялық қасиеттері ұқсас емес. Бор көптеген d-металдарымен боридтер түзеді, олар химиялық тұрақты, термотұрақты, қатты заттар, сондықтан практикада көп қолданылады.