Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 Materiały internetowe hapter_08.pdf Ch24.ppt.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 Materiały internetowe hapter_08.pdf Ch24.ppt."— Zapis prezentacji:

1 1 Materiały internetowe hapter_08.pdf Ch24.ppt %207%20Mat.Prod.pdf a&channel=s&rls=org.mozilla:pl:official&q=uklad+okre sowy+pierwiastkow%2BPower+Point&start=20&sa=N 20pdfs/Series%204%20Periodic%20Trends.pdfhttp://www.its.caltech.edu/~chem1/Lecture%20Notes% 20pdfs/Series%204%20Periodic%20Trends.pdf

2 2 Związki węgla z azotem i ich pochodne

3 3 Właściwości chemiczne węglowców - węgliki Węgliki, to związki węgla z pierwiastkami mniej od niego elektroujemnymi. Nie należą do nich zatem połączenia węgla z azotem, fosforem, tlenem, siarką i fluorowcami. Wyróżniamy węgliki: a) jonowe (typu soli), b) międzywęzłowe, c) kowalencyjne. ad a) Zawierają aniony C 4-, C 2 2- lub C 3 4- Al 4 C 3  metanki(C 4- ) Na 2 C 2, CaC 2  acetylenki(C 2 2- ) Mg 2 C 3  allilki(C 3 4- ) Otrzymuje się je przez ogrzewanie metalu z węglem lub węglowodorem. Krystalizują w sieciach jonowych (kationy metali i aniony C 4-, C 2 2- lub C 3 4- ).

4 4 Właściwości chemiczne węglowców - węgliki ad b) Sieć przestrzenna zbudowana z atomów metali a w przestrzeniach międzywęzłowych znajdują się atomy węgla (r at > 130 pm, r c = 77 pm). Powstają w bardzo wysokich temperaturach (2300 K) wyniku działania węgla na metale należące do 4, 5 lub 6 grupy - są bardzo twarde, np.: TiC, V 2 C, WC, W 2 C ad c) SiC, B 4 C SiO 2 + 3C = SiC + 2CO SiC  karborund  bardzo twardy  elementy grzejne (sylity) i materiał szlifierski Ich sieci są atomowe (atomy węgla i krzemu/boru)

5 5 Właściwości chemiczne węglowców - węgliki Krzem jest jedynym węglowcem, który reaguje z węglem. W wyniku ogrzewania krzemu z węglem powstaje kowalencyjny węglik o wzorze SiC (budowa warstwowa, przy czym struktura warstw podobna do blendy cynkowej lub wurcytu): Si + C → SiC Jest to związek o zbliżonym charakterze do metanków, ale jest bardzo bierny chemicznie (nierozpuszczalny w wodzie – nie ulega hydrolizie). Ulega stapianiu na powietrzu z wodorotlenkiem sodu: SiC + 4NaOH + 2O 2 → Na 2 CO 3 + Na 2 SiO 3 + 2H 2 O SiC jest twardy i nietopliwy. Jako tzw. karborund stosowany jest szeroko do produkcji materiałów ściernych.

6 6 Właściwości chemiczne węglowców – związki pierwiastków z wodorem Wszystkie węglowce tworzą kowalencyjne wodorki, przy czym różna jest łatwość ich tworzenia i ilość otrzymywanych połączeń dla poszczególnych pierwiastków. Najwięcej łańcuchowych i pierścieniowych połączeń, a przy tym najtrwalszych, tworzy węgiel (np. alkany, alkeny, związki alicykliczne – zajmuje się nimi chemia organiczna). Sporo związków o wzorze Si n H 2n+2 (n=1÷6) tworzy krzem (silany). Najniższe węglowodory (metan – CH 4, etan – C 2 H 6, propan – C 3 H 8 ) występują w gazie ziemnym. Wszystkie wodorki można też otrzymać z innych związków chemicznych (najczęściej z halogenków) - obecnie powszechnie stosuje się do tego celu ich redukcję za pomocą glinowodorku litu: MeCl 4 + Li[AlH 4 ] → MeH 4 + AlCl 3 + LiCl (Me=C, Si, Ge, Sn, Pb) Uwaga! Żaden węglowiec nie reaguje bezpośrednio z wodorem.

7 7 Właściwości chemiczne węglowców – związki pierwiastków z wodorem Węglowodory nasycone są dość bierne chemicznie. Znacznie reaktywniejsze są silany, które są silnymi reduktorami – w roztworach alkalicznych reagują z wodą, z wydzieleniem wodoru: Si 2 H 6 + 2H 2 O + 4NaOH → 2Na 2 SiO 3 + 7H 2 Krzemowodory są bardziej od alkanów podatne na utlenianie i reakcję z chlorem, a reaktywność następnych wodorków węglowców w tych reakcjach maleje: MeH 4 +2O 2 → MeO 2 + 2H 2 O (Me=C, Si, Ge, Sn, Pb) MeH 4 +4Cl 2 → MeCl 4 + 4HCl (Me=C, Si, Ge, Sn, Pb) Trwałość wodorków typu MeH 4 maleje w szeregu CH 4 → PbH 4. Znane są alkilowe i arylowe pochodne wszystkich wodorków IV grupy głównej

8 8 Halogenki weglowców Znane sa wszystkie tetrahalogenki, poza PbI 4. Wszystkie są tetraedryczne i lotne (poza jonowymi SnF 4 i PbF 4, które są trudno topliwe). Mieszane chlorofluorowęglowodory (freony) stosowano przed laty jako środki chłodnicze i propelanty aerozoli. Wszystkie halogenki krzemu łatwo hydrolizują w wodzie, dając kwas otrokrzemowy: SiX 4 + 4H 2 0 → Si(OH) 4 + 4HX (X=F, Cl, Br, I) tetrafluorek krzemu we wtórnej reakcji z powstającym HF tworzy kompleks: SiF 4 + 2HF → [SiF 6 ] 2- GeCl 4 i GeBr 4 hydrolizują trudniej, zaś SnCl 4 i PbCl 4 – tylko w roztworach rozcieńczonych, ale hydroliza jest niepełna i łatwa do odwrócenia. Węgiel tworzy wiele halogenków nienasyconych, np. CF 2 =CF 2 (jego polimeryzacja pod ciśnieniem daje teflon): nCF 2 =CF 2 → (-CF 2 -CF 2 -) n, gdzie n=200÷700

9 9 Właściwości fizykochemiczne węglowców – rozpuszczalność związków w wodzie Węglowiec w anionie kwasu tlenowego - Dobrze rozpuszczalne w wodzie są węglany, szczawiany i mrówczany metali alkalicznych. - Poza nielicznymi wyjątkami, wszystkie octany są dobrze rozpuszczalne. - Z krzemianów rozpuszczalne są tylko sole sodowe i potasowe. Związki z węglowcem w pozycji kationu - Te związki węglowców, których energia hydratacji jest większa od energii sieciowej, są dobrze rozpuszczalne w wodzie (m.in. azotany - zarówno cyny, jak i ołowiu, halogenki - poza związkami ołowiu(II)). - Węgiel tworzy gazowe tlenki (CO i CO 2 ) – CO 2 w większym stopniu niż CO rozpuszcza się w wodzie. Wodorotlenki i różne formy tlenków (w tym uwodnionych) pozostałych węglowców, są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, np. pIr(Sn(OH) 2 )=28.1, pIr(Sn(OH) 4 )=56.0 pIr(Pb(OH) 2 )=16.8, pIr(Pb(OH) 4 )=64.0

10 10 Właściwości fizykochemiczne węglowców – rozpuszczalność związków w wodzie Spośród siarczków węglowców CS 2, SiS 2, GeS i GeS 2 wykazują zróżnicowaną rozpuszczalność w wodzie. Siarczki cyny i ołowiu są nierozpuszczalne (jeszcze mniejsze iloczyny rozpuszczalności od siarczków mają seleniany i tellurany), np. pIr(SnS)=25.0, pIr(PbS)=28.0 PbTe(pIr=48.0) < PbSe(pIr=38.0) < PbS(pIr=28.0) Z halogenków węglowców trudno w wodzie rozpuszczają się wszystkie związki ołowiu(II), a także niektóre związki węgla. Do trudno rozpuszczalnych związków cyny i ołowiu należą ortofosforany (pIr(Pb 3 (PO4) 2 )=43.5) i ortoarseniany (pIr(Pb 3 (AsO4) 2 )=35.4). Do trudno rozpuszczalnych w wodzie związków ołowiu(II) należą też siarczan i chromian. Spośród siarczków węglowców CS 2, SiS 2, GeS i GeS 2 wykazują zróżnicowaną rozpuszczalność w wodzie. Siarczki cyny i ołowiu są nierozpuszczalne (jeszcze mniejsze iloczyny rozpuszczalności od siarczków mają seleniany i tellurany), np. pIr(SnS)=25.0, pIr(PbS)=28.0 PbTe(pIr=48.0) < PbSe(pIr=38.0) < PbS(pIr=28.0) Z halogenków węglowców trudno w wodzie rozpuszczają się wszystkie związki ołowiu(II), a także niektóre związki węgla. Do trudno rozpuszczalnych związków cyny i ołowiu należą ortofosforany (pIr(Pb 3 (PO4) 2 )=43.5) i ortoarseniany (pIr(Pb 3 (AsO4) 2 )=35.4). Do trudno rozpuszczalnych w wodzie związków ołowiu(II) należą też siarczan i chromian.

11 11 Struktura elektronowa azotowców

12 12 Rozpowszechnienie pierwiastków w skorupie ziemskiej Azot gazowy (N 2 ) jest głównym składnikiem atmosfery ziemskiej (78%, pozostałą część stanowi tlen – około 22%). Jego zawartość w skorupie ziemskiej jest niewielka – głównie złoża naturalnych azotanów (saletra chilijska – NaNO 3, indyjska – KNO 3 ). N P As Sb Bi 0,03 % 0,11 % 5  %2  % 2  % 20 13

13 13 Ogólna charakterystyka azotowców

14 14 Właściwości fizykochemiczne azotowców

15 15 Charakterystyka ogólna azotowców Ze wzrostem liczby atomowej narastają cechy metaliczne azotowców. Azot i fosfor to niemetale (azot - gazowy, fosfor – stały), arsen i antymon – półmetale, bizmut – metal. Azot jest piątym pierwiastkiem pod względem rozpowszechnienia we wszechświecie. Jest podstawowym składnikiem atmosfery ziemskiej (78%), ale w skorupie ziemskiej jego związki nie mają dużego udziału. Azot jest najbardziej elektroujemnym azotowcem (jego elektroujemność w skali Paulinga wynosi 3.0), dlatego jako jedyny tworzy cały szereg związków na stopniach utlenienia od –III do +V. Wszystkie azotowce tworzą związki na +III (podstawowy) i +V stopniu utlenienia – to dwa najważniejsze stopnie utlenienia dla azotowców. Związki azotowców mają głównie charakter kowalencyjny. Fluor jest jedynym pierwiastkiem o wystarczająco dużej elektroujemności, aby tworzyć z niektórymi azotowcami związki o charakterze jonowym (np. SbF 3, BiF 3 ). Azot może tworzyć wiązania wielokrotne (między atomami azotu, np. cząsteczka N 2, jak i między azotem i węglem czy tlenem, np. HCN, HNO 2 ). Właśnie dlatego tlenki azotu N 2 O 3 i N 2 O 5 są monomeryczne i gazowe, zaś tritlenki i pentatlenki pozostałych azotowców są stałymi dimerami.

16 16 Charakterystyka ogólna azotowców W poszczególnych okresach układu okresowego, azotowce są bardziej elektroujemne niż odpowiednie pierwiastki z grup głównych I÷IV (azot ma elektroujemność w skali Paulinga 3.0 i jest jednym z najbardziej elektroujemnych pierwiastków). W szeregu od pierwiastków grupy I do IV maleje liczba związków jonowych, ale dla azotowców zaczyna znowu wzrastać, w stosunku do węglowców. Najczęściej związki azotowców mają budowę AB, AB 2, AB 3, A 2 B 3 i A 2 B 5. Te, które mają wystarczająco jonowy charakter, tworzą sieci typu wurcytu (np. azotki: AlN, GaN), lub typu blendy cynkowej (np. fosforki: AlP, GaP). Niektóre związki o charakterze jonowym, tworzą sieci zdeformowane, ze względu na różnicę w stechiometrii cząsteczek (np. SbF 3, BiF 3 tworzą sieć typu fluorytu, w której zajętych jest tylko 2/3 miejsc sieciowych przeznaczonych dla kationów. S 2- Zn 2+ Ca 2+ F-F- F-F-

17 17 Stopnie utlenienia azotowców

18 18 Występowanie w przyrodzie i otrzymywanie azotowców azot – stanowi 78% atmosfery ziemskiej; praktycznie wszystkie jego związki są rozpuszczalne w wodzie – mimo tego występuje w postaci złóż soli (głównie azotanów: saletry chilijskiej NaNO 3 i saletry indyjskiej KNO 3 ) fosfor – jest dziesiątym pierwiastkiem pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej; występuje w postaci złóż magmowych (apatyty) lub osadowych (fosforyty); istotnym składnikiem wszystkich tych złóż jest chloro- i fluoroapatyt (Ca 3 (PO 4 ) 2 ▪(CaF 2,CaCl 2 )) Pozostałe azotowce należą do śladowych pierwiastków w przyrodzie. arsen – występuje w popiele piecowym przy otrzymywaniu żelaza i niklu antymon – najczęściej towarzyszy w przyrodzie rudom cynku bizmut – jest składnikiem pyłu piecowego po prażeniu PbS.

19 19 Występowanie w przyrodzie i otrzymywanie azotowców Azot najczęściej otrzymywany jest przez skraplanie powietrza. Bardzo czysty azot (w małych ilościach) można otrzymywać przez ogrzewanie azydku sodowego – NaN 3. NaN 3 = 3/2N 2 + Na (bardzo czysty azot) Ogrzewanie z azotynu amonu: NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O Fosfor, arsen, antymon i bizmut na skalę przemysłową otrzymywane są przez redukcję węglem ich odpowiednich tlenków: Ca 3 (PO 4 ) 2 + SiO 2 → CaSiO 3 + P 4 O 10 P 4 O C → 4P + 10CO Me 4 O 6 + 6C → 4Me + 6CO (Me=As, Sb, Bi)

20 20 Sieci przestrzenne azotowców Wśród azotowców są dwa pierwiastki niemetaliczne – azot(gazowy) i fosfor (stały), dwa półmetale (arsen i antymon) oraz jeden metal (bizmut).

21 21 Alotropia azotowców Odmiany najtrwalsze podkreślono.

22 22 Alotropia azotowców Fosfor biały zapala się już w temperaturze 57 o C: P 4 + 5O 2 = P 4 O 10  H o = kJ/mol Silnie rozdrobniony fosfor biały zapala się samorzutnie w atmosferze powietrza już w temperaturze pokojowej. Fosfor biały zapala się już w temperaturze 57 o C: P 4 + 5O 2 = P 4 O 10  H o = kJ/mol Silnie rozdrobniony fosfor biały zapala się samorzutnie w atmosferze powietrza już w temperaturze pokojowej.

23 23 Połączenia z wodorem - wodorki Hybrydyzacja typu sp 3  cząsteczki w kształcie piramidy   kąty od 106 o (dla NH 3 ) do 91o (dla SbH 3 i BiH 3 ). NH 3  cząsteczka polarna   = 1,48 D   wiązanie atomowe spolaryzowane  asocjacja cząsteczek NH 3 w stanie ciekłym: N - H N (wiązania wodorowe) Pozostałe wodorki są niepolarne  mała różnica elektroujemności pomiędzy wodorem i azotowcem. Hybrydyzacja typu sp 3  cząsteczki w kształcie piramidy   kąty od 106 o (dla NH 3 ) do 91o (dla SbH 3 i BiH 3 ). NH 3  cząsteczka polarna   = 1,48 D   wiązanie atomowe spolaryzowane  asocjacja cząsteczek NH 3 w stanie ciekłym: N - H N (wiązania wodorowe) Pozostałe wodorki są niepolarne  mała różnica elektroujemności pomiędzy wodorem i azotowcem.

24 24 Połączenia z wodorem - wodorki Amoniak

25 25 Połączenia z wodorem - wodorki Amoniak

26 26 Połączenia z wodorem - wodorki Amoniak

27 27 Połączenia z wodorem - wodorki

28 28

29 29 Tlenowe połączenia azotowców

30 30

31 31

32 32

33 33

34 34

35 35 Otrzymywanie kwasu azotowego – etapy otrzymywania

36 36 HNO 3

37 37 Tlenki fosforu, arsenu, antymonu i bizmutu Fosfor, arsen i antymon nie tworzą prostych tlenków Me 2 O 3 i Me 2 O 5, tylko odpowiednie dimery (odróżnia je to od azotu, który ma zdolność do tworzenia wiązań wielokrotnych). Bizmut tworzy tlenek (Bi 2 O 3 )n (o budowie polimerycznej), a pięciotlenku Bi 2 O 5 nie tworzy wcale: 4Me + 3O 2 → Me 4 O 6 (Me=P, As, Sb) 4nBi + 3nO 2 → 2(Bi 2 O 3 )n Zasadowość tritlenków rośnie w szeregu N 2 O 3 → (Bi 2 O 3 )n. Tritlenki azotu, fosforu i arsenu są kwasowe, antymonu – amfoteryczny a bizmutu – zasadowy. Trwałość pentatlenków maleje w szeregu N 2 O 5 → Sb 4 O 10.

38 38 Tlenki i kwasy tlenowe fosforu

39 39

40 40 Połączenia pozostałych azotowców z tlenem

41 41


Pobierz ppt "1 Materiały internetowe hapter_08.pdf Ch24.ppt."

Podobne prezentacje


Reklamy Google