Глава 2. Изменение в группе радиуса атомов и ионов, потенциала ионизации
Введение К элементам главной подгруппы V группы периодической системы относятся: азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут. Эти элементы имеют электронную конфигурацию внешнего уровня: nS2nP3 и могут проявлять степени окисления от –3 до +5. В подгруппе сверху вниз происходит усиление металлических и восстановительных свойств и ослабление неметаллических. Азот и фосфор являются типичными неметаллами, мышьяк проявляет и металлические свойства, сурьма и висмут - типичные металлы Актуальность выбранной темы не может вызывать сомнений, так как элементы V-А группы периодической системы Д.И. Менделеева применяются самым широким образом. Это и фармацевтическая, и горно-перерабатывающая промышленности, производство красителей, поверхностно-активных веществ, гербицидов, инсектицидов (применение в сельском хозяйстве) и др., применение в органическом синтезе, и прочее. Целью данной работы заключается в том, что нужно дать общую характеристику элементам подгруппы азота на основании сходства и различия в строении атомов; на примере азота выяснить характерные особенности элементов V группы главной подгруппы
Глава 1. Общая характеристика, история открытия и распространение в природе. Главную подгруппу V группы составляют р-элементы: азот N, фосфор Р, мышьяк As, сурьма Sb и висмут Bi. Атомы этих элементов имеют на внешнем энергетическом уровне по 5 электронов, из которых два спаренных находятся на s-подуровне, а три не спаренных на р-подуровне. Одинаковое строение внешнего электронного слоя атомов обусловливает ряд общих характеристик рассматриваемых элементов. Высшая степень окисления в соединениях равна +5 (все 5 валентных электронов смещаются к более электроотрицательным атомам); низшая степень окисления равна -3 (атомы могут смещать к себе от менее электроотрицательных атомов недостающие до завершения октета 3 электрона). В связи с этим высшие оксиды имеют общую формулу R205, а водородные соединения - RН3.Из промежуточных степеней окисления +3 является общей для всех элементов. Изменение свойств элементов по мере увеличения атомного радиуса (сверху вниз по подгруппе) происходит гораздо более резко, чем в главных подгруппах VII и VI групп. Первые два элемента (азот и фосфор) являются типичными неметаллами, мышьяк уже проявляет признаки металличности, значительно усиливающиеся у сурьмы и висмута, которые принадлежат к металлам. Эти различия проявляются как в свойствах простых веществ, образуемых элементами, так и в свойствах сложных веществ, прежде всего оксидов и гидроксидов. Аналогичные соединения со степенью окисления элементов +5 имеют более кислотный характер, но их устойчивость снижается с увеличением порядкового номера элемента так, что для сурьмы и висмута они вообще не являются характерными. Усиление металлических свойств элементов сверху вниз по подгруппе проявляется и в свойствах образуемых ими газообразных водородных соединений. В ряду NH3-PH3- AsH3-SbH3-BiH3 устойчивость молекул резко уменьшается, висмутин BiH3 разлагается уже при комнатной температуре. По химическим свойствам они принципиально отличаются от аналогичных водородных соединений галогенов и халькогенов: водные раствора NH3 и РН3 обладают слабоосновными свойствами, а не кислотными (как например, НС1 и H2S). Общей важной характеристикой водородных соединений элементов подгруппы азота является их неприятный запах и ядовитые свойства, которые усиливаются в ряду NH3- PH3- AsH3 Азот - важнейшая составная часть атмосферы (78% ее объема). В природе встречается в