§ 49. Классификация химических элементов

§ 49. Классификация химических элементов

1. Что такое классификация?

Классификация — это система группировки объектов наблюдения (например, химических элементов) или явлений (например, химических реакций) по наличию общих признаков.

В случае химических элементов, общими признаками могут являться:
— валентность
— способность вступать в химические реакции с теми или иными веществами
— способность образовывать основные, амфотерные или кислотные оксиды
и проч.

2. На основании каких признаков вещество можно отнести к металлам?

1. Твердое вещество (за исключением ртути).
2. Обладает металлическим блеском (за исключением йода).
3. Хорошая электро- и теплопроводность.
4. Ковкость.

3. Вспомните, какими химическими свойствами обладают оксиды и гидроксиды элементов цинка и алюминия. Напишите уравнения соответствующих химических реакций.

Напомню, этот вопрос рассматривался в § 43. Амфотерные оксиды и гидроксиды.

Оксиды и гидроксиды цинка и алюминия обладают амфотерными свойствами. Они могут вступать в реакции как с кислотами, кислотными оксидами, так и с основаниями, основными оксидами.

Химические реакции, подтверждающие амфотерность оксида цинка:
ZnO + SO3 = ZnSO4
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O
ZnO + Na2O (сплавление) = Na2ZnO2
ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4]

Химические реакции, подтверждающие амфотерность гидроксида цинка:
Zn(OH)2 + SO3 = ZnSO4 + H2O
Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O
Zn(OH)2 + Na2O (сплавление) = Na2ZnO2 + H2O
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]

Химические реакции, подтверждающие амфотерность оксида алюминия:
Al2O3 + 3SO3 = Al2(SO4)3
Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + Na2O (сплавление) = 2NaAlO2
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4]

Химические реакции, подтверждающие амфотерность гидроксида алюминия:
2Al(OH)3 + 3SO3 = Al2(SO4)3 + 3H2O
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
2Al(OH)3 + Na2O (сплавление) = 2NaAlO2 + 3H2O
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

4. Приведите примеры, подтверждающие, что химические элементы можно распределить по отдельным группам.

Пример 1: щелочные металлы.

Твердые вещества, обладают металлическим блеском, ковкостью, тепло- и электропроводны.

Химически активны, одновалентны. Бурно реагируют с водой с образованием щелочи и водорода:
2M + H2O = 2MOH + H2
например
2Na + H2O = 2NaOH + H2

С кислородом образуют основные оксиды вида M2O, которые при взаимодействии с водой образуют щелочи (основания) MOH.
4M + O2 = 2M2O
например
4K + O2 = 2K2O
M2O + H2O = 2MOH
например
K2O + H2O = 2KOH

Пример 2: галогены.

Агрегатное состояние: от газообразного (фтор, хлор) и жидкого (бром) до твердого (йод, астат). За исключением йода и астата не обладают металлическим блезком.

С водородом образуют кислоты (хотя, строго говоря, кислотами будут лишь их водные растворы):
Hal + H2 = 2HHal
например
Cl2 + H2 = 2HCl

С металлами образуют соли. Например:
2Na + Cl2 = 2NaCl

5. Химический элемент галлий Ga сходен с элементом алюминием Al, а селен Se — с серой S. Напишите формулы оксидов, гидроксидов и солей, в состав которых входят эти элементы. Составьте уравнения реакций, характеризующих химические свойства соответствующих соединений.

Примеры соединений:
Ga2O3, Ga(OH)3, Ga2(SO4)3, Na2[Ga(OH)4], Na2GaO2
SeO2, SeO3, H2SeO3, H2SeO4, Na2SeO3, Na2SeO4

Уравнения реакций для соединений галлия

Ga2O3 + 3SO3 = Ga2(SO4)3
Ga2O3 + 6HCl = 2GaCl3 + 3H2O
Ga2O3 + Na2O (сплавление) = 2NaGaO2
Ga2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Ga(OH)4]

2Ga(OH)3 + 3SO3 = Ga2(SO4)3 + 3H2O
Ga(OH)3 + 3HCl = GaCl3 + 3H2O
2Ga(OH)3 + Na2O (сплавление) = 2NaGaO2 + 3H2O
Ga(OH)3 + NaOH = Na[Ga(OH)4]

GaCl3 + 3AgNO3 = Ga(NO3)3 + 3AgCl↓
Na[Ga(OH)4] + 4HCl = NaCl + GaCl3 + 4H2O
NaGaO2 + 4HCl = NaCl + GaCl3 + 4H2O

Уравнения реакций для соединений селена

SeO2 + H2O = H2SeO3 — селенистая кислота
SeO3 + H2O = H2SeO4 — селеновая кислота
H2SeO3 + 2NaOH = 2H2O + Na2SeO3 — селенит натрия
H2SeO4 + 2KOH = 2H2O + K2SeO4 — селенат калия
K2SeO4 + BaCl2 = BaSeO4↓ + 2KCl

6. В некоторых ядерных реакторах жидкий натрий используют в качестве теплоносителя — вещества, переносящего тепло, вырабатываемое реактором. В чем опасность для окружающей среды такого использования натрия? Для ответа на этот вопрос воспользуйтесь Интернетом или дополнительной литературой.

Натрий — химический активный металл, при О.У. (обычные условия — атмосферное давление, 20° C) реагирующий с водой и кислородом воздуха:
4Na + O2 = 2Na2O
2Na + H2O = 2NaOH + H2
Na2O + H2O = 2NaOH

Жидкий, расплавленный натрий, будет вступать в реакцию в разы интенсивнее, т.е. будет иметь место возгорание (а с учетом выделяющегося водорода — это будет больше похоже на фонтан огня). Потушить такое возгорание будет весьма непросто (вода, пенные огнетушители в таком случае неприемлемы — подумайте почему). Кроме того, образующаяся в результате реакции щелочь (гидроксид натрия) весьма едкая.

Тестовые задания

1. К металлическим свойствам не относят
1) твердость
2) ковкость
3) металлический блеск
4) газообразное состояние при нормальных условиях

Ответ: 4

2. Только щелочные металлы указаны в ряду
1) Li, Ba, Na, K
2) Li, Na, K, Rb
3) K, Ca, Ba, Rb
4) Li, Na, Sr, Ca

Ответ: 2

3. Установите соответствие между общей формулой высших оксидов и молекулярной формулой вещества.

1) R2O А. SO3
2) RO Б. K2O
3) RO2 В. CaO
4) RO3 Г. SiO2

Ответы: 1 — Б, 2 — В, 3 — Г, 4 — А