- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •Введение
- •Тема 1 фазовые превращения вещества
- •1.1. Однокомпонентные системы
- •1.2. Двухкомпонентные системы
- •Краткий итог темы
- •Термины для запоминания
- •Вопросы для проверки знаний
- •Упражнения
- •Тема 2 дисперсные системы
- •2.1. Классификация дисперсных систем
- •Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы
- •2.2. Поверхностное натяжение
- •2.3. Процессы на границе раздела фаз
- •2.4. Поверхностно-активные вещества
- •2.5. Наночастицы
- •Краткий итог темы
- •Термины для запоминания
- •Вопросы для проверки знаний
- •Упражнения
- •Тема 3 растворы
- •3.1. Способы выражения концентрации раствора
- •Решение
- •3.2. Термодинамика процесса растворения
- •Термодинамические параметры растворения газов в воде
- •Растворимость газов в воде (мл/100 г н2о) при парциальном давлении 1 атм и константе Генри (кг, мольл-1атм-1)
- •3.3. Физические свойства растворов. Закон Рауля
- •Краткий итог темы
- •Термины для запоминания
- •Вопросы для проверки знаний
- •Упражнения
- •Тема 4 растворы электролитов
- •4.1.Электролитическая диссоциация
- •Значения рН некоторых жидкостей
- •4.2. Реакции электролитов
- •1) Реакции диссоциации слабых кислот
- •3) Реакции гидролиза
- •4) Реакции осаждения (образование нерастворимой соли)
- •5) Реакции образования газообразного вещества
- •6) Окислительно-восстановительные реакции
- •Примеры химических соединений, участвующие в реакциях как окислители и восстановители
- •4.3. Превращение энергии химической реакции в электрическую энергию
- •4.4. Электродные потенциалы и электродвижущая сила
- •4.5. Источники превращения энергии химической реакции в электрическую энергию
- •4.6. Превращение электрической энергии в электролизерах
- •Электродные реакции при электролизе водных растворов электролитов
- •Краткий итог темы
- •Термины для запоминания
- •Вопросы для проверки знаний
- •Упражнения
- •Тема 5 металлы
- •Содержание основных элементов земной коры (по Ярошевскому)
- •Одна из химических классификаций минералов земной коры
- •5.1. Физические свойства металлов
- •5.2. Химические свойства металлов
- •Некоторые химические свойства металлов*
- •5.3. Металлы s-элементов
- •5.4. Металлы р-элементов
- •5.5. Металлы d-элементов
- •5.6. Коррозия металлов. Защита от коррозии
- •5.7. Металлы f-элементов
- •5.8. Ядерные реакции
- •Краткий итог темы
- •Термины для запоминания
- •Вопросы для проверки знаний
- •Упражнения
- •Тема 6 неметаллы
- •6.1. Элементы 18 группы. Благородные газы
- •6.2. Элементы 17 группы. Галогены
- •6.3. Элементы 16 группы. Кислород. Сера
- •6.4. Элементы 15 группы. Азот
- •6.5. Элементы 14 группы. Углерод. Кремний
- •Краткий итог темы
- •Термины для запоминания
- •Вопросы для проверки знаний
- •Упражнения
- •Тема 7 органические соединения
- •Некоторые продукты переработки нефти и природного газа
- •7.1. Классификация органических соединений
- •К Предельные (алканы)ПримерыСн4 метанСн3–сн3 этанСн3–сн2–сн3 пропан лассификация органических соединений по углеродному скелету
- •Непредельные
- •Органические соединения
- •7.2. Нефть и природный газ
- •7.3. Высокомолекулярные соединения (полимеры)
- •7.4. Биополимеры
- •Важнейшие α-аминокислоты растительных и животных белков*.
- •Функции некоторых белков в организме
- •Краткий итог темы
- •Термины для запоминания
- •Вопросы для проверки знаний
- •Упражнения
- •Список рекомендуемой литературы Основная
- •Дополнительная
- •Содержание
- •Тема 1. Фазовые превращения вещества………………………………...5
- •Тема 2. Дисперсные системы………………………………………........22
- •Тема 3. Растворы………………………………………............................47
- •Тема 4. Растворы электролитов………………........................................66
- •Тема 5. Металлы………………………………………………………..102
- •Тема 6. Неметаллы……………………………………………………...133
- •Тема 7. Органические соединения…………………………………….153
6.2. Элементы 17 группы. Галогены
Галогены (фтор F, хлор Cl, бром Br, йод I и астат At) входят в 17 группу периодической системы. Атомы элементов имеют электронную конфигурацию ns2p5. Такая конфигурация электронных оболочек определяет химическую активность галогенов. В окислительно-восстановительных реакциях галогены выступают в качестве окислителей и в свободном состоянии [F2(г), Cl2(г), Br2(ж), I2(т)] в природе не встречаются.
Астат At(т) радиоактивный элемент (-, -излучатель). Он был получен в циклотроне в результате бомбардировки висмута-209 -частицами. Период полураспада самого долгоживущего радионуклида астата-210 всего 8.6 ч.
В горных породах, морской и минерализованной воде нефтяных скважин галогены встречаются в виде солей. Фтор и хлор получают электролизом расплавов солей, например расплавов KH2F3 и NaCl. Бром получают из морской воды обменной реакцией:
2Br(р-р) + Cl2(р-р) 2Cl(р-р) + Br2(р-р).
Аналогично получают йод из минерализованной воды нефтяных скважин.
Фтор F2 самый реакционноспособный среди галогенов. Он вступает в химические реакции с металлами и неметаллами, с водой, кварцевым песком. Например:
3F2(г) + 2Fe(т) 2FeF3(т)
F2(г) + Н2(г) 2НF(г)
2F2(г) + 2Н2О(ж) 4НF(р-р) + О2(г)
2F2(г) + SiO2(т) SiF4(г) + О2(г).
В силу высокой реакционной способности фтор хранят в металлических сосудах из сплавов медь-никель или никель-железо-марганец, устойчивых к фтору, благодаря пассивации внутренней поверхности сосуда.
Фтор широко используют для производства фторорганических соединений, например политетрафторэтилена
–[CF2 – CF2]n– (тефлона):
СН4 + F2(Cl2) CF2HCl
2CF2HCl CF2 = CF2 + 2HCl
nCF2 = CF2 –[CF2 – CF2]n–
тефлон
Тефлон обладает низким коэффициентом трения, стойкостью к действию кислот и щелочей, высокой термостойкостью (разлагается при 425 оС). Он пригоден к длительной эксплуатации в интервале температур от – 260 до + 260 оС.
Фтористый водород HF исходный продукт для получения гексафторида урана UF6 и последующего производства чистого урана, обогащенного изотопом уран-235. Последний используется в виде металла (атомные бомбы) или оксида урана (тепловыделяющие элементы атомных электростанций).
Хлор Cl2 менее реакционноспособный галоген по сравнению с фтором. Реагирует с металлами и неметаллами лишь при высокой температуре (более 200 0С). С кварцем не реагирует. Медленно взаимодействует с холодной водой:
Cl2(г) + Н2О(ж) 2Н+(р-р) + 2Cl(р-р) + HClO(р-р).
Получаемый по этой реакции NaClO (гипохлорит натрия) используется в промышленности в качестве отбеливателя тканей и бумажной массы, благодаря атомам кислорода, выделяющимся при разложении этой соли:
NaClO(р-р) Na+(р-р) + Cl(р-р) + O(р-р).
Атомы кислорода – активные реагенты, способные разрушать органические красящие вещества. На принципе окислительного разрушения органических соединений построено уничтожение бактерий при хлорировании питьевой воды, а также при хлорировании промышленных и бытовых стоков на очистных станциях аэрации.
Уничтожая болезнетворные бактерии хлорированием воды, мы создаем другую проблему. В воде образуются хлорорганические продукты опасные для здоровья человека, если они попадают с питьевой водой в организм. Основной путь уничтожения болезнетворных бактерий в питьевой воде – озонирование. Источником атомов кислорода, уничтожающих бактерии, является реакция разложения растворенного в воде озона:
О3(р-р) О2(р-р) + О(р-р).
Хлор используется для промышленного получения хлороводорода (водный раствор – соляная кислота):
Cl2(г) + Н2(г) 2НCl(г),
а также в производстве полимера – поливинилхлорида [CH2CHСl]n.
Применение брома и йода ограничено. Водноспиртовые и спиртовые растворы йода используются в качестве антисептика (химический метод уничтожения болезнетворных микроорганизмов при смазывании ран).