белках, в залежах нитрата натрия. Природный азот состоит из двух изотопов: 14N (99,635% массы) и 15N (0,365% массы). Открытие элементов подгруппы азота: Азот. Азот относительно инертный газ, содержание которого в воздухе достигает 78 % . Из-за своей инертности для того, чтобы превратить азот в жизненно важные соединения (например, белки) требуются большие затраты энергии. Но с другой стороны, если бы не было инертности, то в атмосфере азо просто бы реагировал с кислородом, в результате чего образовались бы оксиды и атмосфера стала бы непригодна для жизни. Но с другой стороны азот усваивается организмами только в связанном виде. Таков парадокс азота. Впервые азот изучен Даниэлем Резерфордом. После того как Д. Блек открыл реакцию взаимодействия углекислого газа с известковой водой, Резерфордом исследовал изменения состава воздуха, после того как в нём жило и погибало живое существо (в закрытом объёме). После того как углекислый газ поглощался щёлочью, оставшаяся часть газа не поддерживает горение, да и живые существа мгновенно погибали. В примерно то же время азот был выделен из воздуха учеными-химиками Г. Кавендишем и К. Шееле, оба они в отличие от Д. Резерфорда поняли, что азот - это лишь составная часть воздухао составная часть.Кавендиш писал: «Я переводил обыкновенный воздух из одного сосуда через раскаленные угли в другой, потом через свежий горящий уголь - в следующий сосуд, поглощая каждый раз образующийся фиксируемый воздух (углекислый газ) кусковой известью. Удельный вес полученного газа оказался лишь незначительно разнящимся от удельного веса обыкновенного воздуха: из обоих газов азот несколько легче воздуха. Он гасит пламя и делает обыкновенный воздух неспособным возбуждать горение, так же как и фиксируемый воздух (CO2), но в меньшей степени" Из за того, что в азоте погибали организмы, А. Лавуазье назвал его азотом. Согласно Лавуазье, «азот» означает «безжизненный», и слово это произведено от греческого «а» - отрицание и «зоэ» -жизнь. Такое название сохранилось в русском и французском языках, а в англосаксонских азот называют Nitrogen - «рождающий селитру», немцы же дали азоту название Stickstoff - «удушающая материя»
Фосфор. История открытия химических элементов полна личных драм, различных неожиданностей, таинственных загадок и удивительных легенд. Бранд провел уже множество опытов с различными веществами, но ничего дельного у него не получалось. Однажды он решил провести химический эксперимент с мочой. Выпарил ее почти досуха и оставшийся светло-желтый осадок смешал с углем и песком, нагревая в реторте без доступа воздуха. В результате Бранд получил новое вещество, которое обладало удивительным свойством-светиться в темноте. Вскоре рецепт изготовления «холодного огня» стал известен И. Кункелю и К. Кирхмейеру, а в 1680 г. секрет получения фосфора был открыт в Англии знаменитым химиком Р. Бойлем. После смерти Р. Бойля его ученик немец А. Ганквиц, улучшив методику получения фосфора, наладил его производство и даже попытался изготовить первые спички. Он снабжал фосфором научные учреждения Европы и отдельных лиц, желающих приобрести его. Для расширения торговых связей А. Ганквиц посетил Голландию, Францию, Италию и Германию, заключая новые договора на продажу фосфора. В Лондоне им была основана фармацевтическая фирма, получившая широкую известность. Любопытно, что А. Ганквиц, несмотря на свою длительную работу с фосфором и весьма опасные опыты с ним, дожил до восьмидесятилетнего возраста. Он пережил трех своих сыновей и всех тех, кто принимал участие в работах, относящихся к ранней истории фосфора.
Мышьяк Мышьяк является одним из древнейших элементов, используемых человеком. Сульфиды сурьмы As2S3 и As4S4, так называемые аурипигмент ("арсеник") и реальгар, были знакомы римлянам и грекам. Эти вещества были очень ядовиты. Мышьяк иногда встречается в оловянных рудах. В китайской литературе средних веков описаны случаи смерти людей, которые выпивали воду или вино из оловянных сосудов, из-за наличия в нем мышьяка. Сурьма Сурьма является одним из тех элементов, который был известен человекеу еще с древнейших времен. По предположению некоторых исследователей, металлическая сурьма применялась в Южной Вавилонии более 5000 лет назад. Из неё делали различные сосуды.Но основным способом применения сурьмы были косметические средства. Из соединений сурьмы изготавливались различные румяна, тушь для бровей. В Египте, однако, сурьма вероятно не была известна. При раскраске мумий её соединения не применялись, о чем говорят результаты анализов
Висмут История висмута (англ. Bismuth, франц. Bismuth, нем. Wismut) сложна, так как вплоть до XVIII в. этот металл путали со свинцом, оловом и сурьмой. Как своеобразный металл, а также в виде солей, висмут был известен в Центральной Европе с XV в. под разными названиями. Он упоминается у многих авторов книг XV - XVII вв., в частности, у Валентина и Парацельса; его производство описано Агриколой. Липпман в своей книге "Geschichte des Wismuts zwischen 1460 und 1800" (1930) приводит 21 название металла, встречающееся в литературе XV - XVII вв. В "Алхимическом словаре" Руланда (1612) висмут (Bisematum) объясняется как "всякий легчайший, бледнейший и дешевейший свинец", в другом месте "Словаря" говорится о белом висмуте, как синониме альбедо (albe do - белое), белом марказите (под которым, однако, понимали не минерал FeS2 некоторые металлические руды), свинцовой золе (Plumbum cinereum) и др. В XVI и XVII вв. висмут широко применялся в сплавах (в частности, в типографском сплаве), а его соли - в медицине и косметике, но лишь в XVIII в. Потт и Бергман установили его различия от других металлов и предложили считать висмут простым телом. Происхождение названия висмута неясно. По мнению Липпмана, наиболее вероятно, что оно произошло от горняцких слов wis и mat (искаженно weisse masse и weisse materia), т. е. белая масса, белая материя. В русской научной литературе сведения о висмуте имеются у Ломоносова в его "Первых основаниях металлургии". В "Словаре химическом" Кадета, изданном Севергиным в 1810 г., висмут и некоторые его соединения описаны довольно подробно и приведены многие синонимы названия: демогоргон (Demogorgon), глаура (Glaure), нимфа (Nimphe), стекловатое (хрупкое) олово (Etain de glace), серое олово (Etain gris). В начале XIX в. висмут в России называли иногда визмутом и бисмутом. Глава 2. Изменение в группе радиуса атомов и ионов, потенциала ионизации. Атомный радиус - характеристика атома, позволяющая приближённо оценивать межатомные (межъядерные) расстояния в молекулах и кристаллах. T. к. атомы не имеют чётких границ, при введении понятия атомного радиуса подразумевают, что 90-98% электронной плотности атома заключено в сфере этого радиуса. Атомные радиусы имеют порядок 0,1 HM, однако даже небольшие различия в их значениях могут определять структуру построенных из них кристаллов, сказываются на равновесной геометрии молекул и т. д. Для мн. задач кратчайшие расстояния между атомами в молекулах и конденсированных средах можно считать суммой их атомные радиусы, однако такая аддитивность весьма приближённа и выполняется не во всех случаях. В зависимости от того, какие силы действуют между атомами различают металлические, ионные, ковалентные и ван-дер-ваальсовы атомные радиусы. Согласно периодическому закону Д.И.Менделеева изменение радиусов атомов элемента меняется периодически, увеличиваясь при движении по группе. Так у азота атомный радиус составляет 0,07 нм, фосфор-0,11 нм, мышьяк-0,121 нм, сурьма-0,161 нм и у висмута-0,181 нм. Потенциал ионизации Потенциал ионизации атома - минимальная разность потенциалов U, к-рую должен пройти электрон в ускоряющем электрическом поле, чтобы приобрести кинетическую энергию, достаточную для ионизации атома. Соответственно различаю второй, третий и т.д. потенциалы ионизации. Первый потенциал ионизации атома - та работа, которую надо затратить для удаления первого электрона из атома. Чаще употребляемое понятие - энергия ионизации E. Это минимальная энергия, которую надо затратить для удаления электрона из атома. Потенциал ионизации U тесно связан с энергией ионизации соотношением: E=Ue, где е- элементарный электрический заряд. Энергия ионизации атома является внутренним свойством частицы и не зависит от способа ионизации, тогда как потенциал ионизации, можно сказать,- характеристика исторически первого метода ионизации. Энергия ионизации атома, выраженная в эВ (электрон-вольтах), численно совпадает с потенциалом ионизации атома, выраженным в В (вольтах). Потенциал ионизации атомов
Таким образом, потенциал ионизации уменьшается по группе, т.е с увеличение порядкового номера, радиуса атома работа, необходимая для удаления электрона, уменьшается.
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2196)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |