ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «бейорганикалық химия»

1. ІІВ топша элементтерін алу, қолданылуы;

2. d – металдарына неге көп тотығу дәрежелері сәйкес келеді?

3. ІІВ металдары гидроксидтерінің қышқыл-негіздік қасиеттері;

4. ІІВ металдарына сәйкес комплекс қосылыстар, қасиеттері;

5.ІІА және ІІВ элементтерін салыстырып, ұқсастықтары мен айырмашылықтарын көрсету керек.

а. (n-1) d-қабатқа бір s-электронның өтуі және Au(n-2)f ¹⁴ қабатының болуы: Cu IV периодта, электрондық конфигурациясы 3d⁹4s² болуы керек, ол 3d¹⁰4s¹ ; Ag V периодта - 4d⁹5s² болуы керек, ол 4d¹⁰5s¹ ; Au VI периодта - 5d⁹6s² болуы керек, ол 5d¹⁰6s¹ ;

0,236 r_к > r_Cu0,128 нм; 0,248r_Rb > r_Ag0,144 нм; 0,267r_Cs > r_Au0,144 нм. IB топша элементтері +1,+2, +3 тотығу дәрежелерін көрсетеді, топ номерінен жоғары ; Cu⁺²; Ag⁺¹; Au⁺³ сәйкес қосылыстары көп және тұрақты. Бұл элементтер комплекс қосылыс түзуге өте бейімді. Ag - ақ сұр түсті , жылтыр. Cu - қызыл, Au –сары. Кездесу. Жер қыртысындағы бұл металдардың массалық үлестері: 3^.10^-3 % - Cu; 6^.10^-6 % - Ag; 4^.10^-7 % - Au . Негізгі минералдары: Cu₂S – мыс жылтыры, CuFeS₂ –мыс колчеданы ; Cu₂O - куприт; (CuOH)₂CO₃ – малахит. Ag₂S -аргентит ; Ag₂S - полиметалл кендерінде кездеседі; AuTe₂ - кавалерит, бұл металдар бос күйінде де кездеседі.

2SO₂+O₂ ↔ 2SO₃ - Өндірістен шыққан күкіртті газды күкірт қышқылына айналдырады. SO₃+H₂O → H₂SO₄ , пирометаллургия нәтижесінде түзілген мыс оксиді күкірт қышқылымен әрекеттесіп, мыс сульфатын түзеді:

CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O , бұл тұз ерітіндісінен гидрометаллургия (сулы тұз ерітіндісінің электролизі) арқылы мыс алынады.

2CuSO₄(ерітінді)→ ^{электролиз} Cu⁰ + O₂ + H₂SO₄ , қалдықсыз технология.

Қалған қалдықтардан (шлам) бағалы металдарды Ag, Au, Te, Se, т.б. алады. Ag, Au алу:1. полиметалл кендері құрамындағы алтын мен күмісті натрий не калий цианиді ерітіндісімен өңдейді :

Ag, Au + 2NaCN →^ауа Na[Ag(CN)₂] , Na[Au(CN)₂] ерітіндіге айналады, содан соң мырышпен ығыстырады :

2Na[Au(CN)₂] + Zn → Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au –цементация деп аталады.

2. Алтын мен күмісті сынаппен өңдеп, амальгама алады да , сосын сынапты ұшырады. Металдардың Hg еруі – амальгама түзіледі: Ag|Hg→ ^t0 Hg +Ag.

Е⁰_Э¹_/Э, в: 0,521 0, 799 1, 691

Е⁰_Э²⁺_/Э, в: 0, 337 - -

Е⁰_Э³⁺_/Э, в: - - 1, 50

Потенциалдың плюс мәні көп болған сайын тотықтырғыш ретінде күштірек. Бұл металдардың Т_б ~1000 ⁰С маңайында . Электр өткізгіштіктері өте жоғары. Ауада: Cu , Ag түсі өзгереді, себебі ауадағы күкіртпен қосылып, сульфид қабатымен жабылады: Ag₂S қара , СuS.

Қосылыстары: Оксидтері: Э₂O, ЭO, Э₂O₃ : Cu₂O; Ag₂O; Au₂O, тек мыс(ІІ), күміс(І), алтын(ІІІ) оксидтері тұрақты.

2Cu+O₂→ ^t0 Cu₂O не мыс(І) пен алтын(І) оксидтерін гидроксидтерін айырып: 2 ЭOH → ^t0 Cu₂O, Au₂O + H₂O алады; ал AgOH тұрақтырақ, сондықтан ол болады және негіздік қасиет көрсетеді , CuOH, AuOH болмайды . CuO, Au₂O₃ тұрақты , оларды былай алады: 2Cu+O₂→2CuO; 2Au(OH)₃→ ^t0 Au₂O₃+3H₂O . Бұл элементтердің гидроксидтерін еритін тұздарына сілті қосып алады: CuCl₂+2NaOH→Cu(OH)₂↓+2NaCl ; AuCl₃+3NaOH→Au(OH)₃↓+3NaCl

Cu(OH)₂ және Au(OH)₃ амфотерлі , сондықтан олар еріп, комплексті қосылыстар береді: Cu(OH)₂ ↓+ 2NaOH → Na₂[Cu(OH)₄] Au(OH)₃↓+ NaOH = Na[Au(OH)₄] . Cu₂O₃ тұрақсыз , оны былай алады: 2CuSO₄ + 2NaOH + H₂O₂ → Cu₂O₃ қызыл түсті + Na₂SO₄ + H₂SO₄ + H₂O

Cu₂O₃ – күшті тотықтырғыш. Cu₂O₃ →^t Сu₂O+O₂

Cu₂O₃ + 6HCl →Cl₂ + 2CuCl₂ + 3H₂O

тотығу дәрежесі +1 тұрақты қосылысты тек Ag⁺ береді, Ag₂O аммиак ерітіндісінде еріп, комплексті қосылыс түзеді: Ag₂O + 4NH₃ + 2H₂O = 2 [Ag(NH₃)₂](OH).

Тұздары: Галагонидтері: Ag Г↓ белгілі: AgCl ЕК=10^-10; AgBr ЕК =10^-13;

AgI ЕК =10^-16 ; Күмістің хлориді мен бромиді аммиакаттар түзеді: AgCl + 2NH₃ = [Ag(NH₃)₂] СІ. Ал күміс иодиді аммиакта ерімейді, себебі күміс иодидінің ерігіштік көбейтіндісі комплекс қосылыстың тұрақсыздық константасынан аз, AgI тек КІ артық мөлшерінде еріп, комплексті қосылыс түзеді: AgI + КІ = K[AgI₂]. AgГ натрий тиосульфатында жақсы ериді, сондықтан оны фотоөндірісінде айрылмаған AgГ ерітуге қолданады: AgГ + 2Na₂S₂O₃ = Na₃[Ag(S₂O₃)₂] + NaГ. Мыс(І) галогенидтерінен CuСI белгілі, суда ерімейді, ауада тотығады: 4CuСI + О₂ + 4НСІ → 4CuCl₂ + 2H₂O. CuСI диспропорциялану реакциясы тән:

2CuСI → CuCl₂ + Cu , аммиакта ериді: CuCl + 2NH₃ = [Cu(NH₃)₂] СІ .

НСІ да еріп комплексті тұз түзеді: CuCl + HСІ = Н[CuСІ₂] .

+2 тотығу дәрежесі тұрақты Cu²⁺ галогенидтері бар, бірақ CuI₂ жоқ , тез айрылады. Хлориді мен бромиді суда жақсы ериді, гидролизге ұшырайды,

фториді суда ерімейді. +3 тотығу дәрежесі тұрақты Au³⁺ барлық галогенидтері бар, бірақ қыздырғанда AuГ₃→ ^t0 AuГ+Г₂ айрылады ;

AuСІ₃ суда жақсы ериді, қышқыл түзіледі: AuСІ₃ + Н₂О = Н₂[АuСІ₃О], ол тұз қышқылымен әрекеттесіп, алтынхлорлысутек қышқылын түзеді:

Н₂[АuСІ₃О] + НСІ = Н[АuСІ₄] + Н₂О.

Бұл қышқылдың тұзын Na[АuСІ₄] ∙ Н₂О «алтын тұз» деп атайды.

Сульфидтері: Екі элементтің қосылуынан алады Cu + S → Cu₂S(CuS), бұл қосылыстар табиғатта да бар. Ag₂S, Ag₂Se, Ag₂Te түзеді, бұл қосылыстарды еритін тұздарына сульфидтер,селенидтер, теллуридтер қосып алады.

K_тз = [Ag⁺][CN^-]²/[Ag(CN)₂]^- = 9×10^-22

pK = -lgK = - lg9×10^-22 = 22- lg9 = 21,1; [Cu(CN)₂]^- , pK=16,0 ; [Au⁺(CN)₂]^- , pK=38,3 [Au³⁺(CN)₄]^- , pK=56,0; Cu – Ag – Au қатары бойынша комплекстерінің → тұрақтылығы артады, массасы өскен сайын. Алтын мен күмістің цианидті комплекстері негізінен өндірісте оларды алу үшін қолданылады. [Ag(S₂O₃)₂]^3- күміс комплекстерінің ішіндегі маңыздысы , фотоматериалдарды бекіту үшін қолданылады. AgBr+2Na₂S₂O₃=Na₃[Ag(S₂O₃)₂]+NaBr Аммиакаттары тұрақты:

[Ag(NH₃)] ⁺ pK=3,2 ; [Ag(NH₃)₂]⁺ pK=7,0; [Cu(NH₃)₄]²⁺ pK=12,7;

[Cu(NH₃)₆]²⁺ pK=16,4; лиганда саны артқан сайын , тұрақтылығы артады. Алтын «патша арағында» ериді де комплексті қышқыл түзеді:

Au + HNO₃ + 4HCl = H[AuCl₄] + NO + H₂O; Қолданылуы: 50%-тен астам мыс электр сымын және кабель дайындауға; балқымасы - жез Cu+Zn; қола (Cu+Sn, не Cu+Be, Cu+Sn); мельхиор Cu+Ni (20%); константан Cu+40% Ni . Мыс балқымалары коррозияға төзімді; қазіргі «күміс» тиын ақшалар Cu+Ni қоспасы; көптеген тұздары бояу ретінде қолданылады. Мыс микроэлемент. Күміс пен алтыннан зергерлік бұйымдар жасайды; химиялық өндірісте күмістен зертханалық құралдар жасайды; күмістің галогенидтері фотоөндірісінде, күміс медицинада, электротехникада, электроникада қолданылады. Алтын электротехникада, электроникада , дәрі-дәрмек жасауға қолданылады. Алтын - ақша жүйесінің негізі.

1. Табиғатта кездесетін қосылыстары, алу;

2. Оксидтері, гидроксидтері, алу, қасиеттері, ерекшеліктері ;

3. Комплексті қосылыстары, қасиеттері, алу, қолданылуы;

4. Элементтердің және қосылыстарының қолданылуы;

5. ІА және ІВ топша элементтерінің ұқсастықтары мен айырмашылығы.

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 ;

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

Орта H₃AlO₃ және HAlO₂ мета алюминат тұздарын түзеді.

Al₂O₃ + K₂CO₃ →^t0 2KAlO₂ (шпинель) + CO₂↑ 2Al(OH)₃→ ^t0 3H₂O+ 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,

Al+N₂(ауа)→ ^t0 нитрид, Al+NH₃→ ^t0 нитрид + Н₂ ; Al₂O₃+N₂+C→ ^t0 AlN+CO;

Al+C→ ^t0 Al₄C₃ – карбид; Карбид суда еріп, гидролизге ұшырайды:

Al₄C₃+ 12H₂O→ 4Al(OH)₃+3CH₄ Тұздары: кристаллогидраттар - Al₂(SO₄)₃18 H₂O; қос тұз: Me₂SO₄Al₂(SO₄)₃24 H₂O; не Ме[Al(SO₄)₂].12H₂O ашудас Na₃[AlF₆] - криолит; Li[AlH₄] алюмогидрид: AlCl₃+4LiH→^эфир Li[AlH₄]+3LiCl .

Қолданылуы: Aлюмотермия әдісі арқылы көптеген металдарды алады,

ρ(Al)=2,7 г/см³,жеңіл, электр өткізгіштігі жоғары металл, сондықтан электр сымы үшін қолданылады, ыдыс жасайды. Болат, шойыннан кейін алюминий балқымасы 2-орында қолданылуы бойынша, жеңіл болғандықтан ракета, авиақұрылысында автовагон құрлысында қолданылады. Al₂O₃ – алюмогель – сорбент.

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.

Оксидтері және гидроксидтері: Э₂О₃ – тен тек бор оксиді суда ериді, ал галлий, индий, таллий оксидтері ерімейді. Н₃ВО₃ – әлсіз, суда еритін қышқыл. Галлийдің, индийдің, таллийдің гидроксидтері суда еримейді, тек TlOH суда ериді. Олар қышқылдармен әрекеттесіп, тұздар түзеді. Ортабор қышқылын натрий тетрабораты мен күкірт қышқылын әрекеттестіріп алады:

Na₂B₄O₇∙10H₂O + H₂SO₄ = 4 Н₃ВО₃ + Na₂SO₄ + 5H₂O

1.Алюминийді өндірісте алғанда жүретін электролиз процесі;

2.Алюминийдің металл еместермен қосылыстары;

3.Алюминийдің оксидтері,гидроксидтері, қасиеттері;

4.Алюминийдің тұздары, қасиеттері, қолданылуы;

5.Бор, галлий, таллий, индий қосылыстары, қасиеттері;

6.Бор, галлий, таллий, индий металдарын алу, қасиеттері.
Дәрістер 27-30. Бейметалдардың жалпы қасиеттері:
IV A топша элементтері. Көміртегі. Кремний. Элементтердің жалпы сипеттамалары. Көміртегі, оксидтері,

алу, қасиеттері . Кремний, оксидтері, қышқылдары,қасиеттері
IVA топта 2 типті элементтер С, Si ; Ge- тобы элементтері (Ge, Sn, Pb) және IVВ тобында Ti-тобы элементтері(Ti, Zr, Hf-гафний) орналасқан. Бұл топ элементтері маңыздылығы бойынша ең жоғары, яғни С - органикалық химия негізі, органогенді элемент, барлық тірі ағза негізі. Si - бейорганикалық химия негізі және барлық жансыз табиғат негізі. Ti - және оның құймалары –авиа-, космос зымырандарын, кемелер жасауда қолданады. Ge, Si- жартылай өткізгіш, компьютер, микропроцессорлар негізі. Э^4-← 4е + Э⁰ - 4е^-→ Э⁴⁺ , (4⁺,3⁺,2⁺,1⁺) және (-1,-2,-3,-4) яғни 1,2,3,4 электрон қосуға, алуға болады.

₆C ) ₂ )₄ …2s²2p² р-ұяшықта 2 дара электрон және бір бос ұяшық болғандықтан, 3 ковалентті байланыс түзіледі: алмасу механизмі және донорлы-акцепторлы механизмдер бойынша. Молекулалық орбиталдар теориясы бойынша СО молекуласындағы байланыстарды көрсетсек, онда 3 байланыс болады, осы үшеуі де ковалентті байланыс. Ал 2s² электрон СО мен металл карбонилдері түзілгенде қолданылады [Fe(CO)₅]⁰

Fe … 3d⁶4s²4p – акцептор; :СО – донор.

Алюминий және кальций көміртекпен карбидтер түзеді: Al₄C₃ , CaC₂. Олардың гидролизі нәтижесінде метан және ацетилен түзіледі.

2Mg + CO₂ → 2MgO + C.

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 + 2NaOH = 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: