О. Г. Ярошенко

ХІМІЯ

Підручник для 10 класузагальноосвітніх навчальних закладів

(рівень стандарту, академічний рівень)

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України

Київ«Грамота»

2010

MGdz

.pp.

ua

УДК 373.5:54+54](075.3)ББК 24я721

Я77

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України(наказ МОН України № 177 від 03.03.2010 р.)

Видано за рахунок державних коштів. Продаж заборонено

Незалежні експерти:Барановська Л. П. — учитель�методист Тульчинської ЗНЗ І–ІІІ ст.інтернату; Єніна Т. І. — учитель Луганського ліцею іноземних мов;

Гнєд Л. І. — учитель�методист міського методичного кабінету відділу освітиКанівського міськвиконкому Черкаської обл.; Бохан Ю. В. — завідуюча

кафедрою хімії, доцент природничо�географічного факультетуКіровоградського державного педагогічного університету ім. Володимира

Винниченка, кандидат хімічних наук; Кизенко В. І. — завідуючийлабораторією дидактики Інституту педагогіки Національної академії

педагогічних наук України, кандидат педагогічних наук.

Відповідальні за підготовку підручника до видання:Фіцайло С. С. — головний спеціаліст МОН України; Дубовик О. А. —начальник відділу Інституту інноваційних технологій і змісту освіти.

Ярошенко О. Г.Хімія : Підручн. для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл. (рівень

стандарту, академічний рівень). — К. : Грамота, 2010. — 224 с. : іл.ISBN 978�966�349�258�2Підручник відповідає чинним програмам (рівень стандарту, акаде�

мічний рівень) МОН України для 12�річної школи. У підручнику дотри�мана єдність теоретичних знань, методів їх пізнання, досягнень вітчизня�ної науки і хімічної промисловості, практичного застосування знань.

Навчальний матеріал, що вивчається лише на академічному рівні,винесено в окрему рубрику.

Шкільний експеримент представлений усіма його видами: описанохід виконання та результати демонстраційних дослідів, уміщено завданнята інструкції для виконання лабораторних дослідів і практичних робіт.

Методичний апарат охоплює різнорівневі запитання та завдання, зо�рієнтовані на вікові особливості десятикласників.

УДК 373.5:54+54](075.3)ББК 24я721

ISBN 978%966%349%258%2© Ярошенко О. Г., 2010© Видавництво «Грамота», 2010

Я77

MGdz

.pp.

ua

ДОРОГІ ДЕСЯТИКЛАСНИКИ!

Цього навчального року ви розпочинаєте новий етап в опануванніхімічних знань. Відтепер кожному з вас надається можливість сформу�вати їх на одному з трьох рівнів диференціації навчання в старшійшколі — стандарту, академічному чи профільному. Підручник відпові�дає державним вимогам навчання хімії на перших двох рівнях. У пара�графах міститься матеріал, який є спільним для обох рівнів навчання,а матеріал, що, згідно з навчальними програмами, призначений лишедля вивчення на академічному рівні, поданий в окремій рубриці «Длятих, хто вивчає хімію на академічному рівні» . Використання під�ручника стає зручним і доступним відразу на двох різних рівнях на�вчання хімії, створює умови для самостійного оволодіння хімічнимизнаннями тим із вас, хто бажає їх розширити, якщо клас вивчає хіміюна рівні стандарту.

Підручник розпочинається з короткого повторення найважливі�ших питань з курсу основної школи. Поставтеся з розумінням до цьогоматеріалу, адже вивчення двох тем — «Неметалічні елементи та їхнісполуки» і «Металічні елементи та їхні сполуки» — ґрунтується на цихзнаннях. Текст параграфів для кращого орієнтування поділений налогічно завершені частини, що мають заголовки. Основні поняття йтерміни, а також алгоритмічні приписи надруковані на плашці синьогокольору. Отже, не порушуючи цілісності сприйняття нового матеріалу,ви зможете легко відшукати потрібне вам поняття чи термін та йогопояснення в змісті параграфа.

Новий матеріал перемежовується завданнями для актуалізаціїзнань . Їх призначення — забезпечити вашу активну самостійну ро�боту в процесі вивчення нового матеріалу. Частину з цих завдань вивиконуватимете під керівництвом учителя на уроці, а частину — са�мостійно вдома.

В основній школі ви мали змогу пересвідчитися у важливій роліхімічного експерименту як засобу й методу навчання. Тому в текстіпараграфів описані й проілюстровані досліди, які вчитель демонстру�ватиме на уроці, а до рубрики «Досліджуємо речовини та їх власти%вості» вміщено завдання та інструкції з виконання лабораторнихдослідів — ваших короткотривалих досліджень на уроках з метоюзакріплення й застосування хімічних знань. Ці досліди допоможутьвам зрозуміти хімічні явища, краще засвоїти матеріал.

Завершальною рубрикою параграфів є «Запитання і завдання длясамоконтролю знань» . Їх зміст зорієнтує вас на те, які запитання

3

MGdz

.pp.

ua

і завдання вчитель пропонуватиме на різних етапах засвоєння знань.Щоб добре підготуватися до контролю, виконуйте не лише завданнярубрики, а й подібні завдання, додатково користуючись збірниками за�дач і вправ, робочими зошитами тощо. Творчі та ускладнені завданняцієї рубрики позначені зірочкою (*). Не залишайте їх поза увагою,намагайтеся їх зрозуміти й виконати. Це буде найкращим свідченнямвашого інтересу до вивчення хімії, сприятиме досягненню високих ре�зультатів у навчальній діяльності. Виконання творчих завдань перед�бачає використання групової форми організації навчальної діяльності,що важливо не лише в пізнавальному плані, а й для формування уміньспілкуватися, колективно ставити та розв’язувати конкретні завдання.

Пам’ятайте, що лише на міжпредметній основі можливе фор�мування природничо�наукової картини світу, усіма способами реалі�зуйте міжпредметні зв’язки хімії з іншими навчальними предметами.У підручнику на це вас зорієнтує зміст параграфів і творчих завдань.

Значний за обсягом ілюстративний матеріал (рисунки, таблиці,схеми тощо) призначені для розширення навчальних можливостейпідручника, створення умов для самостійного опрацювання текступараграфів.

Після кожної теми вміщено матеріал з вивченої теми під назвою«Узагальнимо вивчене» . Кілька сторінок цієї рубрики дадуть змогувиокремити основне з того, що ви вивчали на уроках і є загальним длязначної групи речовин та явищ. Вдумливо опрацьовуйте матеріал цієїрубрики, кожне із загальних положень ілюструйте власними конкрет�ними прикладами.

Вивчення теми завершує рубрика «Готуємося до тематичногоконтролю знань» . У ній наведено різноманітні за змістом і рівнемскладності тестові завдання та завдання з відкритою відповіддю, що до�поможуть вам перевірити готовність до тематичного контролю знань,сприятимуть підготовці до зовнішнього незалежного оцінювання на�вчальних досягнень тим із вас, хто виявить бажання взяти участь узовнішньому незалежному оцінюванні знань з хімії у випускному класі.

Щоб ваша самостійна навчальна діяльність була ефективною, вико�ристовуйте матеріал рубрик «Термінологічний словник», «Предмет%ний покажчик», «Список додаткової літератури та інтернет%джерел».

Зичу вам розвивати інтерес до вивчення хімії, успішно опановува�ти навчальний матеріал, формувати компетентності, пов’язані з хіміч�ними знаннями й експериментальними вміннями.

Успішного вам навчального року!Автор

4

!

MGdz

.pp.

ua

ПОВТОРЕННЯПИТАНЬ КУРСУ ХІМІЇ

ОСНОВНОЇ ШКОЛИ

MGdz

.pp.

ua

В основній школі ви вже вивчили такі класи неорганічних спо�лук, як оксиди, кислоти, основи, солі.

Пригадайте їх визначення й розподіліть наведені формули за кла�сами сполук, назвіть речовини: NaOH, CuSO4, CaO, HCl, HNO3,SO2, Mg3(PO4)2, Fe(OH)2.

Серед неорганічних сполук переважають представники самецих класів. Хоча, окрім них, вам відомі амфотерні гідроксиди (алю�міній гідроксид, цинк гідроксид та ін.), пероксиди (гідроген пе�роксид та ін.).

Речовини, формули яких ви віднесли до одного класу, подібніза складом, проте мають відмінності щодо фізичних і хімічнихвластивостей. Це дає підстави для їх класифікації на окремі групи.Так, за агрегатним станом (фізична характеристика) оксиди по�діляють на тверді (наприклад, фосфор(V) оксид), рідкі (наприклад,вода), газуваті (наприклад, карбон(ІV) оксид).

Наведіть власні приклади оксидів, що за звичайних умов перебу�вають у різному агрегатному стані.

За здатністю розчинятися у воді кислоти, основи та солі по�діляють на розчинні, малорозчинні й нерозчинні. Наприклад, суль�фатна кислота добре розчинна, силікатна кислота — нерозчинна,купрум(ІІ) гідроксид — нерозчинна основа, натрій гідроксид —розчинна основа, або луг, кальцій гідроксид — малорозчинна осно�ва, натрій хлорид — розчинна сіль, барій сульфат — нерозчиннасіль, кальцій сульфат — малорозчинна сіль. Потрібно пам’ятати, щоабсолютно нерозчинних речовин не існує.

Розчинні основи утворюють мильні на дотик розчини, через щоці речовини дістали назву луги. Це: літій гідроксид, натрій гідро�ксид, калій гідроксид, кальцій гідроксид, барій гідроксид і деякіінші. Їх значно менше, аніж нерозчинних основ.

З�поміж різних класифікацій неорганічних речовин найужива�нішою є класифікація за хімічними властивостями.

Оксиди. Вам відомо, що оксиди — бінарні сполуки елемента зОксигеном, у яких він проявляє ступінь окиснення –2. Вони бува�ють солетвірні й несолетвірні. Солетвірні на підставі їх хімічнихвластивостей поділяють на осноовні, кислотні й амфотерні.

6

§ 1. Загальні відомості про найважливіші класи неорганічних сполук

MGdz

.pp.

ua

Основні оксиди — це оксиди, які взаємодіють із кислотами з ут�воренням солі та води.

До них належать лише оксиди металічних елементів зі ступе�нем окиснення +1, +2, рідше +3.

Визначте ступінь окиснення атомів металічних елементів у наве�дених формулах. Яка закономірність простежується між їх ступе�нем окиснення в оксиді й основі?

Кислотні оксиди — це оксиди, які взаємодіють із лугами з ут�воренням солі та води.

До них належать усі солетвірні оксиди неметалічних елементівта оксиди деяких металічних елементів із високими ступенямиокиснення (+5, +6, +7).

Щодо кислотних оксидів і відповідних їм гідратів оксидів (ок�сигеновмісних кислот), то для них також справджується законо�мірність, виявлена для основ: атоми кислототвірних елементів укислотному оксиді й відповідній йому кислоті мають однаковийступінь окиснення.

Напишіть формули сульфур(ІV) оксиду і сульфур(VІ) оксиду таформули відповідних їм гідратів оксидів.

Амфотерні оксиди — оксиди, які утворюють сіль і воду привзаємодії як із кислотою, так і з лугом.

До них належить невелика кількість оксидів металічних еле�ментів: BeO, Al2O3, ZnO, PbO, Cr2O3 та деякі ін.

7

Гідратами оксидів (гідратними формами), що відповідають основним оксидам, є основи. Наприклад:

Na2O – NaOH, CuO – Cu(OН)2,

Cu2O – CuOН, FeO – Fe(OH)2

Гідратами оксидів (гідратними формами), що відповідають кислотним оксидам, є кислоти.

Наприклад: SiO2 — H2SiO3, P2O5 — H3PO4, Mn2O7 — HMnO4

Гідратами оксидів (гідратними формами), що відповідають амфотерним оксидам, є амфотерні

гідроксиди. Наприклад:BeO — Be(OH)2, Al2O3 — Al(OH)3

MGdz

.pp.

ua

Кислоти. Кислоти належать до складних речовин, загальнуформулу яких передає об’ємне зображення:

У розчинах кислот наявні катіони Гідрогену, що зумовлюють за�гальні властивості кислот. Так, кислоти взаємодіють з: 1) індикато-рами; 2) металами (розташованими в ряді активності до водню);3) основними й амфотерними оксидами; 4) основами й амфотер-ними гідроксидами; 5) солями інших кислот, якщо один із продук�тів реакції випадає в осад або виділяється в газоподібному стані.

Наведіть приклади рівнянь реакцій, що ілюструють зазначенівластивості кислот.

Катіони Гідрогену зумовлюють загальні, кислотні залишки —специфічні властивості кислот.

Основи. Основи належать до складних речовин, загальну фор�мулу яких передає об’ємне зображення:

Як вам відомо, серед основ сильними електролітами є луги. Наяв�ність гідроксид�іонів зумовлює загальні властивості лугів: 1) дію наіндикатори; 2) взаємодію з кислотними та амфотерними оксида-ми; 3) взаємодію з кислотами (реакція нейтралізації); 4) взаємо-дію з амфотерними гідроксидами; 5) взаємодію із солями, якщо

8

Hn

I n

кислотний залишок

Кислоти — це електроліти, які у водному розчині дисоціюють на катіони Гідрогену й аніони

кислотного залишку. Наприклад:HCl � H+ + Cl–

H2SO4 � 2H+ + SO 2–4

Ме (ОН)n

n I

Основи — це електроліти, що дисоціюють з утворенням катіонів металічного елемента та гідроксид�аніонів.

Наприклад:КОН = К

++ ОН

–MGdz

.pp.

ua

один із продуктів реакції випадає в осад або виділяється в газоподіб�ному стані.

Наведіть приклади рівнянь реакцій, що ілюструють зазначені за�гальні властивості лугів.

Для нерозчинних основ характерною є взаємодія: 1) з кислот-ними та амфотерними оксидами (при сплавлянні у твердому ста�ні); 2) з кислотами; 3) розкладання під час нагрівання.

Наведіть приклади рівнянь реакцій, що ілюструють зазначені за�гальні властивості нерозчинних основ.

Солі. Солі належать до складних речовин, загальну формулуяких передає об’ємне зображення:

Як бачимо, до складу солей, як і до складу основ, входять катіо�ни металічних елементів, а інша складова частина солей — аніоникислотних залишків — властива також молекулам відповідних кислот.Таке поєднання йонів урізноманітнює хімічні властивості солей.Солі взаємодіють з: 1) металами, активнішими від металу, йониякого входять до складу солі (у розчині); 2) лугами (у розчині заумови утворення осаду); 3) іншою сіллю (у розчині за умови утво�рення осаду); 4) кислотами, що є сильнішими електролітами закислоту, із сіллю якої проводять реакцію (за умови утворенняосаду чи виділення газу); 5) розкладання солей деяких кислот(наприклад, карбонатів, нітратів) під час нагрівання.

Наведіть приклади рівнянь реакцій, що ілюструють зазначені за�гальні властивості солей.

Номенклатура неорганічних сполук. Окрім правильного запи�су хімічних формул і рівнянь хімічних реакцій, не менш важливоправильно називати речовини. Ви вже обізнані із сучасноюукраїнською хімічною номенклатурою, повторити яку допоможе

9

Mem

n m

(кислотний залишок)n

Солі — це електроліти, що дисоціюють з утворенням катіонів металічного елемента й аніонів кислотного

залишку. Наприклад:К2СО3 = 2К+ + СО 2–

3

MGdz

.pp.

ua

таблиця 1. При повторенні треба пам’ятати, що для оксидів, основ ісолей існує загальне правило номенклатури.

Таблиця 1Номенклатура неорганічних сполук різних класів

Особливості перебігу хімічних реакцій неорганічних речовину розчинах. Значна частина хімічних реакцій між неорганічнимиречовинами відбувається в розчині.

На конкретних прикладах розглянемо цей висновок і повтори�мо, як пишуть повні й скорочені йонні рівняння реакцій.

10

Усі назви складаються із двох слів. Назву елемента, з атомів якого утворилася перша складова частина

речовини, пишуть з малої літери в називному відмінку,а в разі прояву ним змінної валентності її без відступу

зазначають після назви елемента в круглих дужкахримською цифрою.

Клас Складові назви Приклади

Оксиди назва хімічного елемента в називномувідмінку + оксид

СаО — кальцій оксид NO2 — нітроген(ІV) оксид

Основиназва металічного елемента + гідроксид

Са(ОН)2 — кальцій гідроксид Сu(ОН)2 — купрум(ІІ) гідроксид

Кислоти назва аніону з дода�ванням закінчення %на + кислота

HCl — хлоридна кислота HNO3 — нітратна кислота

Соліназва металічного елемента + назва кислотного залишку

СаCl2 — кальцій хлорид Сu(NO3)2 — купрум(ІІ) нітрат

До якого б класу не належала неорганічна сполука, у водному розчині її хімічні властивості визначають йони,

на які вона дисоціює.M

Gdz.p

p.ua

11

Приклад 1. Реакція нейтралізації (взаємодія основи з кислотою):NaOH + HCl = NaCl + H2ONa+ + OH– + H+ + Cl– = Na+ + Cl– + H2OH+ + OH– = H2O

Приклад 2. Реакції йонного обміну основи, кислоти та солі із сіллю:2NaOH + CuCl2 = 2NaCl + Cu(OH)2�2Na+ + 2OH– + Cu2+ + 2Cl– = 2Na+ + 2Cl– + Cu(OH)2�Cu2+ + 2OH– = Cu(OH)2�

2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + H2O + CO2�2H+ + 2Cl– + 2Na+ + CO = 2Na+ + 2Cl– + H2O + CO2�2H+ + CO = H2O + CO2�

ZnCl2 + Na2CO3 = ZnCO3� + 2NaClZn2+ + 2Cl– + 2Na+ + CO = ZnCO3� + 2Na+ + 2Cl–

Zn2+ + CO = ZnCO3�

Запитання і завдання для самоконтролю знань

1. Укажіть, до якого класу сполук належать речовини, формулияких:

NiO, As2O3, Cu2O, PbO, CO, Mn2O7, V2O5.Здійсніть класифікацію речовин у межах класу, назвіть сполуки.

2. Формули речовин якого класу переважають у наведеному пе�реліку:

CO2, HMnO4, ZnCO3, ВаО, Mn(OH)2, Fe(OH)3,HNO3, K3PO4, P2O5, KCl, MgSO4?

Назвіть речовини за сучасною науковою номенклатурою.

3. Напишіть рівняння реакцій за схемою перетворень: алюміній � алюміній оксид � алюміній нітрат � алюміній

гідроксид � алюміній оксид.

4. Є речовини: літій оксид, залізо, нітратна кислота, купрум(ІІ)гідроксид, ферум(ІІ) оксид, кальцій гідроксид, сульфатна кислота,барій хлорид, цинк сульфат, карбон(ІV) оксид, магній. Які з цихречовин взаємодіятимуть із хлоридною кислотою, а які з натрійгідроксидом?

Відповідь підтвердіть рівняннями реакцій. Для окисно�відновнихреакцій напишіть електронний баланс, для реакцій йонного обміну —молекулярні та повні й скорочені йонні рівняння реакцій.

2–3

2–3

2–3

2–3

MGdz

.pp.

ua

5*. Напишіть якомога більше рівнянь реакцій, продуктом яких ємагній хлорид.

6*. Складіть схему «Основні класи неорганічних сполук»,ураховуючи поділ основних класів на окремі групи.

Періодичний закон у формулюванні Д. І. Менделєєва. Періо�дичний закон, відкритий у 1869 р. Дмитром Івановичем Менделєє�вим, став одним з основних серед загальних законів природи. Навідміну від своїх попередників російський учений, трудова діяль�ність якого розпочиналася в Україні, класифікував хімічні елемен�ти на основі характеристики, притаманної всім без винятку хіміч�ним елементам і незмінної під час хімічних явищ. Цією характе�ристикою стала атомна вага (так у часи Д. І. Менделєєва називалиатомні маси) хімічних елементів. Це дало змогу вченому так сфор�мулювати періодичний закон.

Порівняно з іншими загальними законами природи особливіс�тю періодичного закону є відсутність кількісного виразу, тобтоформули чи рівняння, що його відображають. Натомість цей закон,єдиний з�поміж інших законів, має графічне вираження у виглядіперіодичної системи хімічних елементів.

Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва —так називають упорядковану множину хімічних елементів та їхкласифікацію. У короткій формі цієї системи чітко простежуєть�ся розташування хімічних елементів у восьми вертикальнихстовпчиках — групах, кожний з яких має свій номер і поділяєть�ся на головну та побічну підгрупи, і в семи горизонтальних рядах —періодах, з яких перші три дістали назву малі, а решта — великі.

12

§ 2. Періодичний закон і будова атома. Види хімічного зв’язку

Властивості простих речовин, а також властивості сполук хімічних елементів перебувають

у періодичній залежності від величини атомних ваг.

Група — це вертикальний стовпчик хімічних елементів,подібних за властивостями утворених ними сполук.

MGdz

.pp.

ua

Назвіть елементи V групи головної і побічної підгруп. У чому про�являється подібність властивостей сполук елементів цієї групи?

Порівняйте перший, третій і четвертий періоди періодичноїсистеми та зробіть висновок, чому, незважаючи на різну кількістьелементів у першому і третьому періодах, їх відносять до малихперіодів, а четвертий — до великих.

Який період не розпочинається лужним металічним елементом,а який не завершується інертним елементом?

Підтвердженням періодичної зміни властивостей хімічних еле�ментів, форм і властивостей їх сполук є те, що кожна група має еле�менти з подібними властивостями й однаковою формою оксидів,гідратів оксидів, летких водневих сполук. Тому не випадково внижній частині системи для кожної групи часто зазначають загаль�ні формули вищих оксидів і летких водневих сполук неметалічнихелементів.

Місце кожного хімічного елемента в періодичній системі чітковизначене (виняток становить Гідроген, його розташовують і в пер�шій, і в сьомій групах), за кожним елементом закріплений його по+рядковий номер.

Атоми складаються з ядра та електронної оболонки. У ядрі міс�тяться протони та нейтрони.

Користуючись періодичною системою, укажіть, скільки протонів,нейтронів та електронів міститься в атомах хімічних елементів зпорядковими номерами 30 і 31.

Відкриття фізиками на початку ХХ ст. складної будови атомапідтвердило геніальність Д. І. Менделєєва як творця періодичногозакону. Виявилося, що всі без винятку хімічні елементи розташова�ні в періодичній системі за зростанням заряду ядер їх атомів. А пе�ріодична зміна властивостей елементів і їх сполук пов’язана з особ�ливостями будови атомів хімічних елементів у межах однієї групий одного періоду. Це дало підстави для сучасного формулюванняперіодичного закону.

13

Період — це горизонтальний ряд хімічних елементів, розміщених у порядку зростання їх атомних мас,

що розпочинається лужним металічним елементом, а завершується інертним елементом.

Властивості хімічних елементів, а також утворених нимисполук перебувають у періодичній залежності

від величини зарядів ядер їх атомів.

MGdz

.pp.

ua

14

З’ясування фізичної суті періодичного закону значно розши�рило інформаційну функцію періодичної системи. Відомо, що:

• порядковий номер хімічного елемента вказує на величинузаряду ядра атома, кількість протонів у ядрі — на кількістьелектронів у електронній оболонці атома;

• кількість нейтронів у ядрі атома дорівнює різниці між віднос�ною атомною масою хімічного елемента та його порядковимномером;

• номер періоду збігається з кількістю енергетичних рівнів(електронних шарів) в електронній оболонці атома;

• хімічні елементи однієї підгрупи мають однакову електрон�ну формулу зовнішнього енергетичного рівня (електронногошару);

• в елементів головних підгруп кількість електронів на зов�нішньому енергетичному рівні збігається з номером групи;

• вища валентність атомів хімічного елемента в оксидах дорів�нює номеру групи (існують винятки);

• кількість неспарених електронів в атомах неметалічних еле�ментів V–VІІ груп можна визначити дією віднімання: 8 — но�мер групи.

Електронні формули атомів. В атомі не існує навіть двох одна�кових електронів. Це є підставою для написання електроннихформул атомів, у яких відображено відмінності між формою атом+них орбіталей (геометричних образів об’єму навколоядерногопростору, у якому ймовірність перебування електрона дорівнює90–95 %), указано кількість електронів на підрівнях і рівнях.

Графічні електронні формули доповнюють інформацію про бу�дову електронної оболонки атома відомостями про кількість енер�гетичних комірок (кожну комірку позначають квадратиком) та за�повнення їх електронами. Два спарені електрони однієї коміркипозначають двома протилежно спрямованими стрілками , неспа�рений електрон — однією .

Електронна формула атома — це запис розподілуелектронів в атомі, у якому числами позначають

енергетичні рівні (1, 2 …), літерами — підрівні (s, p, d, f), а верхніми індексами — кількість електронів

на підрівнях. Наприклад: 14Si 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2.

�

Графічна електронна формула — це відображення розподілу електронів в електронній оболонці

атома за допомогою енергетичних комірок і стрілок.

�M

Gdz.p

p.ua

Приклад графічної електронної формули, де енергетичні комір�ки зображені об’ємно, наведено на рисунку 1.

1s 2s 2p 3s 3p

Рис. 1. Об’ємне зображення графічної електронної формули атома Силіцію

Напишіть електронну й графічну електронну формули хімічнихелементів із порядковими номерами 2 і 13. У якого з атомів від�сутні неспарені електрони?

Види хімічного зв’язку. Основою теорії хімічного зв’язку єположення про те, що утворення хімічних зв’язків супроводжу�ється досягненням атомами завершеної будови зовнішнього енер�гетичного рівня.

Зовнішній енергетичний рівень уважається завершеним, якщовін містить 8 електронів (для Гідрогену та Гелію — 2). Приутворенні хімічних зв’язків ядра атомів не змінюються; зміни від�буваються лише в електронних оболонках.

Ви вже вивчали ковалентний, йонний та водневий зв’язки.

Повторимо утворення ковалентного та йонного зв’язків наприкладі сполук хімічних елементів із порядковими номерами1, 8, 11, 17.

Спочатку запишемо електронні й графічні електронні формулиатомів зазначених елементів:

1Н 1s1

1s

8О 1s2 2s2 2p4

1s 2s 2p

15

� ��� � ���

Хімічним зв’язком називають взаємодію між атомами, що зумовлює утворення молекул і кристалів.

�

� � ���

MGdz

.pp.

ua

11Na 1s2 2s2 2p6 3s1

1s 2s 2p 3s

17Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

1s 2s 2p 3s 3p

Ви вже знаєте про існування двохатомних молекул простихречовин водню Н2 і кисню О2, молекул води Н2О та речовини не�молекулярної будови натрій хлориду NaCl. Пригадаємо, яким спо�собом атоми Гідрогену, Оксигену, Хлору та Натрію досягализавершеної будови зовнішнього енергетичного рівня в кожній з цихречовин.

Наявний в атома Гідрогену 1 електрон становить половину відкількості завершеного для нього (двохелектронного) зовнішньогоенергетичного рівня. В Оксигену на зовнішньому енергетичномурівні 6 електронів, тобто він близький до завершеного для ньоговосьмиелектронного складу. Маючи половину й більше половиниелектронів, аніж їх є на завершеному енергетичному рівні, атомамцих елементів енергетично вигідніше не віддавати електрони,а приєднувати або утворювати спільні електронні пари. Так, у мо�лекулі водню два атоми Гідрогену досягають завершеності зовніш�нього енергетичного рівня за рахунок утворення однієї спільноїелектронної пари, у молекулі кисню — двох (рис. 2).

В обох молекулах спільні електронні пари рівновіддалені відядер атомів, між якими утворився хімічний зв’язок.

У молекулі води атоми також сполучені спільними електронни�ми парами (рис. 3), зміщеними ближче до ядра атома Оксигену.

16

� � �

Рис. 2. Схеми утворення хімічного зв’язку між атомами одногохімічного елемента: Гідрогену (а); Оксигену (б)

а

б

� � �� � �

�� �� � �

MGdz

.pp.

ua

Зміщення електронних пар відбулося тому, що Оксиген, порів�няно з Гідрогеном, має більшу електронегативність — умовну ве�личину, яка характеризує здатність атома в сполуці притягувати досебе електрони.

Неметалічні елементи характеризуються високою, порівняно зметалічними, електронегативністю, тому між атомами неметаліч�них елементів хімічний зв’язок утворюється за рахунок спільнихелектронних пар, а не шляхом віддавання й приєднання електронів.

Напишіть електронну формулу атома Неону. Висловіть припу�щення про хімічну активність атомів цього хімічного елемента.

Поясніть, який вид ковалентного зв’язку утворюється між атома�ми: а) Гідрогену і Брому в гідроген броміді HBr; б) між атомамиБрому в молекулі брому Br2.

Натрій хлорид, на відміну від водню, кисню й води, є речо�виною немолекулярної будови. Тож утворення хімічного зв’язкувідбувається по�іншому. Атом Натрію віддає єдиний електрон зов�нішнього енергетичного рівня й перетворюється на катіон, у якогозавершений зовнішній енергетичний рівень (ним стає передостан�ній енергетичний рівень атома Натрію). Тому Хлору енергетичновигідно приєднати цей електрон на зовнішній енергетичний рівеньі завершити його. При цьому нейтральні атоми Натрію та Хлоруперетворюються на заряджені частинки — йони:

Na + Cl � Na+ [ Cl ]–

17

Рис. 3. Схема утворення хімічного зв’язку в молекулі води

Хімічний зв’язок за допомогою спільних електронних пар називається ковалентним. Якщо спільні електронні

пари рівновіддалені від ядер обох атомів, він — неполярний, а якщо зміщені в бік більш

електронегативного атома — полярний.

е.

. . . .. .

.. ..

.

....

Зв’язок, що утворюється в речовинах за рахунокпритягування різнойменно заряджених йонів,

називається йонним зв’язком.

MGdz

.pp.

ua

18

Зробіть висновок про можливість існування аніонів у Гідрогенута металічних елементів.

Для тих, хто вивчає хімію на академічному рівні

У 9 класі ви ознайомилися з водневим зв’язком, щододатково виникає між молекулами (у деяких випадкахміж окремими частинами однієї молекули) за рахунокелектростатичного притягання атомів Гідрогену однієїмолекули до атомів Оксигену іншої. Наприклад, вініснує між молекулами води, молекулами спирту йобумовлює рідкий агрегатний стан цих речовин за зви�чайних умов. У сполук із найскладнішою будовою моле�кул — білків — водневий зв’язок може утворюватися міжокремими частинами однієї й тієї самої молекули.

Пригадайте вивчену в минулому навчальному році вториннуструктуру білків, що має вигляд спіралі, форма якої підтримуєть�ся водневими зв’язками.

Проте водневий зв’язок набагато слабший за кова�лентний і легко руйнується звичайним нагріванням. Яквам відомо, вода при температурі +100 °С і атмосферно�му тиску переходить у пароподібний (газуватий) стан.

Запитання і завдання для самоконтролю знань

1. Класифікуйте хімічні елементи з порядковими номерами в пе�ріодичній системі 5, 8, 13, 18, 25, 35 за такими ознаками: а) елементиодного періоду; б) елементи однієї групи; в) елементи однієї під�групи.

2. Напишіть електронну та графічну електронну формули атомівхімічних елементів Нітрогену й Фосфору. Що спільного в будовіелектронних оболонок атомів цих елементів?

3. Напишіть електронну та графічну електронну формули атомівхімічних елементів Магнію і Сульфуру. Що спільного в будові елек�тронних оболонок їх атомів?

4. Поясніть утворення хімічних зв’язків на прикладі речовин:фтору F2, гідроген фториду HF, літій фториду LiF.

Електронейтральні атоми всіх металічних елементів здатнідо віддавання, а не до приєднання електронів.

MGdz

.pp.

ua

ТЕМА 1

НЕМЕТАЛІЧНІЕЛЕМЕНТИ

ТА ЇХНІСПОЛУКИ

MGdz

.pp.

ua

20

Неметалічні елементи та їх розташування в періодичній системі.Особливість будови атомів неметалічних елементів одного періоду та однієї підгрупи.Фізичні й хімічні властивості простих речовин неметалів.Зумовленість властивостей неметалів і сполук неметалічних елементівбудовою атомів.Алотропію й алотропні видозміни.Адсорбцію й адсорбенти.Поширення неметалічних елементів у природі, застосування їх сполук.Найважливіші оксиди, гідрати оксидів і солі Карбону, Нітрогену, Сульфуру, Фосфору.Леткі водневі сполуки неметалічних елементів.Мінеральні добрива.Будівельні матеріали.Якісні реакції.Кислотні дощі.Парниковий ефект.Вплив нітратів і чадного газу на організм людини й тварин.

Складання формул сполук неметалічних елементів, рівнянь реакцій, що характеризують основні хімічні властивості неметалів і сполук неметалічних елементів.Обґрунтування вами застосування сполук неметалічних елементів їх властивостями, значення сполук неметалічних елементів у господарському комплексі.Розв’язування експериментальних і розрахункових задач.Спостереження за демонстраційними дослідами вчителя.

Називати речовини за сучасною українською номенклатурою.Характеризувати хімічні елементи за положенням у періодичній системі й будовою атома.Планувати та виконувати експериментальні дослідження.Здійснювати розрахунки за хімічними формулами й рівняннями хімічних реакцій.Розв’язувати експериментальні задачі на визначення та розпізнаванняречовин.Висловлювати судження про біологічну роль неметалічних елементів та їх сполук.

ВИВЧИВШИ ЦЮ ТЕМУ, ВИ ЗБАГАТИТЕ СВОЮЗАГАЛЬНООСВІТНЮ ПІДГОТОВКУ З ХІМІЇ ЗНАННЯМИ ПРО:

РОЗВИТКУ ВАШИХ ЗАГАЛЬНОНАВЧАЛЬНИХ УМІНЬСПРИЯТИМУТЬ:

У ПРОЦЕСІ ВИВЧЕННЯ ТЕМИ УДОСКОНАЛЮВАТИМУТЬСЯВАШІ ПРЕДМЕТНІ УМІННЯ:

MGdz

.pp.

ua

Скористайтеся фрагментом періодичної системи хімічних еле�ментів Д. І. Менделєєва та ознайомтеся з назвами й символаминеметалічних елементів, які зображені на рожевому та жовтомуфонах (рис. 4).

Рис. 4. Розміщення неметалічних елементів у періодичній системі хімічних елементів

Користуючись рисунком 4, установіть:1. Чи властиве неметалічним елементам розміщення на початку

періодів? Який виняток існує?2. Чи властиве неметалічним елементам розміщення в кінці пе�

ріодів? Який виняток існує?3. У головних чи побічних підгрупах розміщені неметалічні

елементи?4. Чи є серед неметалічних елементів хоча б один, розміщений

у побічній підгрупі?

Після проведеної пошукової діяльності сформулюйте загальнийвисновок про місце неметалічних елементів у групах, підгрупах,періодах і рядах.

21

§ 3. Неметалічні елементи, розташування в періодичній системі, загальна характеристика

MGdz

.pp.

ua

Особливості будови атомів неметалічних хімічних елементів.Ви вже повторили будову атома, виконали завдання 2 і 3 із § 2, тожна конкретних прикладах з’ясуємо, що спільного та чим відрізня�ється будова електронних оболонок атомів неметалічних елементіводного періоду й однієї підгрупи.

Приклад 1. Неметалічні елементи одного періоду. Неметалічні елементи Бор, Карбон, Нітроген, Оксиген, Флуор

і Неон належать до другого періоду періодичної системи хімічнихелементів і мають такі електронні та графічні електронні формулиатомів:

5В 1s2 2s2 2p1

6C 1s2 2s2 2p2

7N 1s2 2s2 2p3

8O 1s2 2s2 2p4

9F 1s2 2s2 2p5

10Ne 1s2 2s2 2p6

1s 2s 2p

За цими формулами чітко простежується однакова будовапершого енергетичного рівня неметалічних елементів другого пе�ріоду й поступове збільшення числа електронів на другому(зовнішньому) енергетичному рівні, доки останній елемент Неонне досягне завершеності зовнішнього енергетичного рівня. Почи�наючи з Нітрогену, в атомах цих хімічних елементів спостерігаєть�ся поступове зменшення кількості неспарених електронів назовнішньому енергетичному рівні. Так, атом Нітрогену здатнийутворити три спільні електронні пари з іншими атомами, Оксиге�ну — дві, Флуору — одну. В атомі Неону відсутні неспарені елек�трони, і він не утворює хімічних зв’язків з іншими атомами.

Розглянуті приклади доводять, що атоми неметалічних елемен�тів другого періоду мають по 2 енергетичних рівні, але відрізняють�ся кількістю електронів на зовнішньому енергетичному рівні.

Особливістю атомів неметалічних елементів є те, що кількістьелектронів на зовнішньому енергетичному рівні збігається з номе�ром групи. Тому без запису електронної формули атома, наприклад,неметалічного елемента VII групи Астату можна з упевненістю ска�зати, що з 85 електронів його електронної оболонки 7 містяться назовнішньому енергетичному рівні.

22

� �

� �

� �

� �

� �

� � � � �

�� �������

��

�

MGdz

.pp.

ua

23

Напишіть електронні й графічні електронні формули неметаліч�них елементів третього періоду й зробіть висновок, що спільногота чим відрізняється будова електронних оболонок їх атомів.

З вивченого в 9 класі пригадайте, чому в більшості сполук Карбончотиривалентний, а не двовалентний.

Приклад 2. Неметалічні елементи однієї підгрупи.Карбон і Силіцій розташовані в IV групі в головній підгрупі пе�

ріодичної системи хімічних елементів, тобто є елементами однієїгрупи й підгрупи. Напишемо електронну та графічну електроннуформули атома Силіцію:

14Si 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

1s 2s 2p 3s 3p

Скористаємося електронною й графічною електронною форму�лами атома Карбону з прикладу 1 й порівняємо електронні форму�ли атомів цих хімічних елементів. Результати порівняння вказуютьна те, що електронні оболонки їх атомів відрізняються кількістюенергетичних рівнів, проте на зовнішньому енергетичному рівні вних однакова кількість електронів і вона чисельно дорівнює номе�ру групи.

Електронні формули атомів Карбону і Силіцію свідчать, щонеметалічні елементи IV групи головної підгрупи мають однаковубудову зовнішнього енергетичного рівня і кількість електронів наньому дорівнює половині електронів зовнішнього завершеноговосьмиелектронного енергетичного рівня.

Напишіть електронні й графічні електронні формули неметаліч�них елементів V групи головної підгрупи Нітрогену й Фосфору.Зробіть висновок, що спільного та чим відрізняється будова елек�тронних оболонок їх атомів.

Сформулюйте загальний висновок про спільне та відмінне в бу�дові електронних оболонок атомів неметалічних елементів однієїпідгрупи.

Розгляньте будову електронної оболонки атома Гідрогену й дове�діть, що виявлена вами залежність справджується для цьогохімічного елемента.

Знання будови атомів і місця в періодичній системі неметаліч�них елементів дають змогу давати їх загальну характеристику іззазначенням групи, підгрупи, періоду, ряду, будови атома,формул летких водневих сполук, оксидів із найвищим ступенемокиснення.

� � � ��� � �

MGdz

.pp.

ua

24

Приклад 3. Характеристика неметалічного елемента за будо+вою атома й розміщенням у періодичній системі.

Хімічний елемент з протонним числом 52 — Телур Те — розта�шований у періодичній системі хімічних елементів у п’ятому періо�ді, сьомому ряді, VI групі, головній підгрупі.

Відносна атомна маса 128. Ядро атома має заряд +52 і складаєть�ся з 52 протонів і 76 нейтронів (128 – 52 = 76). Електронна оболонкаатома налічує 52 електрони, які розташовані на п’ятьох енергетичнихрівнях. На зовнішньому енергетичному рівні є 6 електронів, тому мак�симальна валентність Телуру 6, максимальний ступінь окиснення +6.Формула вищого оксиду — ТеО3. Оскільки Телур — аналог (так на�зивають елементи однієї підгрупи) Оксигену і Сульфуру, то це даєзмогу записати електронну конфігурацію зовнішнього енергетичногорівня як …5s2 5p4 і скласти його графічну електронну формулу:

...

5s 5p

З графічної електронної формули зовнішнього енергетичногорівня бачимо, що для його завершення не вистачає 2 електронів, то�му з Гідрогеном Телур утворює сполуку Н2Те.

Для тих, хто вивчає хімію на академічному рівні

Знання фізичного змісту протонного й нуклонногочисел, номера періоду й групи, у яких розташований не�металічний елемент, будови електронної оболонки атомадають можливість виконувати різноманітні завдання івправи. Розглянемо приклади.

Задача 1. Атом хімічного елемента має на 7 електро�нів більше, аніж йон Натрію. Назвіть елемент, складітьелектронні формули його атома та йона.

Р о з в’ я з а н н я1. Запишемо електронну формулу атома Натрію:

11Na 1s2 2s2 2p6 3s1

Оскільки його зовнішній енергетичний рівень міститьлише 1 електрон, то це металічний елемент, який у хімічнихреакціях віддає його й перетворюється на катіон Натрію:

Na0 – 1e � Na+

Розглянемо, які зміни сталися в будові електронноїоболонки атома Натрію:

11Na0 1s2 2s2 2p6 3s1

11Na+ 1s2 2s2 2p6

�

–1е�

���

MGdz

.pp.

ua

Як бачимо, кількість електронів у йоні Натрію дорів�нює 10.

2. Обчислимо, скільки електронів має шуканий не�металічний хімічний елемент:

10е + 7е = 17еТака кількість електронів входить до складу елек�

тронної оболонки атома Хлору.

3. Запишемо електронну формулу атома Хлору:

17Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

4. Запишемо електронну формулу йону Хлору.Оскільки на зовнішньому енергетичному рівні Хлор має7е, то після приєднання електрона 1е зовнішній енер�гетичний рівень утвореного йона набуде завершеної8�електронної конфігурації та негативного заряду:

Cl0 + 1e � Cl–

17Cl0 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

17Cl– 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Задача 2. Знаходження неметалічного елемента заположенням у періодичній системі.

Назвіть неметалічний елемент, якщо відомо, що вінзнаходиться в четвертому періоді періодичної системи,утворює летку сполуку з Гідрогеном, а його вищий оксидвідповідає загальній формулі Е2О5.

Р о з в’ я з а н н яВищі оксиди із загальною формулою Е2О5 утворюють

елементи V групи. У четвертому періоді розташовані дваелементи цієї групи — Ванадій і Арсен. Ванадій — еле�мент побічної підгрупи, а побічні підгрупи утворені лишез металічних елементів, у яких леткі сполуки з Гідрогеномвідсутні. Отже, шуканий хімічний елемент — Арсен.

25

+1е

Запитання і завдання для самоконтролю знань

1. За державними вимогами до засвоєння знань випускникиосновної школи мають знати символи й назви не менше 20 хімічнихелементів. Спробуйте по пам’яті відтворити якомога більше симво�лів і назв неметалічних елементів.

� ��

�

� �

�

MGdz

.pp.

ua

2. Поясніть відмінність і подібність будови атомів неметалічнихелементів однієї підгрупи: а) Оксигену і Сульфуру; б) Нітрогену іФосфору; в) Карбону і Силіцію.

3. Поясніть відмінність і подібність будови атомів неметалічнихелементів одного періоду: а) Гідрогену і Гелію; б) Карбону і Флуору;в) Сульфуру і Хлору.

4. Про який неметалічний елемент ідеться: розташований утретьому періоді, на зовнішньому енергетичному рівні має 5 електронів?

5. Укажіть хімічні елементи, що мають однакову будову зовніш�нього енергетичного рівня: B, N, Ne, P, Аr.

6*. Загальна формула кислоти Н2ЕО4. Електронна оболонка атомакислототвірного елемента має три енергетичні рівні. Назвіть хімічнийелемент і складіть формулу оксиду, що відповідає цій кислоті.

Назви і формули неметалів. Прості речовини, утворені атома�ми неметалічних елементів, мають загальну назву неметали. Засучасною українською хімічною номенклатурою назви неметалівпишуть з малої літери. Вони не завжди збігаються з назвами відпо�відних їм неметалічних елементів. Молекули неметалів можутьскладатися з різної кількості атомів. Дізнайтеся про це більше,опрацювавши таблицю 2.

Таблиця 2Назви неметалічних елементів і неметалів за сучасною

українською хімічною номенклатурою

26

Хімічний елемент Проста речовина Хімічний

елемент Проста речовина

Назва Сим%вол Назва Формула Назва Сим%

вол Назва Формула

Гідроген Н водень Н2 Бром Br бром Br2

Нітроген N азот N2 Йод I йод I2

Оксиген O кисеньозон

O2O3

Карбон Cвуглець(графіт,алмаз,карбін)

С

Флуор F фтор F2 Силіцій Si силіцій Si

Хлор Cl хлор Cl2 Сульфур S сірка S

§ 4. Прості речовини неметали. Явище алотропії

MGdz

.pp.

ua

Алотропія. Ви, напевно, звернули увагу, що для Оксигену втаблиці 2 зазначено не одну, а дві прості речовини, а для Карбону —три. Таке явище дістало назву алотропія, а речовини — алотропнівидозміни.

Алотропні видозміни Оксигену. Кисень і озон відомі вам з уро�ків природознавства та хімії в основній школі. Порівняємо склад івластивості цих простих речовин (табл. 3).

Таблиця 3Склад і властивості кисню й озону

Вища, аніж у кисню, хімічна активність озону проявляється втому, що деякі речовини (наприклад, фосфор, етанол) в озоні само�займаються, каучук з еластичного стає крихким, кольорові барвни�ки знебарвлюються. Причиною є те, що молекули озону нестійкі йлегко розкладаються:

2О3 = 3О2

27

Алотропія — явище існування одного й того самогохімічного елемента у вигляді кількох простих

речовин, що відрізняються між собою будовою та властивостями. Алотропні видозміни —

це прості речовини, утворені одним хімічним елементом.

№ Ознаки порівнянняПрості речовини

Кисень Озон

1 Формула О2 О3

2 Будова молекулярна молекулярна

3 Відносна молеку�лярна маса

32 48

4 Агрегатний стан газуватий газуватий

5 Відносна густина за повітрям

1,1 1,65

6 Запах без запаху запах свіжості

7 Колір за нормаль�них умов безбарвний блакитний

8 Розчинність у воді(н. ц.)

розчиняється погано

розчиняється в 10 разів краще за кисень

9 Хімічна активність висока дуже високаMGdz

.pp.

ua

Однак спочатку з однієї молекули озону утворюється однамолекула кисню та атомарний Оксиген. Він енергійніше реагує зречовинами, аніж кисень, чим пояснюється більша, порівняноз киснем, хімічна активність озону.

Як бачимо, незважаючи на те, що кисень та озон утворені ато�мами одного й того самого хімічного елемента, — це дві різні простіречовини.

Кисень — досить поширена в природі речовина. Достатньо при�гадати, що повітря на 1/5 складається з нього. Ця алотропна видо�зміна Оксигену відіграє важливу роль у процесах дихання, горіння,обміну речовин та енергії, виробництві металів тощо.

Порівняно з киснем озону в природі значно менше. Якщо уяв�но стиснути під атмосферним тиском і рівномірно розташуватинавколо Землі кисень, що є в атмосфері, та озон з озонового шарунашої планети, то товщина кисневого шару дорівнювала б майже8 км, тоді як озонового — лише 3 мм. Невеликі порції озону утво�рюються з кисню повітря під час грози, у результаті окисненняречовин смоли хвойних дерев. Тому повітря після грози та у хвой�ному лісі має особливий запах свіжості.

Озоновий шар і його значення. Унікальний озоновий шар зна�ходиться від поверхні Землі на висоті приблизно від 20 до 40 км.Походження цього шару пов’язане з тим, що у верхніх шарахатмосфери під впливом ультрафіолетового випромінювання Сонцякисень перетворюється на озон:

3О2 = 2О3

Цю реакцію нескладно провес�ти і в лабораторних умовах у при�ладі, зображеному на рисунку 5.

Завдяки наявності озоновогошару поглинаються промені, небез�печні для здоров’я людини й усьогоживого. Тобто алотропна видозмі�на Оксигену озон стає своєріднимфільтром, що затримує ультрафіо�летове й електромагнітне випромі�нювання Сонця.

28

Наявність в Оксигену алотропних видозмін кисню та озону зумовлена різною

кількістю атомів у молекулі.

Рис. 5. Озонатор — приладдля добування озону

О3

О2

+

–

MGdz

.pp.

ua

Нині на товщину озонового шару негативно впливає господар�ська діяльність людини. Зважаючи на це, у науці з’явилася гіпотезапро руйнування озонового шару, суть якої полягає в тому, що черезвикиди в атмосферу шкідливих речовин, зокрема фреону — орга�нічної сполуки, що міститься в аерозольних упаковках, охолоджу�вальних системах холодильників тощо, озоновий шар тоншає,у ньому утворюються так звані озонові дірки. Як наслідок — захис�на дія шару погіршується.

Уперше виявивши в 1985 р. озонову дірку великих розмірів надАнтарктидою, учені забили на сполох. У 1987 р. з метою збережен�ня озонового шару шляхом зняття з виробництва речовин, що йогоруйнують, був прийнятий Монреальський протокол, до якого при�єднався й СРСР. У 1991 р. Україна підтвердила свою правонаступ�ність цьому рішенню.

Алотропні видозміни Карбону. Поширеними природнимиалотропними видозмінами Карбону є алмаз (рис. 6а) і графіт(рис. 7а). Ці речовини відрізняються між собою розміщенням ато�мів у вузлах кристалічних ґраток.

В алмазі щодо будь�якого атома Карбону чотири сусідніх атомирозташовані в кутах правильного тетраедра (рис. 6б). Завдякитакому розташуванню атомів Карбону всі зв’язки рівноцінні, а від�стані між атомами — однакові. Така будова кристалічної ґраткиалмазу забезпечує його високу твердість, він є найтвердішою

29

а б

Озон — це природний надійний захисник усього живогона нашій планеті від згубної дії шкідливого

сонячного випромінювання.

Рис. 6. Алмаз (а) і модель його кристалічної ґратки (б)

MGdz

.pp.

ua

природною речовиною. Алмаз прозорий, безбарвний, не проводитьелектричного струму, дуже добре заломлює світло. Алмази вико�ристовують для різання скла, буріння гірських порід (алмазні різці,свердла, шліфувальні круги), для різання і шліфування металів.Спеціально оброблений алмаз називають діамантом, він високоцінується серед ювелірних прикрас.

У кристалічній ґратці графіту атоми Карбону розташованіокремими шарами. У межах одного шару атоми Карбону об’єднанів шестиатомні кільця (рис. 7б).

Рис. 7. Графіт і вироби з нього (а), модель кристалічної ґратки графіту (б)

Зв’язки в межах одного шару набагато сильніші, аніж з атомамисусіднього шару, до того ж відстань між шарами майже в 2,5 разабільша порівняно з відстанями між атомами в межах одного шару.Завдяки такій будові кристалічної ґратки графіт легко розщеплю�ється на лусочки й при незначному натисканні на олівець графіто�вий стержень залишає напис.

Графіт непрозорий, сірого кольору, з металічним блиском, мас�ний на дотик і досить м’який. На відміну від алмазу він проводитьелектричний струм і тепло. Як м’яку речовину, графітовий порошоквикористовують для змащування рухомих частин машин і механіз�мів, щоб зменшити силу тертя. Завдяки електропровідності йоговикористовують у хімічній промисловості як матеріал для електро�дів, а завдяки теплопровідності — у теплообмінниках.

Отже, через різну будову кристалічних ґраток алмаз і графітпроявляють відмінні фізичні властивості.

30

б

Наявність у Карбону алотропних видозмін графіту й алмазу зумовлена різним розташуванням атомів

у кристалічних ґратках.

а

MGdz

.pp.

ua

У природі вільний Карбон трапляється здебільшого у виглядіграфіту й дуже рідко — у вигляді окремих кристалів алмазу. Ниніналагоджено промислове виробництво синтетичних алмазів.У м. Києві функціонує Інститут надтвердих матеріалів іменіВ. М. Бакуля. Вчені цього інституту в 1961 р. вперше здійснилисинтез штучних алмазів із графіту. Пріоритетними розробкамиінституту є одержання великих за розмірами монокристалівсинтетичних алмазів, шліфувальних порошків із синтетичнихалмазів, надтвердих матеріалів для виготовлення надміцнихінструментів, які використовують при різанні та бурінні тощо.Інструменти, виготовлені зі штучних алмазів, не поступаютьсявиготовленим із природних алмазів, проте вони набагато де�шевші.

Так званий аморфний вуглець (сажа, деревне вугілля) не нале�жить до самостійних алотропних видозмін Карбону, а є дуже дріб�ними різнозорієнтованими кристаликами графіту.

Ще одну алотропну видозміну Карбону карбін спочатку добу�ли синтетичним способом, а потім виявили в природі у виглядіпрожилок і вкраплень у графіті. Атоми Карбону в карбіні сполуче�ні в прямолінійні карбон�карбонові ланцюги =С=С=С= або–С�С–С�С–, розташовані паралельно один до одного.

Карбін має напівпровідникові властивості, які посилюються піддією світла. На цій властивості базується його практичне застосу�вання у фотоелементах.

Загальні фізичні властивості не%металів. За нормальних умов неме�тали водень Н2, фтор F2, хлор Cl2,кисень O2, озон О3, азот N2 та інертнігази (гелій He, неон Ne, аргон Ar,криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn) пе�ребувають у газоподібному агрегатно�му стані, бром Вr2 — рідина, а рештанеметалів — тверді речовини.

Неметали відрізняються за кольо�ром. Так, водень, кисень, азот — безбарв�ні гази; фтор — блідо�жовтий, а хлор —жовто�зелений отруйний газ з різкимспецифічним запахом; бром — темно�червона рідина, жовто�бурі пари якоїмають різкий, подразливий запах, а припотраплянні на шкіру викликаютьсильні опіки. Фосфор червоний — твер�да речовина червоного кольору, фосфор

31

Інститут надтвердихматеріалів

імені В. М. Бакуля НАН України

MGdz

.pp.

ua

білий — тверда речовина білого кольору. Сірка — тверда речовинажовтого кольору. Йод — тверда чорно�фіолетова речовина з мета�лічним блиском (рис. 8).

Рис. 8. Зразки неметалів: а) хлор; б) фосфор; в) бром; г) йод

Оскільки неметали мають різні агрегатні стани, то й температу�ри їх плавлення та кипіння перебувають у широких межах. Газопо�дібні неметали (водень, кисень, азот) за нормальних умов киплятьпри низьких температурах (майже –200 °С). Тверда речовина йодпри нагріванні сублімується — відразу переходить із твердогостану в газоподібний. Для того щоб розплавити сірку, достатньотемператури спиртівки чи сухого пального, тоді як одна з алотроп�них видозмін Карбону — алмаз — має температуру плавлення по�над +3000 °С.

Більшість неметалів не проводять електричний струм, тобто єдіелектриками. Кремній — напівпровідник, а графіт — провідникелектричного струму. Неметали погано проводять тепло, крихкі,розчинність у воді не є їхньою характерною загальною властивістю.Проте багато з них добре розчинні в органічних розчинниках. Най�кращу розчинність у воді мають галогени. Розчин брому у воді ві�домий вам під назвою бромна вода.

Чимало газоподібних неметалів легші за повітря.

32

а б

в г

MGdz

.pp.

ua

33

Обчисліть густину за повітрям гелію та хлору. Яка кулька — на�повнена за однакових умов гелієм чи хлором — стрімко підніма�тиметься вгору?

Водень і аргон змішали в рівних об’ємах й утвореною сумішшюзаповнили гумову кульку. Чи буде така кулька підніматися достелі? Відповідь підтвердіть розрахунками.

Для ознайомлення з окремими фізичними властивостями де�яких неметалів виконайте лабораторний дослід 1.

Досліджуємо речовини та їх властивості

Лабораторний дослід 1. Ознайомлення із зразкамипростих речовин неметалів.

Завдання 1. Ознайомтеся із зовнішнім виглядом, ко�льором, агрегатним станом, розчинністю у воді виданихвам зразків неметалів.

Завдання 2. Температуру плавлення та кипіння цихнеметалів з’ясуйте за довідковою літературою.

Результати виконання завдань оформіть у робочихзошитах у вигляді таблиці.

Для тих, хто вивчає хімію на академічному рівні

Окрім Оксигену й Карбону, алотропні видозміни ма�ють й інші неметалічні хімічні елементи, зокрема Фос�фор і Сульфур.

Алотропні видозміни Фосфору. Серед алотропнихвидозмін Фосфору найбільш поширені: білий фосфор(молекулярна будова кристалічної ґратки), червоний ічорний фосфор (атомна будова кристалічної ґратки). Усівони — тверді речовини з кольором, зазначеним у назві.Змінюючи температуру, одну алотропну видозміну Фос�фору можна за кілька годин перетворити на іншу.

Білий фосфор — безбарвна, з часниковим запахом,воскоподібна речовина, що світиться в темряві, дужеотруйна, самозаймається на повітрі при температурі+50 °С. Унаслідок високої хімічної активності його збері�гають під водою і по можливості в темряві.

MGdz

.pp.

ua

Червоний фосфор (рис. 8б) порівняно з білим стійкі�ший до нагрівання, без запаху, менш реакційно здатний інеотруйний. Його використовують у виробництві сірни�ків (входить до складу намазки сірникової коробки). Пришвидкому проведенні головкою сірника по намазці фос�фор окиснюється наявною в головці речовиною калійхлоратом KClO3. Від цього інша речовина головки — сір�ка — загорається й підпалює дерев’яну частину сірника.

Чорний фосфор має подібну з графітом будову і про�водить електричний струм.

Алотропні видозміни Сульфуру. Природною ало�тропною видозміною Сульфуру є ромбічна сірка. Це ли�монно�жовта, крихка, кристалічна речовина без запаху,нерозчинна у воді. Назва пов’язана з тим, що її кристалимають форму октаедра зі зрізаними кутами (рис. 9а).

Рис. 9. Алотропні видозміни Сульфуру: ромбічна (а), моноклінна (б) і пластична (в) сірка

Молекула такої сірки складається з 8 атомів Сульфуру(у рівняннях реакцій послуговуються записом одногоатома S).

При температурі +119,5 °С ромбічна сірка плавитьсяй перетворюється на моноклінну сірку — майже білікристалічні пластинки (рис. 9б). Ця алотропна видозмі�на Сульфуру нестійка і вже при температурі +95,6 °Сзнову перетворюється на ромбічну сірку.

Якщо доведену до кипіння сірку (температуракипіння +444,6 °С) вилити в холодну воду, то під впли�вом різкого перепаду температур вона перетвориться на

34

б

а

в

MGdz

.pp.

ua

пластичну сірку (рис. 9в). Пластична сірка має жовто�коричневий колір, ріжеться ножем, гумоподібна й елас�тична (витягується в нитки). На повітрі вона за кількаднів знову стає ромбічною сіркою.

До досягнень сучасної хімії належить створеннякластерних частинок. Кластер у хімії — це складне об’єд�нання атомів чи молекул, яке є самостійною частинкою йнаділене певними властивостями. Кластерні частинки з60–70 атомів Карбону дістали назву фулерени і вуглецевінанотрубки (рис. 10). З їх відкриттям набули стрімкогорозвитку нанотехнології.

Рис. 10. Моделі фулеренів (а, б, в) і вуглецеві нанотрубки (г)

35

Запитання і завдання для самоконтролю знань

1. Напишіть формули неметалів, для яких назва неметалічногоелемента збігається з назвою простої речовини.

2. Чого більше в природі — неметалічних елементів чи неметалів?Відповідь обґрунтуйте.

3. Розташуйте неметали кисень, азот, фтор у порядку зростаннякількості спільних електронних пар у молекулах. Відповідь підтвер�діть записом електронних формул речовин.

4. Де більше молекул: у порції йоду масою 25,4 г чи в порції хло�ру об’ємом 11,2 л (н. у.)?

5*. Складіть і заповніть порівняльні таблиці алотропних видозмін:а) Сульфуру; б) Фосфору.

6*. Здійсніть пошукову групову діяльність, у якій з’ясуйте сут�ність і перспективи впровадження нанотехнологій, підготуйтеся допрезентації її результатів.

а вб

г

MGdz

.pp.

ua

Основні хімічні властивості неметалів. Неметали, за виняткомінертних (благородних) газів, є досить хімічно активними прости�ми речовинами, що взаємодіють із металами, іншими неметалами,а деякі також зі складними речовинами (наприклад, горіння та хло�рування метану СН4, горіння етанолу С2Н5ОН).

Маючи на зовнішньому енергетичному рівні половину й більшеполовини електронів, аніж їх міститься на завершеному зовніш�ньому енергетичному рівні, атомам неметалічних елементів енерге�тично вигідніше приєднувати, а не віддавати електрони. Тому вреакціях із металами атоми неметалічних елементів приєднуютьелектрони, а в реакціях з неметалами утворюють спільні електрон�ні пари. Дізнатися, до атома якого з двох неметалічних елементівзміщуються спільні електронні пари в молекулі, допомагає ряделектронегативності:

F, O, N, Cl, Br, I, S, C, Se, H, P, As, B, SiЕлектронегативність зменшується

Варто також пригадати, як змінюються неметалічні властивостіелементів, розташованих в одному періоді й одній підгрупі.

Розглянемо конкретні приклади хімічних властивостей неме�талів.

1. Взаємодія неметалів з металами:2Mg + O2 = 2MgO (магній оксид) 6Li + N2 = 2Li3N (літій нітрид)2Аl + 3Cl2 = 2АlCl3 (алюміній хлорид)Ca + H2 = CaH2 (кальцій гідрид)Fe + S = FeS (ферум(ІІ) сульфід)

36

У межах одного періоду зі збільшенням порядкового номера неметалічні властивості хімічних елементів

та їх сполук посилюються.

У межах однієї підгрупи зі збільшенням порядкового номера неметалічні властивості хімічних елементів

та їх сполук послаблюються.

§ 5. Основні хімічні властивості та застосування неметалів. Поширення неметалічних елементів у природі

MGdz

.pp.

ua

З’ясуємо, чи належить рівняння реакції магнію з киснем доокисно�відновних:

0 0 +2 –22Mg + O2 = 2MgO

Відбулася зміна ступенів окиснення Магнію та Оксигену. От�же, це окисно�відновна реакція. Напишемо її електронний баланс,визначимо окисник і відновник:

0 +2Mg — 2е � Mg 2 2 відновник, окиснення0 –2 4 O2 + 4е � 2О 4 1 окисник, відновлення

А як змінилася будова електронних оболонок атомів Магнію таОксигену в утвореній сполуці?

0 0 12Mg 1s2 2s2 2p6 3s2

8О 1s2 2s2 2p4

+2 –2

12Mg 1s2 2s2 2p68О 1s2 2s2 2p6

Як бачимо, в обох випадках зовнішні енергетичні рівні набулизавершеної конфігурації: Магнію — за рахунок віддавання 2 елек�тронів, в Оксигену — за рахунок приєднання 2 електронів.

Окисно�відновні процеси в інших наведених рівняннях взаємодіїнеметалів із металами розгляньте самостійно.

2. Взаємодія неметалів із неметалами. За певних умов неме�тали взаємодіють між собою, утворюючи сполуки з ковалентнимхімічним зв’язком, які називають за зазначеними вище правиламиноменклатури.

37

–2е +2е

У всіх випадках утворилися бінарні сполуки, формули таназви яких складають за такими загальними правилами:

• зазвичай першим пишуть символ менш електронегативногоелемента (з позитивним ступенем окиснення), а після нього —більш електронегативного (з негативним ступенем окиснення);

• першим зазначають у називному відмінку менш електроне�гативний елемент (елемент з позитивним ступенем окиснення);

• якщо елемент проявляє змінну валентність, її зазначаютьу назві римською цифрою;

• другою зазначають у називному відмінку назву або частинуназви більш електронегативного елемента (з негативним ступенемокиснення), тобто неметалічного, додаючи при цьому суфікси +идабо +ід.

+ �

�

�

MGdz

.pp.

ua

Взаємодія неметалів з киснем: (2.1)C + О2 = CO2 (карбон(ІV) оксид)

0 0 +4 –2С + О2 = СО2

0 +4С — 4е � С відновник, окиснення0 –2О2 + 4е � 2О окисник, відновлення

До реакції атоми Карбону й Оксигену входять до складупростих речовин зі ступенями окиснення 0. В утвореному оксидіменш електронегативний Карбон має ступінь окиснення +4, тоді яку більш енергонегативного Оксигену він дорівнює –2.

СО2 — сполука двох неметалічних елементів. Їм властива за�гальна тенденція атомів неметалічних елементів утримувати влас�ні електрони та зміщувати до себе електрони менш електронегатив�них елементів. Тому жоден з атомів не віддає електрони, натомістьутворюються спільні електронні пари, зміщені до атомів більшелектронегативного елемента Оксигену:

О + С + О = О С О

Це можна передати структурною формулою О=С=О.

Розгляньте окисно�відновні процеси й утворення хімічного зв’яз�ку на прикладі рівняння 2Н2 + О2 = 2Н2О, зазначте окисник і віднов�ник.

Окрім оксидів, найактивніші метали, а також Гідроген утворю�ють пероксиди (наприклад, Na2O2, K2O2, BaO2, Н2O2).

Кислотний характер солетвірних оксидів неметалічних еле%ментів. Усі солетвірні оксиди неметалічних елементів — кислотні.На підтвердження цього виконаємо демонстраційний дослід зі спа�люванням сірки й доведемо кислотний характер утвореного окси�ду. (Увага! Дослід виконується у витяжній шафі). Наповнимо ме�талеву ложечку для спалювання речовин на 1/3 сіркою і нагріємо їїв полум’ї нагрівального приладу. Спочатку сірка плавиться, а зго�дом починає горіти синюватим полум’ям (рис. 11а). Після цього

38

Продуктами взаємодії неметалів із киснем здебільшого є бінарні сполуки з ковалентним полярним хімічним

зв’язком — оксиди. Оксиген у них має ступінь окиснення –2.

. . . . . .. .. . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . .

�

�

MGdz

.pp.

ua

внесемо ложечку в колбу з киснем і щільно закриємо пробкою.У кисні горіння стає набагато яскравішим (рис. 11б).

Поясніть, чому горіння сірки в кисні яскравіше, аніж на повітрі.

Після повного припинення горіння виймемо ложечку для спа�лювання з колби, а стінки колби ополоснемо 3–4 мл дистильованоїводи. Одержаний безбарвний прозорий розчин віділлємо в пробір�ку й випробуємо індикатором, наприклад метиловим оранжевим.Розчин набуває властивого кислому середовищу рожевого забарв�лення. Повторимо дослід, але вже з фенолфталеїном. Після дода�вання до розчину кількох крапель цього чутливого на лужнесередовище індикатора поява малинового забарвлення не спосте�рігається. Отже, продуктом взаємодії води з утвореною внаслідокспалювання сірки речовиною є кислота. Запишемо рівнянняздійснених реакцій:

S + O2 = SO2 (сульфур(ІV) оксид)SO2 + H2O = H2SO3 (сульфітна кислота)

З наведених рівнянь бачимо, що продуктом горіння сірки є кис�лотний оксид SO2, який з водою утворює сульфітну кислотуH2SO3.

Визначте, чи належить реакція сульфур(ІV) оксиду з водою доокисно�відновних.

Взаємодія неметалів із воднем: (2.2)Н2 + Сl2 = 2НСl (гідроген хлорид, або хлороводень)Н2 + S = Н2S (гідроген сульфід, або сірководень)

При взаємодії більшості неметалів із воднем утворюються бі�нарні сполуки з ковалентним полярним хімічним зв’язком. Підтвер�димо це на прикладі сірководню. В атома Сульфуру до завершеннязовнішнього енергетичного рівня не вистачає двох електронів, а ватома Гідрогену — одного. За рахунок утворення Сульфуром двох

39

Рис. 11. Горіння сірки на повітрі (а) і в кисні (б)

а б

MGdz

.pp.

ua

спільних електронних пар із двома атомами Гідрогену зовнішнійенергетичний рівень електронної оболонки атома Сульфуру стає за�вершеним. Оскільки Сульфур більш електронегативний, то спільніелектронні пари зміщуються в бік його атома і зв’язок, що утворив�ся, є ковалентним полярним:

Н + S + Н = Н S Н

Унаслідок реакції ступені окиснення атомів зазнали змін:

0 0 +1 –2Н2 + S = Н2S

Гідроген і Сульфур не належать ні до одного періоду, ні до од�нієї підгрупи. Тому, щоб з’ясувати, який із неметалів окисник,а який відновник, скористаємося рядом електронегативності.З нього дізнаємося, що Гідроген менш електронегативний, аніжСульфур, і в електронному балансі потрібно показати віддаванняелектронів Гідрогеном, а приєднання Сульфуром:

0 +1Н2 — 2е � 2Н відновник, окиснення

0 –2S + 2е � S окисник, відновлення

До яких типів хімічних реакцій, крім окисно�відновних, на вашудумку, належать реакції металів із неметалами, неметалів із воднем?

Взаємодія неметалів з іншими неметалами. (2.3)Окрім взаємодії з киснем і воднем, неметали взаємодіють також

з іншими неметалами, наприклад: С + 2S = CS2 (карбон(IV) сульфід)Si + 2Cl2 = SiCl4 (силіцій(IV) хлорид)

Користуючись рядом електронегативності, визначте ступені окис�нення елементів у карбон(IV) сульфіді та силіцій(IV) хлориді.

40

Взаємодія неметалів із воднем належить до окисно�відновних реакцій. Утворюються леткі

(газуваті чи рідини) бінарні сполуки.

. . . . . .. . . . . .. . . .

�

�

Продуктами взаємодії двох неметалів є речовини з різним агрегатним станом, що мають ковалентний тип

хімічного зв’язку, спільні електронні пари якого зміщуються до атома більш електронегативного

неметалічного елемента.

MGdz

.pp.

ua

Поширення неметалів у природі. Неметали більш поширені вприроді, аніж метали. До складу повітря входять: азот, кисень,інертні гази. Сірка утворює поклади самородної сірки. Родовищасамородної сірки в Передкарпатті — одні з найбільших у світі.Існують родовища графіту, дуже рідко трапляються алмази. Про�мисловим родовищем графіту в Україні є Заваллівське родовище,сировину якого використовує Маріупольський графітовий ком�бінат. У декількох регіонах України виявлені поклади порід, якіможуть містити алмази (зокрема, у Житомирській області, на Во�лині), проте промислові родовища поки що не відкриті. Значнобільше атомів неметалічних елементів утворюють різноманітніскладні речовини, серед яких домінують оксиди, солі.

Пригадайте з географії та хімії 8 класу поширення оксидіві солей у природі.

Застосування неметалів. Застосування алотропних видозмінОксигену й Карбону ми вже розглянули в попередньому параграфі.Інші неметали також мають різноманітне застосування. Ознайоми�тися з ним допоможе рисунок 12 (див. с. 42).

На рисунку 12 в описі застосування вуглецю подано новий длявас термін — адсорбція. Адсорбція — це здатність деяких речовин(адсорбентів), зокрема вуглецю, утримувати на своїй поверхні час�тинки газу або розчиненої речовини. При цьому адсорбент не змі�нюється, а лише утримує своєю пористою поверхнею газ чи рідину.Щоб повернути адсорбенту здатність до адсорбції та вилучити ад�сорбовану речовину, достатньо нагрівання.

На адсорбційній здатності вуглецю базується його використанняв медицині з лікувальною метою — це пігулки або капсули активова�ного вугілля. Їх застосовують внутрішньо при отруєнні.

Українському вченому доктору хімічних наук, професору,члену�кореспонденту НАН України Картелю Миколі Тимофійови+чу належить створення адсорбентів медичного призначення, зокре�ма вуглецевих гемосорбентів, сумісних із кров’ю.

В адсорбційній здатності вугілля можна переконатися, провівшитакий демонстраційний дослід (рис. 13). У циліндр, наповнений

41

Адсорбція — здатність одних речовин утримувати на своїй поверхні частинки інших речовин.

Регенерація — повернення адсорбенту (наприклад, вугіллю) здатності адсорбувати речовини.

MGdz

.pp.

ua

42

Застосування неметалів

Рис. 12. Застосування неметалів

Водень

виробництво амоніаку, хлоридноїкислоти, метанолу, перетвореннярідких жирів на тверді, зварюван�ня та різання тугоплавких мета�лів, відновлення металів з руд

Сірка

одержання сульфатної кисло�ти, виготовлення гуми з каучу�ку, виробництво сірників і чор�ного пороху, виготовленнялікарських препаратів

Бор

складова нейтронопоглинаючихматеріалів ядерних реакторів,захист поверхонь сталевих виро�бів від корозії, у напівпровідни�ковій техніці, виготовленняперетворювачів теплової енергіїв електричну

Азот

газуватий — для виробництваамоніаку, створення інертногосередовища при зварюванніметалів, у вакуумних установ�ках, електричних лампах; рід кий — як холодоагент у моро�зильних установках, медицині

Фосфор

білий — для виробництва черво�ного фосфору; червоний — длявиробництва сірників

Силіцій (кремній)

в електроніці й електротехніцідля виготовлення схем, діодів,транзисторів, фотоелементів,виготовлення сплавів

Хлор

виробництво хлоридної кислоти, багатьох органічних розчинників, ліків, мономерівдля виробництва пластмас,відбілювачів; як дезінфікую�чий засіб

Вуглець

графіт — ливарне, металургій�не, радiотехнiчне виробництво;виготовлення акумуляторів;адсорбція; у нафтогазодобувнійпромисловості для проведеннябурових робіт; виготовленняантикорозійних покриттів; різ�них змазок, що зменшують силу тертя; алмаз — виго�товлення інструментів длябуріння й різання, абразивнийматеріал, ювелірні прикраси

MGdz

.pp.

ua

газуватим нітроген(ІV) оксидом і закритий пробкою (рис. 13а),помістити шматочки деревного вугілля або подрібнені пігулкиактивованого вугілля. Після кількаразового коливання циліндрабуре забарвлення нітроген(ІV) оксиду зникає (рис. 13б). Якщоциліндр підігріти, воно знову з’являється. Подібний дослід можнапровести з розчином чорнила.

Адсорбційну здатність вуглецю використав М. Д. Зелінський увинайденому ним у 1915 р. вугільному протигазі — засобі індиві�дуального захисту органів дихання, обличчя й очей людини від діїшкідливих речовин, що знаходяться в атмосфері. У 1916 р. було на�лагоджено промисловий випуск винайденого вченим протигаза, цеврятувало життя сотень тисяч солдатів під час Першої світовоївійни. Удосконалений протигаз застосовується й нині (рис. 14).

Зелінський Микола Дмитрович(1861–1953) — видатний учений україн+ського походження, академік. Середню осві+ту здобув у Рішельєвській гімназії (м. Одеса),вищу — у Новоросійському університеті(м. Одеса). Після закінчення університетупрацював викладачем.

Наукові дослідження вченого сто+суються амінокислот і білків, складунафти й продуктів її переробки, каталі+заторів для реакцій органічних сполук.Його внесок у науку відзначено трьомаДержавними преміями СРСР та іншимивисокими нагородами.

43

Микола Зелінський

Рис. 13. Адсорбціянітроген(ІV) оксиду

вуглецем

Рис. 14. Протигаз: 1— коробка з адсорбентом;

2 — гумовий шолом

1

2

а б

MGdz

.pp.

ua

Для тих, хто вивчає хімію на академічному рівні

Особливості будови атомів неметалічних елементів,що зумовлюють хімічні властивості неметалів. З вивче�ного в основній школі ви знаєте, що вища валентністьатомів хімічних елементів дорівнює номеру групи, протеіснують винятки.

Зверніться до наведених у § 3 графічних електроннихформул неметалічних елементів, і ви побачите, що, крімГідрогену, у всіх інших неметалічних елементів кількістьнеспарених електронів на зовнішньому енергетичномурівні менша за номер групи. Як відомо, валентністьдорівнює кількості неспарених електронів. Тоді чомумаксимальна валентність і вищий ступінь окисненняатомів багатьох неметалічних елементів збігаються зномером групи? Причину цього з’ясуємо на прикладіОксигену й Сульфуру — неметалічних елементів VІ гру�пи головної підгрупи періодичної системи хімічних еле�ментів.

Обидва елементи на зовнішньому енергетичному рів�ні мають по 6 електронів:

8O 1s2 2s2 2p4

16S 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

І все ж Оксиген не буває шестивалентним, тоді як уСульфуру існують сполуки з валентністю 6 і вищим сту�пенем окиснення +6. Чим це пояснити? Звернемося дографічних електронних формул атомів цих елементів:

8O 1s2 2s2 2p4

1s 2s 2p

16S 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 3d0

1s 2s 2p 3s 3p 3d

Виходячи з графічних електронних формул атомівОксигену й Сульфуру, робимо висновок, що в Оксиге�ну відсутні вільні енергетичні комірки й атом не можеперейти в збуджений стан та мати більше двох неспа�

44

�� � �

�� �

� � � � � �

�

MGdz

.pp.

ua

рених (валентних) електронів, тоді як для Сульфуру цереально, тому що наявність вільних комірок на d�підрів�ні третього енергетичного рівня надає можливість спаре�ним електронам стати неспареними:

16S* 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 3d1

1s 2s 2p 3s 3p 3d

16S** 1s2 2s2 2p6 3s1 3p3 3d2

1s 2s 2p 3s 3p 3d

У такий спосіб атом Сульфуру розширює свої ва�лентні можливості.

Особливості будови атомів неметалічних елементів,що зумовлюють утворення хімічних зв’язків, і хімічнівластивості неметалів як простих речовин дають змогузробити такі висновки:

• усі валентні електрони в атомах неметалічних еле�ментів розташовані на зовнішньому енергетичному рівні,який містить половину, а то й більше половини електро�нів, аніж завершений енергетичний рівень (електроннийшар);

• атоми неметалічних елементів можуть переходитив збуджений стан, якщо мають на зовнішньому енерге�тичному рівні вільні енергетичні комірки, збільшуючицим самим кількість неспарених електронів. Тоді вищавалентність і максимальний ступінь окиснення атома не�металічного елемента збігається з номером групи;

• у хімічних реакціях атоми неметалічних еле�ментів досягають завершеності зовнішнього енерге�тичного рівня приєднанням електронів або утворен�ням спільних електронних пар. Яким саме способомце відбувається, залежить від будови електроннихоболонок атомів реагентів.

45

� � �

� � �� �

� � �

�� � � �

� �� � �

MGdz

.pp.

ua

Запитання і завдання для самоконтролю знань

1. Дайте характеристику основних хімічних властивостей неме�талів і наведіть приклади рівнянь реакцій. Розгляньте окисно�від�новні процеси, що відбуваються в наведених вами прикладах.

2. Напишіть хімічні рівняння взаємодії:а) силіцію з киснем; б) силіцію з воднем; в) цинку з хлором;

г) фосфору з хлором. Назвіть утворені сполуки. 3. Обчисліть об’єм гідроген сульфіду, який утвориться з водню

об’ємом 44,8 л (н. у.) та достатньої кількості сірки.4. Ознайомтеся з рисунком 12. Поясніть, на яких фізичних і хі�

мічних властивостях неметалів ґрунтується практичне застосуваннякожного з них.

5*. Сполука Флуору з Оксигеном має формулу OF2. Користу�ючись рядом електронегативності, з’ясуйте, до якого з елементів змі�щуються спільні електронні пари. Поясніть, чому утворену сполукуне називають оксидом. Як би ви її назвали?

6.* Користуючись додатковою літературою та знаннями з хімії,фізики, біології й географії, підготуйте повідомлення про рольнеметалічних елементів у природі.

Як було з’ясовано в § 5, більшість неметалів вступають у реак�цію сполучення з воднем й утворюють бінарні сполуки Гідрогену(вони ще мають назву леткі водневі сполуки). Загальні формулилетких водневих сполук неметалічних елементів наведені в періо�дичній системі.

Утворення летких водневих сполук Хлору та Нітрогену. За�гальним способом добування летких водневих сполук є взаємодіяводню з відповідним неметалом:

H2 + Cl2 = 2HCl (гідроген хлорид, або хлороводень)N2 + 3H2= 2NH3 (гідроген нітрид, або амоніак, аміак)

Примітка: летку водневу сполуку Нітрогену традиційно про�довжують записувати NH3, хоча електронегативність Нітрогенузначно більша за електронегативність Гідрогену. Щодо назви, то їїскладають за загальним правилом — спершу називають менш елек�тронегативний Гідроген.

В обох випадках відбулися реакції сполучення. Виходячи зелектронної будови атомів Гідрогену, Хлору, Нітрогену, розгля�

46

§ 6. Леткі водневі сполуки неметалічних елементів

MGdz

.pp.

ua

немо електронні та структурні формули продуктів цих реакцій, алеспочатку запишемо електронні й графічні електронні формулиатомів:

1Н 1s1

1s

7N 1s2 2s2 2p3

1s 2s 2p

17Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

1s 2s 2p 3s 3p

Атому Хлору достатньо утворити одну спільну електронну па�ру з одним атомом Гідрогену, щоб зовнішній енергетичний рівеньобох атомів став завершеним:

Н + Сl = Н Сl

Атом Нітрогену за рахунок трьох неспарених електронів зов�нішнього енергетичного рівня утворює три спільні електронні париз трьома атомами Гідрогену. При цьому зовнішній енергетичнийрівень кожного з атомів стає завершеним:

N + H + H + H = Н N НН

У розглянутих сполуках тип зв’язку — ковалентний полярний.Спільні електронні пари зміщені у бік більш електронегативнихатомів Хлору та Нітрогену.

Виходячи з електронних формул, напишемо структурні:

Н—Сl та Н—N—Н

НОтже, Хлор у леткій водневій сполуці виявляє валентність 1,

Нітроген — 3.

47

Леткі водневі сполуки — це бінарні сполукиГідрогену з неметалічними елементами.

Атоми в їх молекулах сполучені ковалентними зв’язками.

� �

�

� � �

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .. . . . . . .. . .

—

�� �

� � � � � �

MGdz

.pp.

ua

Щойно були розглянуті електронна та структурна формули амо�ніаку. Напишіть електронні та структурні формули летких водне�вих сполук Карбону (метан), Оксигену (вода), Флуору (флуоро�водень). Зробіть висновок щодо зміни валентності неметалічнихелементів одного періоду в летких водневих сполуках.

Фізичні властивості летких водневих сполук. Бінарні сполукиГідрогену з неметалічними елементами дістали назву леткі водне-ві сполуки тому, що за звичайних умов мають газоподібний агре�гатний стан (хлороводень, амоніак, сірководень) або є рідинами зневисокими температурами кипіння, а тому легко переходять у га�зоподібний стан (вода).

Амоніак (гідроген нітрид) NH3 — газ без кольору, з різким за�пахом, токсичний. Короткочасне вдихання його в малих дозахдопомагає вивести людину зі стану непритомності. Дози, що пере�вищують гранично допустимі (у повітрі 0,04 мг/м3), викликаютьураження очей і набряк легень, ушкоджують нервову систему. Цегазоподібна речовина з найбільшою серед відомих газів розчинніс�тю у воді (при температурі +20 °С близько 700 л в 1 л води). Відо�мий у медичній практиці нашатирний спирт є водним розчиномамоніаку з масовою часткою розчиненої речовини 10 %.

Самостійно обчисліть, легший чи важчий амоніак за повітря,і зробіть висновок, догори чи вниз дном треба тримати пробіркупри заповненні її амоніаком.

В аптеках продається нашатирний спирт у скляному посуді тем�ного кольору місткістю 150 мл. Прийнявши густину нашатирногоспирту за 1 г/мл, обчисліть, який об’єм амоніаку витрачається наприготування розчину для одного такого флакона.

Хлороводень (гідроген хлорид) HCl — газ без кольору з різкимзапахом, подразливо діє на дихальні шляхи, «димить» на повітрічерез те, що з парами води, які завжди присутні в повітрі, утворюєдрібні краплі хлоридної кислоти. Як і амоніак, гідроген хлорид доб�ре розчиняється у воді (при температурі +20 °С приблизно 500 л в1 л води).

Самостійно обчисліть відносну густину хлороводню за повітрям.

Водні розчини хлороводню та амоніаку. Відома вам хлориднакислота є водним розчином хлороводню й виявляє всі загальнівластивості кислот, зокрема діє на індикатори: універсальний інди�каторний папірець, лакмус, метиловий оранжевий у ній набуваютьрожевого кольору.

48

MGdz

.pp.

ua

Щоб дізнатися, що собою являєрозчин амоніаку, виконаємо демон+страційний дослід. Добудемо амоніак замоній хлориду NH4Cl і кальцій гідро�ксиду Ca(OH)2. Обидві речовини вико�ристаємо у твердому стані. Зберемоприлад, зображений на рисунку 15,і помістимо в нього суміш реагентів.Пробірку закріпимо з невеликим нахи�лом у бік пробки й нагріємо. Вже принезначному прогріванні розпочинаєть�ся реакція з утворенням амоніаку, якийзаповнює закріплену догори дном вштативі пробірку. Зволожений лакму�совий папірець, піднесений до отворупробірки, набуває синього кольору.

Реакціям, що відбулися, відповіда�ють такі хімічні рівняння:

2NH3 �2NH4Cl + Ca(OH)2 = СаCl2 + 2NH4OH

2Н2О

NH3 + Н2О = NH4ОН — амоній гідроксид

Хоча вода й належить до слабких електролітів, окремі її моле�кули дисоціюють на Гідроген�катіон H+ і гідроксид�аніон ОН–:

Н2О � H+ + ОН–

У процесі розчинення в ній амоніаку Гідроген�катіон приєднуєть�ся до Нітрогену за рахунок наявної в нього вільної пари електронів,утворюється позитивно заряджений амоній%катіон NH4

+:..NH3 + Н2О � NH4

+ + ОН–

Як бачимо, одночасно з амоній�катіоном у розчині з’являютьсявільні гідроксид�аніони.

Ось чому зволожений лакмусовий папірець у розглянутомудосліді набув синього забарвлення, тобто вказав на наявність луж�ного середовища.

49

Рис. 15. Добування амоніаку

Амоній%катіон (йон амонію) — це однозарядний позитивний йон NH4

+, що утворюється внаслідок приєднання Гідроген�катіону до молекули амоніаку.

NH3

NH4Cl

Ca(OH)2

→→

MGdz

.pp.

ua

Амоній гідроксид NH4OH — не�звична основа. По�перше, у нього від�сутній катіон металічного елемента,натомість є амоній�катіон, утворений зп’яти атомів двох неметалічних еле�ментів. По�друге, він існує лише в роз�чині. По�третє — це слабкий електро�літ, що самодовільно розкладається наводу й амоніак.

Високу розчинність амоніаку талужне середовище його розчину ви�разно ілюструє демонстраційний до+слід під назвою «фонтан». Зберемоприлад, як показано на рисунку 16.Наповнену амоніаком колбу 1 закри�ємо пробкою 2 зі скляною трубкою 3,кінець якої відтягнутий всерединуколби. У кристалізатор 4 наллємо во�ди та капнемо декілька крапель фе�нолфталеїну.

Колбу розмістимо над заповненоюводою посудиною так, щоб скляна

трубка 3 майже повністю була занурена у воду, після цього відкри�ємо кран 5. Амоніак, яким заповнена колба, поступово починає роз�чинятися у воді, тиск у колбі падає, і вода стрімко (фонтаноподіб�но) заповнює колбу. При цьому «фонтан» набуває малинового за�барвлення.

Дайте самостійне пояснення малинового кольору «фонтана».

В основній школі ви вивчали добування та властивості хло�ридної кислоти й знаєте, що, на відміну від розчину амоніаку,розчин хлороводню має кисле середовище. Порівнявши розчин�ність у воді амоніаку й хлороводню, з якого виготовляють хло�ридну кислоту, робимо висновок, що обидві леткі водневі сполу�ки добре розчинні у воді, проте утворені розчини мають різнесередовище. Пояснюється це відмінностями в наслідках розчи�нення амоніаку NH3 та хлороводню HCl у воді. У молекулі амо�ніаку зв’язки не руйнуються, а за рахунок вільної пари електро�нів атома Нітрогену до нього приєднується катіон Гідрогену Н+,утворений унаслідок дисоціації води. У хлороводню зв’язок міжатомами Гідрогену і Хлору руйнується (пригадайте електролі�тичну дисоціацію сполук із ковалентним полярним зв’язком),

50

Рис. 16. Розчинення амоніаку у воді

(«фонтан»)

1

2

4

53

MGdz

.pp.

ua

51

утворені катіони Н+ та Cl– переходять у розчин, де катіонГідрогену приєднується до молекули води:

Н2О + Н+ = Н3О+ (катіон гідроксонію)

Примітка: записуючи рівняння реакцій йонного обміну заучастю кислот, зазвичай записують Н+, а не Н3О+.

Для тих, хто вивчає хімію на академічному рівні

Застосування й загальна схема добування амоніакув промисловості. Амоніак у великій кількості викорис"товують для виробництва нітратної кислоти, мінераль"них добрив, вибухових речовин, пластмас, в агрегатаххолодильних установок тощо. На задоволення потребвітчизняної хімічної промисловості в амоніаці, а такожз метою експорту його до багатьох країн світу працюютьвідкриті акціонерні товариства «Азот» (м. Черкаси),«Концерн Стирол» (м. Горлівка Донецької обл., де в1933 р. став до ладу перший в Україні завод з виробниц"тва синтетичного амоніаку), Одеський припортовийзавод (селище Южне Одеської обл.), Сєвєродонецькеоб’єднання «Азот» (Луганська обл.), «Рівнеазот»(м. Рівне), «Дніпроазот» (м. Дніпродзержинськ Дніпро"петровської обл.).

Хімічні виробництва зазвичай характеризують за та"ким планом: 1) сировина; 2) апарати й установки, де від�буваються хімічні реакції; 3) хімізм виробничого процесу;4) продукція виробництва.

1. Сировина. Амоніак у промисловості синтезують зазоту та водню. Азот добувають із повітря. Для цьогоповітря зріджують (за допомогою охолодження й ви"сокого тиску переводять у рідкий стан). Зріджене повіт"ря нагрівають, першим з нього випаровується азот (тем"пература кипіння –196 °С), а кисень (температура кипін"ня –183 °С) та решта газів залишаються в рідкому стані.

Основну масу водню добувають з природного газу,який у спеціальних установках при температурі +800 °Спіддають взаємодії з водою:

СН4 + Н2О = СО + 3Н2

MGdz

.pp.

ua

2. Апарати та установки. Завод з виробництва амо�ніаку — складний комплекс, основна установка якого —колона синтезу (рис. 17), де за добу виробляють майже1500 т амоніаку. Це міцна споруда з корозійностійкої ста�лі висотою 20–22 м і радіусом трохи більше 1 м. Усереди�ні корпусу колони містяться теплообмінник і каталіза�торна коробка.

Рис. 17. Завод з виробництва амоніаку (зліва — колона синтезу)

3. Хімізм виробництва амоніаку. На перший поглядвзаємодія азоту з воднем може видатися простою реак�цією сполучення, яких існує доволі багато. В дійсності жцю реакцію тривалий час не могли здійснити в промис�лових масштабах, бо вона належить до екзотермічних,оборотних, каталітичних реакцій, супроводжуєтьсязменшенням об’єму газуватих речовин:

t, кат., тискN2 + 3H2 2NH3, �Н = –92 кДж

Німецькому вченому Фішеру Габеру все ж вдалосярозробити оптимальні умови добування амоніаку,ураховуючи всі зазначені особливості реакції. Щоб зро�зуміти всю складність вибору оптимальних умов, наведе�мо лише один приклад: перед тим, як застосувати порис�те залізо з домішками алюміній оксиду та калій оксидуяк каталізатор, були випробувані понад 20 тис. різних ре�човин. Відтепер синтез амоніаку здійснюють за темпера�тури +500–550 °С, тиску 20–25 МПа та з використаннямзаліза як каталізатора.

52

MGdz

.pp.

ua

53

За одне проходження азото�водневої суміші через ко�лону синтезу реагує майже 20 % суміші. Щоб досягтирентабельності виробництва, суміш газів, що не про�реагували, циркулює через колону декілька разів.

4. Продукція. Продуктом цього виробництва є амо�ніак, який на виході з колони синтезу перебуває в газу�ватій суміші з азотом і воднем. Суміш охолоджують,амоніак переводять у рідкий стан і відділяють від азотута водню. Його зберігають у рідкому стані в спеціальнихпосудинах. Транспортують у сталевих балонах, за�лізничних та автомобільних цистернах, спеціальнихтанкерах (по воді), а також по трубопроводах.

Запитання і завдання для самоконтролю знань

1. На прикладі неметалічних елементів VI групи з’ясуйте, чи змі�нюється валентність елементів однієї підгрупи в летких водневихсполуках.

2. Складіть формули сполук неметалічних елементів, утворенихатомами:

а) Фосфору та Гідрогену; б) Йоду і Гідрогену. Напишіть рівняння їх одержання з простих речовин.3. Порівняйте будову молекул і властивості хлороводню й амо�

ніаку.4. Обчисліть об’єм (н. у.), який займає амоніак масою 6,8 г, та

кількість атомів і молекул у цій його порції.5. Де більше молекул: у порції хлороводню масою 73 г чи в порції

амоніаку кількістю речовини 2 моль? 6*. Який об’єм амоніаку синтезували з азоту та водню, якщо утво�

рена суміш газуватих речовин має на 10 л менший об’єм, аніж почат�кова? Усі виміри зроблено за однакових умов.

7*. Обчисліть масову частку хлороводню в хлоридній кислоті,одержаній розчиненням 500 л гідроген хлориду (н. у.) в 1 л води.MGdz

.pp.

ua

Поняття про солі амонію. Те, що амоніак і хлороводень — речо�вини з різними властивостями, доводить також їх взаємодія між со�бою.

Виконаємо демонстраційний дослід. Ополоснемо одну чистовимиту колбу концентрованим розчином амоніаку, іншу — кон�центрованою хлоридною кислотою (рис. 18а). З’єднаємо отвориколб, як показано на рисунку 18б. Спостерігатимемо, як колбипочинають заповнюватися білим «димом» — такий виглядмають дрібні кристалики амоній хлориду — продукту реакціїсполучення цих двох летких водневих сполук неметалів:

NH3 + НCl = NH4Cl (амоній хлорид)

У цій реакції катіони Гідрогену, на які дисоціював НCl, приєд�налися до молекул амоніаку й утворили амоній�катіони NH .

Катіон NH має радіус, близький до радіуса катіону Калію,і подібно до нього може утворювати солі, що дістали назву соліамонію. Назва цих солей складається зі слова «амоній» і назвикислотного залишку в називному відмінку, наприклад:

NH4NO3 — амоній нітрат

(NH4)2SO4 — амоній сульфат

Солі амонію — кристалічні, добре розчинні у воді сполуки,сильні електроліти.

54

§ 7. Солі амонію. Якісні реакції на йон амонію та хлорид%іон

Рис. 18. Взаємодія амоніаку з гідроген хлоридом

а б

+4

+4

MGdz

.pp.

ua

Хімічні властивості солей амонію.1. Розкладання при нагріванні. Солі амонію — нестійкі до

нагрівання, навіть незначного:

t°(NH4)2SO4 = 2NH3 �+ H2SO4

t°(NH4)2СO3 = 2NH3 � + Н2О + СО2 �

2. Електролітична дисоціація. Майже всі солі амонію є силь�ними електролітами, що у водних розчинах дисоціюють з утворен�ням катіонів амонію й аніонів відповідних кислотних залишків:

(NH4)2SO4 = 2NH + SO

3. Взаємодія з лугами (у розчині відбувається дуже швидко):

(NH4)2SO4 + 2КОН = К2SO4 + 2NH4ОН

2NH + SO + 2К+ + 2ОН– = 2К+ + SO + 2NH3 �+ 2Н2О

2NH + 2ОН– = 2NH3 �+ 2Н2О

NH + ОН– = NH3 � + Н2О

Амоніак, який виділяється при цьому, виявляють за допомогоюзволоженого індикаторного папірця.

Якісна реакція на йони амонію. А як взаємодіятимуть із луга�ми інші солі амонію? Щоб відповісти на це запитання, проведемодемонстраційний дослід. Візьмемо розчин амоній карбонату й по�діємо на нього розчином калій гідроксиду (рис. 19). Реакція відбу�вається відразу й супроводжується виділенням газоподібногопродукту. Спрямувавши до себе легким рухом руки повітря відотвору стакана, де проводили реак�цію, відчуємо запах амоніаку. Зволо�жений лакмусовий папірець, підне�сений до отвору стакана, набуває си�нього забарвлення (рис. 19). Калійгідроксид не міг вплинути на нього,оскільки це нелетка сполука. Тожзміна кольору індикатору є резуль�татом дії на нього амоній гідроксиду,що утворився з амоніаку й води,якою був змочений папірець.

55

+4

2–4

+4

+4

2–4

Рис. 19. Якісна реакція на йон амонію

2–4

+4

MGdz

.pp.

ua

Напишемо молекулярне, повне та скорочене йонні рівнянняпроведеної реакції:

(NH4)2СO3 + 2КОН = К2СO3 + 2NH3 � + 2Н2О

2NH + СO + 2К+ + 2ОН– = 2К+ + СO + 2NH3 � + 2Н2О

2NH + 2ОН– = 2NH3 � + 2Н2О

NH + ОН– = NH3 � + Н2О

Повторимо дослід, але з іншою сіллю амонію — амоній орто�фосфатом (NH4)3РО4. Як і в попередній реакції, виявимо утворен�ня амоніаку. Запишемо рівняння проведеної реакції в йонно�моле�кулярній формі:

(NH4)3РО4 + 3КОН = К3РО4 + 3NH3 � + 3Н2О

3NH + РO + 3К+ + 3ОН– = 3К+ + РO + 3NH3 � + 3Н2О

Скоротивши відразу коефіцієнти перед йонами, напишемо ско�рочене йонне рівняння:

NH + ОН– = NH3 � + Н2О

Тож і в цьому досліді взаємодія солі амонію з лугом супрово�джується виділенням амоніаку.

Порівняйте скорочені йонні рівняння реакцій амоній сульфату,амоній карбонату, амоній ортофосфату з лугами. Однакові воничи різні?

Порівняння дає змогу стверджувати, що, незалежно від того,яка сіль амонію взаємодіє з лугом, реакція відбувається за однако�вим скороченим йонним рівнянням:

NH + ОН– = NH3 � + Н2О

Реакції, що дають змогу виявити конкретну речовину чи сполу�ки одного класу або одного катіону чи аніону, дістали назву якісніреакції. Вони відбуваються за одним і тим самим скороченимрівнянням.

56

+4

+4

+4

+4

+4

+4

Якісною реакцією на солі амонію (амоній–катіони) є взаємодія з розчином лугу. Реакція супроводжується

виділенням амоніаку, який виявляють за запахомабо посинінням зволоженого індикаторного папірця.

Скорочене йонне рівняння якісної реакції таке:NH + OH– = NH3 �� + H2O+

4

2–3

2–3

3–4

3–4

MGdz

.pp.

ua

Ознайомлюючись у 9 класі з найважливішими органічними спо�луками, ви вже проводили якісні реакції з виявлення ненасиче�них вуглеводнів, гліцерину, глюкози, сахарози, крохмалю.Пригадайте та назвіть їх.

За допомогою якісних реакцій можна також виявляти аніони.Проведемо демонстраційний дослід, у якому до хлоридної кислотидодамо кілька крапель розчину аргентум(І) нітрату (розчини солейАргентуму чутливі до дії світла, тому їх зберігають у посуді з тем�ного скла). Відразу спостерігатимемовипадання сирнисто�білого осаду.

Повторимо демонстраційний до+слід, але вже з розчином кальційхлориду (рис. 20). Результат будеаналогічний першому.

Щоб зрозуміти, який з продуктівреакції випадає в осад, напишемомолекулярні та йонні рівнянняпроведених реакцій обміну:

НCl + AgNO3 = AgCl � + НNO3

H+ + Cl– + Ag+ + NO = AgCl � + H+ + NO

Ag+ + Cl– = AgCl �

СaCl2 + 2AgNO3 = 2AgCl � + Сa(NO3)2

Сa + 2Cl– + 2Ag+ + 2NO = 2AgCl � + Сa + 2NO

Ag+ + Cl– = AgCl �

З рівнянь бачимо, що обидві реакції відбуваються за одним ітим самим скороченим йонним рівнянням, а серед продуктів обохреакцій нерозчинною речовиною є лише аргентум(І) хлорид AgCl.

На уроках хімії в основній школі вам часто доводилося виявлятинаявність лугу в розчині. Як ви це робили? Самостійно сформу�люйте висновок про якісну реакцію на гідроксид�аніони.

57

Рис. 20. Якісна реакція на хлорид+іон

Якісною реакцією на хлорид%іони (хлоридну кислоту та її солі) є взаємодія з розчином аргентум(І) нітрату.

Реакція супроводжується випаданням сирнисто�білого осаду нерозчинної у воді та в сильних кислотах солі

аргентум(І) хлориду AgCl. Скорочене йонне рівняння якісної реакції таке:

Ag+ + Cl– = AgCl �

2+

–3

–3

–3

–3

2+

MGdz

.pp.

ua

Потренуйтеся в проведенні якісних реакцій, виконавши лабо+раторні досліди 2 і 3, інструкцію з виконання яких подано в рубри�ці «Досліджуємо речовини та їх властивості».

Застосування солей амонію. Солі амонію широко застосовуютьяк нітрогеновмісні добрива (амоній нітрат, амоній сульфат), як ком�поненти вибухових сумішей (амоній нітрат), у виробництві сухихгальванічних елементів, при паянні (амоній хлорид, або нашатир),у хлібопекарському та кондитерському виробництвах (амонійгідрогенкарбонат).

Досліджуємо речовини та їх властивості

Лабораторний дослід 2. Виявлення хлорид%іонів урозчині.

Налийте в пробірку 1 мл розчину амоній хлориду, до�дайте 2–3 краплі розчину аргентум(І) нітрату. Що спо�стерігаєте?

Запишіть у зошитах йонно�молекулярні рівнянняпроведеної вами реакції.

Чи підтвердили результати дослідження здобуті ва�ми знання про якісну реакцію на хлорид�іони?

Лабораторний дослід 3. Виявлення йонів амонію врозчині.

Завдання 1. Налийте в пробірку 1 мл розчину амонійхлориду. Додайте до нього 1 мл розчину натрій гідрокси�ду. До отвору пробірки піднесіть зволожений індикатор�ний папірець. Що спостерігаєте?

Поясніть результат спостереження, запишіть у робо�чий зошит молекулярне та йонні рівняння проведеної ва�ми реакції.

Чи підтвердили результати дослідження здобуті ва�ми знання про якісну реакцію на амоній�катіони?

Завдання 2. Закріпіть уміння експериментальновизначати кислоти, хлорид�аніони, амоній�іони в проце�сі розв’язування експериментальних задач.

Задача 1. У якій з пробірок без етикеток міститься хло�ридна кислота, а в якій — розчин її солі кальцій хлориду?

Задача 2. У якій з пробірок без етикеток містятьсярозчини амоній гідроксиду, амоній хлориду та натрійхлориду?

Одержані результати, молекулярні та йонні рівнянняпроведених реакцій запишіть у робочий зошит.

58

MGdz

.pp.

ua

Для тих, хто вивчає хімію на академічному рівні

Розрахункові задачі: Обчислення виходу продуктуреакції від теоретично можливого.

Через неминучі виробничі втрати маса (об’єм чикількість речовини) продуктів реакції менша порівняноз обчисленими за рівнянням реакції. Тому одержанув дійсності продукцію назвали практичним виходом,а обчислену за рівнянням реакції, тобто без урахуваннявиробничих втрат, — теоретичним виходом.

Теоретичний вихід продукту реакції дорівнює 100 %,тоді як практичний — завжди менший за 100 %.

Для хімічного виробництва важливим є обчисленнямасової η (ета) та об’ємної ϕ (фі) часток виходу продук�ту реакції.

Масову й об’ємну частки практичного виходу обчис�люють у частках від 1 або у відсотках від 100.

Розглянемо приклади.Задача 1. Із водню масою 180 г синтезували амоніак

масою 1000 г. Обчисліть масову частку практичного ви�ходу продукту реакції.

Р о з в’ я з а н н я1. Запишемо скорочений запис умови задачі.Дано:mH2 = 180 гmNH3 = 1000 гη — ?

59

Масова частка практичного виходу η — цевідношення маси практично одержаного

продукту реакції до його маси, обчисленої за рівнянням реакції:

Об’ємна частка практичного виходу ϕ — цевідношення об’єму практично одержаного

продукту реакції до його об’єму, обчисленого за рівнянням реакції:

η = , або η = · 100 %mпракт.

mтеор.

mпракт.

mтеор.

ϕ = , або ϕ = · 100 %Vпракт.

Vтеор.

Vпракт.

Vтеор.

MGdz

.pp.

ua

2. Запишемо рівняння реакції:N2 + 3H2 = 2NH3

3 моль 2 моль

3. За рівнянням реакції обчислимо масу теоретично�го виходу продукту реакції:а) νH2 = 180 : 2 = 90 (моль);б) оскільки νH2 : νNH3 = 3 : 2, то νNH3 становить

60 моль; νNH3 = · 2 = 60 (моль);

в) mNH3 = 60 · 17 = 1020 (г).

4. Обчислимо масову частку практичного виходупродукту реакції:

η = = = 0,98, або 98 %

Відповідь: масова частка практичного виходу продук�ту реакції становить 98 %.

Задача 2. З азоту об’ємом 10 м3 одержали амоніакоб’ємом 16,4 м3. Обчисліть об’ємну частку практичноговиходу продукту реакції, якщо всі виміри зроблено за од�накових умов.

Р о з в’ я з а н н я1. Запишемо скорочений запис умови задачі.Дано: νΝ2 = 10 м3

νΝΗ3 = 16,4 м3

ϕ — ?

2. Запишемо рівняння реакції:

N2 + 3H2 = 2NH3

3. Обчислимо теоретичний вихід продукту реакції.Оскільки всі речовини перебувають у газоподібному

стані, скористаємося законом об’ємних відношень газів:

N2 + 3H2 = 2NH31V 2V

Як бачимо, об’єм амоніаку вдвічі більший за об’ємазоту й дорівнює 20 л (10 · 2 = 20).

60

mпракт.

mтеор.

903

1000 г1020 г

MGdz

.pp.

ua

61

4. Обчислимо об’ємну частку виходу продукту реакції:

ϕ = = = 0,82, або 82 %

Відповідь: об’ємна частка практичного виходу про�дукту реакції становить 82 %.

Запитання і завдання для самоконтролю знань

1. Наведіть приклади солей амонію. Що в їх складі особливогопорівняно з іншими солями?

2. На прикладі амоній сульфату напишіть рівняння реакцій, щохарактеризують основні хімічні властивості солей амонію.

3. Дайте визначення якісних реакцій. Наведіть приклади якіснихреакцій на хлорид�аніони, амоній�катіони, гідроксид�аніони, гідро�ген�катіони.

4. Складіть формули двох солей амонію, що не розглядалися втексті параграфа, і напишіть молекулярно�йонні рівняння взаємодіїїх з барій гідроксидом.

5. Який об’єм амоніаку можна добути з амоній сульфату кількіс�тю речовини 4 моль (н. у.)?

6*. Як ви вважаєте, на чому засновано застосування амоній гідро�генкарбонату в хлібопекарській справі? Відповідь підтвердіть рів�нянням реакції.

7*. Обчисліть масову й об’ємну частки виходу хлороводню, якщо зхлору кількістю речовини 5 моль одержали хлороводень масою 340 г.

Оксиди неметалічних елементів. За відомою вам загальноюкласифікацією оксиди неметалічних елементів поділяють на со+летвірні (їх більшість) і несолетвірні (наприклад, СО, NO, N2O).Серед них є газуваті речовини (наприклад, карбон(ІІ) оксид,карбон(ІV) оксид, сульфур(ІV) оксид), тверді речовини (фос�фор(V) оксид), рідини (вода, хлор(VІІ) оксид).

У всіх без винятку оксидах сполучені з Оксигеном атоми неме�талічних елементів мають позитивний ступінь окиснення.

Vпрак.

Vтеор.

16,4 л20 л

§ 8. Оксиди та гідрати (гідратні форми) оксидів неметалічних елементів

MGdz

.pp.

ua

Напишіть молекулярні формули названих вище оксидів і визнач�те ступені окиснення атомів у них.

Залежно від валентності, а отже, і ступеня окиснення, один і тойсамий неметалічний елемент здатний утворювати оксиди різногокількісного складу. Наприклад, для Нітрогену відомі оксиди зі сту�пенями окиснення від +1 до +5.

Напишіть молекулярні формули оксидів Нітрогену з усіма відо�мими ступенями окиснення атомів цього хімічного елемента.

Солетвірні оксиди, як вам відомо, поділяють на основні, амфо�терні й кислотні.

Кислотний характер солетвірних оксидів неметалічних еле%ментів. Більшість солетвірних оксидів неметалічних елементів вза�ємодіють з водою, утворюючи кислоти, а також з основами чи ос-ноовними оксидами з утворенням солі тієї кислоти, яка відповідаєоксиду (має з ним однаковий ступінь окиснення кислототвірногонеметалічного елемента). Зазначені хімічні властивості зображенона рисунку 21.

Виконаємо демонстраційний дослід, що підтверджує кислотнийхарактер фосфор(V) оксиду. Спочатку добудемо оксид спалюван�ням фосфору (рис. 22а, б), потім розчинимо його в гарячій воді тавипробуємо розчин індикатором (рис. 22в).

Метиловий оранжевий змінив свій колір на рожевий. Отже,досліджуваний розчин має кисле середовище. Ортофосфатна кис�лота, що утворилася, у водному розчині дисоціювала з утвореннямгідроген�катіонів, присутність яких виявив індикатор:

62

Солетвірні оксиди неметалічних елементів належатьдо кислотних оксидів.

Рис. 21. Хімічні властивості кислотних оксидів

MGdz

.pp.

ua

H3PO4 � Н+ + H2PO

H2PO � Н+ + HPO

HPO � Н+ + PO

Користуючись схемою, напишіть рівняння реакцій, які підтвер�джують кислотний характер сульфур(ІV) оксиду.

Гідрати (гідратні форми) оксидів неметалічних елементів.Зважаючи на те, що солетвірні оксиди неметалічних елементів на�лежать до кислотних оксидів, їх гідратними формами є оксигено-вмісні кислоти. Більшість із них одержують під час прямої взаємо�дії відповідного оксиду з водою. Існують винятки, наприклад силі�цій(ІV) оксид, який відомий вам як основна складова річковогопіску. У такому разі кислоту добувають, діючи на розчинну сількислоти сильною кислотою:

Na2SiO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2SiO3 �

Напишіть повне й скорочене йонні рівняння цієї реакції.

Для кращого орієнтування в розглянутому матеріалі скорис�тайтеся таблицею 4.

Таблиця 4Оксиди неметалічних хімічних елементів та їх гідрати оксидів

63

Формула оксиду

Ступінь окиснення кислототвірного

елемента

Гідрати оксидів

Формула Назва кислоти

N2O5 +5 HNO3 нітратна

SO2 +4 H2SO3 сульфітна

SO3 +6 H2SO4 сульфатна

CO2 +4 H2CO3 карбонатна

SiO2 +4 H2SiO3 силікатна

P2O5 +5 H3PO4 ортофосфатна

–4

–4

Рис. 22. Горіння фосфору на повітрі (а), у кисні (б) та випробування розчину індикатором (в)

а б в

2–4

3–4

2–4

MGdz

.pp.

ua

Перейдемо до характеристики окремих представників оксидівнеметалічних елементів.

Чадний газ, або карбон(ІІ) оксид СО, за звичайних умов — газбез кольору й запаху, відносна густина за повітрям майже 1, зрі�джується при дуже низькій температурі (tкип. = –192 °С), малороз�чинний у воді.

Обчисліть відносну густину за повітрям і воднем чадного газу.

У хімічних реакціях він виявляє відновні властивості. Поясню�ється це тим, що відбувається доокиснення Карбону за схемою:+2 +4С � С. На відновних властивостях чадного газу ґрунтується йогозастосування у виплавленні металів з руд, наприклад: FeO + СO = Fe + CO2 та як палива в суміші з іншими горючимигазами (горить синюватим полум’ям):

2СO + O2 = 2CO2, �Н = –566 кДж

Складіть електронні баланси розглянутих окисно�відновнихреакцій за участю карбон(ІІ) оксиду.

Фізіологічна дія чадного газу. Карбон(ІІ) оксид — дуже отруй�на речовина. У повітрі смертельною дозою для людини є 0,2 %.Смерть настає від того, що чадний газ, міцніше за кисень, сполуча�ється з гемоглобіном крові й припиняє перенесення кисню до клі�тин організму. Ознаками отруєння малими дозами чадного газу єнезвично яскравий колір крові, сильний головний біль, інколизнепритомнення.

Чадний газ утворюється при неповному згоранні палива в пе�чах: під час роботи двигунів внутрішнього згорання, виділяється зтютюновим димом. Ось чому куріння шкодить не лише курцеві, а йне меншою мірою тим, хто перебуває поруч.

2С + О2 = 2СО

Перша допомога при ураженні чадним газом — забезпечитинадходження чистого повітря.

Карбон(ІV) оксид, або вуглекислий газ, CO2 — газ без кольоруіз слабкокислим присмаком і запахом, у 1,5 раза важчий за повітря,має кращу, порівняно з чадним газом, розчинність у воді (за кімнат�ної температури в 1 л води розчиняється майже 1 л вуглекислогогазу). Під тиском вуглекислий газ легко переходить у твердий стан.Твердий карбон(IV) оксид ще називають сухим льодом.

64

MGdz

.pp.

ua

Хімічні властивості вуглекислого газу. Як кислотний оксид,він проявляє їх загальні властивості: взаємодіє з водою, лугами,оксидами лужних і лужноземельних металічних елементів.

Про те, що внаслідок взаємодії карбон(ІV) оксиду з водоюутворюється кислота, свідчить рожевий колір індикаторів метило#вого оранжевого лакмусу в її розчині:

Н2СО3 � Н+ + НСО

НСО � Н+ + СО

Карбон(ІV) оксид досить чутливий до розчину кальцій гідро#ксиду (вапняної води). Після його нетривалого пропускання черезцей розчин утворюється осад білого кольору (нагадаємо, що в хіміїбудь#яке помутніння вважають осадом):

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 � + Н2О

Вуглекислий газ не горить. Завдяки цій властивості, а такожтому, що він значно важчий за повітря, його застосовують у вогне#гасниках.

Вуглекислотний вогнегасник (рис. 23а) призначений для гасінняневеликих загорань. Він складається (рис. 23б) зі сталевого корпусу 1овальної форми, який наповнено карбон(IV) оксидом під тиском5,7 МПа, горловини 2 з умонтованою в неї чекою і розтруба 3.

65

Взаємодія карбон(ІV) оксиду з вапняною водоюсупроводжується випаданням білого осаду

кальцій карбонату СаСО3 і використовуєтьсядля якісного визначення наявності вуглекислого газу.

–3

1

32

5

4

а б

Рис. 23. Зовнішній вигляд (а) і схема будови (б) вогнегасника

–3

2–3

MGdz

.pp.

ua

Для приведення вогнегасника в дію виймають чеку, натиску#ють на рукоятку 4 і спрямовують розтруб у бік загорання. Прицьому відкривається запорнопусковий пристрій, уміст вогне#гасника по сифонній трубці 5 під тиском надходить до розтруба.Вогнегасник готовий до використання. За лічені хвилини зоназагорання охолоджується, покривається негорючим шаром СО2,реакція горіння припиняється.

Поширення в природі вуглекислого газу, його значення.Атмосфера Венери на 95 % складається з вуглекислого газу. Вмістцієї речовини в повітрі нашої планети становить 0,03 %. Вуглекис#лий газ також міститься у вулканічних газах і мінеральних водах.

Завдяки вуглекислому газу здійснюється один із найважливі#ших процесів у живій природі — фотосинтез.

Пригадайте суть фотосинтезу та за яких умов він відбувається.

Вуглекислий газ причетний ще до одного природного явища —парникового ефекту. Суть парникового ефекту полягає в тому, щов атмосфері підтримується рівновага між теплом Сонця, яке дося#гає поверхні Землі, і тепловим випромінюванням нашої планети.За оцінкою вчених, без парникового ефекту температура Землі бу#ла б на 25–30 °С нижчою, аніж є насправді. Молекули наявних уповітрі води, вуглекислого газу, озону, метану впливають на цюрівновагу. Вони функціонують як скло в теплицях, що дає змогу со#нячним променям потрапляти всередину приміщення й затримуєінфрачервоні промені, забезпечуючи належну температуру дляросту рослин. За таку дію вони дістали назву парникові гази.

Помірний парниковий ефект створює сприятливі температурніумови для життя на нашій планеті, не даючи їй переохолоджувати#ся. Збільшуючи викиди парникових газів в атмосферу (роботатранспорту, спалювання палива у великій кількості, виробництвоелектроенергії тощо), вирубуючи ліси, люди порушують тепловийбаланс, що утворився впродовж віків. Лісові пожежі й виверженнявулканів теж призводять до збільшення кількості вуглекислого га#зу в атмосфері. Зі збільшенням концентрації парникових газівзростає парниковий ефект і температура на нашій планеті підвищу#ється. Є прогнози, що підвищення середньої температури Землі на1,5 °С може статися вже до 2025 р. Потепління загрожує таненнямльодовиків і снігів у зоні вічної мерзлоти і в подальшому можеспричинити небажане підняття рівня води у світовому океані.

Шляхи вирішення проблеми парникового ефекту. Розгляньтерисунок 24, і ви переконаєтесь, що цю проблему можна розв’язатизавдяки зменшенню викидів парникових газів у атмосферу і збіль#шенням поглиначів вуглекислого газу — зелених рослин.

66

MGdz

.pp.

ua

Сульфур(ІV) оксид, або сірчистий газ, SO2 — негорючий газбез кольору, з різким запахом (цей запах ми відчуваємо при підпа#люванні сірників), у 2,2 раза важчий за повітря, добре розчинний уводі. Він є у вулканічних газах і серед газоподібних продуктівгоріння палива, у якому завжди містяться домішки сірки та сполукСульфуру. Найбільше забруднюють атмосферу сірчистим газомтеплові електростанції, металургійні та хімічні заводи. За підрахун#ками вчених, його річні викиди в атмосферу становлять майже150 млн т. Потрапляючи в атмосферу, сірчистий газ завдає шкодинавколишньому середовищу.

Хімічні властивості та застосування сульфур(ІV) оксиду.Оскільки сульфур(ІV) оксид є типовим кислотним оксидом, товін проявляє всі їх хімічні властивості, зокрема взаємодіє з водою:

H2O + SО2 = H2SO3

Сірчиста кислота H2SO3 — електроліт середньої сили. Сірчистий газ застосовують як сировину для виробництва

сульфатної кислоти, як вибілювальний засіб у текстильній, паперо#вій та цукровій промисловості. Він має дезінфікуючі властивості,тому ним обкурюють погреби, овочесховища й винні бочки.

Сульфур(VІ) оксид, або сірчаний ангідрид, SO3 — легкокип#ляча рідина з неприємним запахом, без кольору, добре розчиннау воді й дуже гігроскопічна.

67

Рис. 24. Чинники парникового ефекту

MGdz

.pp.

ua

З водою сульфур(VІ) оксид утворює сульфатну кислоту:

Н2О + SO3 = Н2SO4

Основне використання сульфур(VІ) оксиду — проміжний про#дукт у виробництві сульфатної кислоти. У природі він не трапля#ється, його добувають доокисненням сульфур(ІV) оксиду:

t° 400–450 °C2SO2 + O2 = 2SO3

V2O5

Нітроген(ІV) оксид NO2 — газ бурого кольору з неприємнимзапахом, дуже отруйний, добре розчинний у воді. Розчиненнясупроводжується утворенням двох кислот — нітратної та нітритної:

2NO2 + H2O = HNO3 + НNO2

У природі NO2 утворюється під час грози. В області електрич#ного розряду температура становить +2000 °С, і азот, стійкий зазвичайних умов до дії кисню, реагує з ним, утворюючи нітро#ген(ІІ) оксид, який легко перетворюється на нітроген(ІV) оксид:

N2 + O2 = 2NO

2NO + O2 = 2NO2

Утвореного нітроген(ІV) оксиду не настільки багато, щоб вінстановив загрозу здоров’ю людини. Найбільше забруднення по#вітря нітроген(ІV) оксидом спричиняють автомобілі — під часзгорання пального в циліндрах двигунів утворюється NO, а з ньо#го — NO2.

Поняття про кислотні дощі та причини їх виникнення. Чи до#водилося вам спостерігати, як після довгоочікуваного літнього до#щу рослини замість того, щоб рости й давати врожай, жовкнуть,в’януть і навіть гинуть (досить часто це трапляється з огірками)?З великою ймовірністю можна стверджувати, що дощ був не зви#чайний, а кислотний, і завдав шкоди рослинам. Кислотні дощі по#шкоджують листки, руйнують їх захисні воскові покриви, через щоті стають легкопроникними для комах, шкідливих грибів і мікроор#ганізмів. Окрім рослин, кислотні дощі завдають шкоди тваринам,водоймам, ґрунтам.

Хімічний аналіз кислотних дощів показує наявність у них суль#фатної та нітратної кислот. Поява цих речовин — наслідокрозглянутих хімічних перетворень оксидів Сульфуру і Нітрогену ватмосфері.

68

MGdz

.pp.

ua

Щороку внаслідок спалювання твердого палива, роботи двигу#нів внутрішнього згорання, промислових викидів заводів по вироб#ництву сульфатної і нітратної кислот концентрація цих оксидіву повітрі збільшується. Тому кислотні дощі створюють реальнузагрозу людині, рослинному й тваринному світу.

Запитання і завдання для самоконтролю знань

1. На прикладі фосфор(V) оксиду охарактеризуйте хімічні влас#тивості кислотних оксидів. Чи є серед наведених вами рівнянь реак#цій окисно#відновні? Відповідь мотивуйте.

2. Опишіть роботу вогнегасника.3. Що є причиною випадання кислотних дощів? Зробіть висно#

вок, наскільки вони шкідливі для здоров’я людини.4. Поясніть суть парникового ефекту.5*. Гідрати кислотних оксидів — кислоти — вступають у реакцію

нейтралізації з основами й утворюють солі. Враховуючи, що багато#основні кислоти дисоціюють ступінчасто, складіть формули середніхі кислих солей сульфатної та ортофосфатної кислот.

6*. Використовуючи літературні джерела та мережу Інтернет,міжпредметні зв’язки хімії, фізики, біології та географії, підготуйте йпрезентуйте проект «Глобальне потепління: що за ним криється».

Сульфатна кислота Н2SO4 належить до найважливішої продук#ції хімічної промисловості. Так, її щорічне виробництво сягаємайже 150 тис. т, що свідчить про широке використання цієї речо#вини, яке ґрунтується на її властивостях.

Фізичні властивості сульфатної кислоти. Сульфатна кис#лота — важка масляниста рідина з густиною майже 1,838 г/см3,дуже гігроскопічна, роз’їдає папір і тканини, спричинює опікишкіри. Працюючи з її концентрованими розчинами, одягають за#хисні окуляри. Увага! Під час роботи із сульфатною кислотою

69

Кислотний дощ — це дощ, що містить певну кількістькислот, утворених унаслідок взаємодії з водою наявних

у повітрі таких забруднювачів, як оксиди Сульфуру і Нітрогену.

§ 9. Сульфатна кислота і сульфати

MGdz

.pp.

ua

будь!якої концентрації потрібна обе!режність. Ви вже знаєте, що при роз#чиненні сульфатної кислоти у водірозчин розігрівається настільки, щоможе закипіти. Це є дуже небез#печним. Тому під час виготовленнярозчину для більш рівномірногозмішування кислоти з водою її ллютьу воду, а не навпаки!

Переконатися в тому, що розчинен#ня сульфатної кислоти — процес екзо#термічний, допоможе такий демон!страційний дослід. Зберемо прилад(рис. 25): помістимо в стакан закріпле#ну в лапці штатива пробірку, у якуналито легкокиплячу (t кип. � 40 °С)органічну речовину — діетиловий етер.У хімічний стакан наллємо 50 мл водикімнатної температури. Після цього по#

вільно, по скляній паличці, час від часу помішуючи, увіллємо в стакан50 мл концентрованої сульфатної кислоти. Спостерігатимемо, як ріди#на в пробірці закипає і випаровується. Причина цього явища —підвищення температури розчину. Якщо відкрити пробку й піднестидо отвору пробірки запалену скіпку, пари етеру спалахнуть (рис. 25).

Пригадайте фізико#хімічну суть розчинення речовин у воді та по#ясніть, чому розігрівається розчин сульфатної кислоти під час йо#го приготування.

Хімічні властивості сульфатної кислоти. Розбавлена суль#фатна кислота (у розбавленому розчині масова частка кислотистановить 10–30 %) виявляє всі загальні властивості кислот. Во#на взаємодіє з: 1) металами, розміщеними в ряді активності доводню; 2) основними й амфотерними оксидами; 3) основами;4) амфотерними гідроксидами; 5) солями, якщо під час реакціївиділяється газ або випадає осад.

На прикладі цинку та його сполук підтвердіть загальні хімічнівластивості сульфатної кислоти.

Концентрована сульфатна кислота — сильний окисник, щовзаємодіє не лише з металами, розміщеними в ряді активностіметалів до водню, а й з металами, що містяться після водню, обвуг#лює органічні речовини, зокрема цукор і целюлозу.

70

Рис. 25. Дослідженнятеплового ефекту прирозчиненні сульфатної

кислоти

MGdz

.pp.

ua

Виконаємо демонстраційний дослід, відомий під назвою «неви#диме чорнило», і пересвідчимося у водовідбірних властивостяхконцентрованої сульфатної кислоти. Для цього на ватмані напи#шемо розбавленою сульфатною кислотою Н2SO4 (роль пензля ви#конає скляна паличка) (рис. 26а) й почнемо знизу нагрівати написна помірному вогні, тримаючи папір від прямого вогню на відста#ні, що унеможливлює його займання. Мине небагато часу, й написстане видимим — літери набудуть чорно#сірого кольору (рис. 26б).

Пояснюється це тим, що в процесі нагрівання через випарову#вання води з розчину концентрація сульфатної кислоти збільшиласянастільки, що речовина почала проявляти свої окисні властивості.Як вам відомо з 9 класу, целюлоза (з неї виготовлено ватман) — при#родний полімер, склад якого можна записати формулою (С6Н10О5)n.Концентрована сульфатна кислота окиснює целюлозу з утвореннямвуглецю (його колір проявився в написі) та води, що випарувалася.

На водовідбірних властивостях концентрованої сульфатної кисло#ти ґрунтується демонстраційний дослід «ескімо на паличці». Для йогопроведення цукрову пудру С12Н22О11 змочують невеликою кількістюконцентрованої сульфатної кислоти й ретельно перемішують. Умістпосудини темніє (обвуглюється), збільшується в об’ємі настільки, щовиходить за межі посудини, зберігаючи її контури (рис. 26в, г).

У реакціях з металами окиснювальні властивості концентрова#ної сульфатної кислоти проявляються в тому, що водень не виділя#ється, а утворюється сіль сульфатної кислоти, вода та один із про#дуктів відновлення Сульфуру (рис. 27).

71

Рис. 27. Схема взаємодії концентрованої сульфатної кислоти з металами

метал

H2SO4(конц.)

сіль(сульфат)

вода

один з продуктіввідновлення кислоти:

+4 0 –2SO2, S, H2S

+ + +=

Рис. 26. Окиснення органічних речовин сульфатною кислотою

а

в гб

MGdz

.pp.

ua

Концентрована сульфатна кислота взаємодіє з міддю, продук#том відновлення є сульфур(ІV) оксид:

Сu + 2H2SO4 = СuSO4 + 2H2O + SO2 �У такий спосіб добувають сірчистий газ у лабораторії.

Користуючись схемою, складіть рівняння реакції цинку з концен#трованою сульфатною кислотою, якщо продуктом відновлення єсірка.

Якісна реакція на сульфат/іони. Наявність сульфат#іонів урозчині виявляють за допомогою катіонів Барію.

За таблицею розчинності переконайтеся, що з#поміж наведениху ній сульфатів барій сульфат є нерозчинною у воді речовиною.

Цю властивість барій сульфату використовують для якісноговиявлення сульфат#іонів у розчині.

Проведемо демонстраційний дослід. В одну пробірку наллєморозчин сульфатної кислоти, у другу — розчин натрій сульфату,у третю — розчин купрум(ІІ) сульфату. До однієї з них доллєморозчин барій нітрату, до другої — розчин барій гідроксиду, до тре#тьої — розчин барій хлориду (рис. 28). У кожній з трьох пробірокутворився однаковий білий дрібнокристалічний осад. З’ясуємо,чому різні речовини утворили однаковий осад. Усі реагенти роз#чинні у воді, тож дисоціювали на йони:

H2SO4 = 2H+ + SO

Na2SO4 = 2Na+ + SO

CuSO4 = Cu2+ + SO

Ba(NO3)2 = Ba2+ + 2NO

Ba(OH)2 = Ba2+ + 2OH–

BaCl2 = Ba2+ + 2Cl–

З рівнянь електролітичної дисоціації бачимо, що розчини впробірках мали спільні аніони SO , долиті до кожного з нихрозчини містять катіони Ba2+. Як свідчить таблиця розчинності, ка#тіони Барію із сульфат#аніонами утворюють нерозчинну сіль барійсульфат BaSO4.

Напишіть молекулярні та повні йонні рівняння реакцій, прове#дених у цьому демонстраційному досліді (у другій і третій про#бірках).

72

–3

2–4

2–4

2–4

2–4M

Gdz.p

p.ua

Закріпіть знання про якісну реакцію на сульфат#іони, виконав#ши завдання лабораторного досліду 5.

Найважливіші природні сульфати — гіпс СаSO4·2Н2О; глау/берова сіль Na2SO4·10H2О; гірка сіль MgSO4·7H2О. Із наведенихформул стає зрозуміло, що це кристалогідрати, тобто вонимістять кристалізаційну воду, яка при нагріванні випаровується.На цій властивості кристалогідратів ґрунтується виробництвоалебастру 2СаSO4·Н2О з природного гіпсу, який нагрівають до120–190 °С, унаслідок чого він втрачає частину води. При змочу#ванні водою кімнатної температури алебастр легко приєднує водуй знову перетворюється на гіпс. Це відбувається щоразу принакладанні гіпсових пов’язок на травмовані частини тіла, під часвиготовлення гіпсових виробів художнього та будівельного при#значення. Глауберову сіль Na2SO4·10H2О застосовують у вироб#ництві скла, соди, фарб, у медицині. Гірку сіль MgSO4·7H2О ви#користовують в обробці тканин, дубінні шкіри, виготовленнімедичних препаратів.

Закріпіть знання про природні сполуки Сульфуру, виконавшизавдання лабораторного досліду 4.

Застосування сульфатної кислоти. Розгляньте рисунок 29,який відображає застосування сульфатної кислоти й дає змогузрозуміти, чому цю речовину називають «хлібом» хімічної промис#ловості.

73

Рис. 28. Якісна реакція на сульфат!іони

Якісною реакцією на сульфат/аніони є взаємодія їхз катіонами Барію (розчинними у воді сполуками

Барію), у результаті чого утворюється нерозчинний у воді і кислотах білий дрібнокристалічний

осад барій сульфату. Скорочене йонне рівняння якісної реакції таке:

Ba2+ + SO = BaSO4 �2–4

1 2 3

MGdz

.pp.

ua

Охорона навколишнього середовища від забруднення вики/дами сульфуровмісних речовин. Серед сульфуровмісних забруд#ників навколишнього середовища найбільш шкідливими є суль#фур(ІV) оксид і гідроген сульфід, або сірководень. Про шкідли#вість першої речовини ви дізналися в § 8.

Щодо гідроген сульфіду, то потрібно наголосити на високійтоксичності цієї газуватої речовини з неприємним запахом тухлихяєць (утворюється при гнитті білка курячого яйця й спричинюєйого неприємний запах). Фізіологічна дія гідроген сульфіду про#являється в тому, що він блокує дихальний центр. Смертельноюдозою для людини є вдихання протягом 5–10 хв повітря з об’єм#ною часткою гідроген сульфіду 0,08 %.

74

Найбільша кількість сульфатної кислоти використовується у виробництві мінеральних добрив,

інших кислот, сульфатів, органічних речовин, очищеннінафтопродуктів тощо.

Барвники Виробництвокислот

ПластмасиЛікарські

препарати

Вибуховіречовини

Очистка нафти

Свинцевіакумулятори

Миючі засоби

Добрива

У хромуванніметалевих виробів

Хімічні волокна(віскоза, шовк,

поліамідні волокна)

H3PO

H2SO4

Рис. 29. Схема застосування сульфатної кислоти

MGdz

.pp.

ua

Забруднюють повітря сульфуровмісними речовинами вики#ди нафтопереробних заводів, теплові електростанції. Охоронанавколишнього середовища полягає насамперед у зменшенні ви#кидів, а отже, у модернізації виробництва, запровадженні техно#логії замкненого циклу, коли гази, що є відходами названих ви#робництв, використовують як сировину для інших виробництв.Користь від цього подвійна — не забруднюється навколишнє се#редовище, а вироблена з гідроген сульфідних відходів нафтопе#реробної промисловості сульфатна кислота має найменшу вар#тість.

Удосконаленням технології виробництва сульфатної кислотизаймався український хімік Іван Євграфович Ададуров (1879–1938).

Досліджуємо речовини та їх властивості

Лабораторний дослід 4. Ознайомлення із зразкамиприродних сполук Сульфуру.

Завдання. Ознайомтеся з виданими вам зразкамисульфатів і сульфідів. Дослідіть агрегатний стан й такі їхфізичні властивості: колір, розчинність у воді. Викорис#товуючи міжпредметні зв’язки з географією, назвітьпоклади природних сульфатів і сульфідів в Україні.

Одержані результати оформіть у робочому зошиті увигляді таблиці.

Лабораторний дослід 5. Експериментальне виявлен/ня сульфат/іонів.

Завдання 1. Проведіть якісну реакцію на сульфат#іони. Налийте в пробірку 1–2 мл розчину сульфатноїкислоти, долийте 1 мл розчину барій нітрату чи барійхлориду. Спостерігаючи за змінами, що сталися, дайте їмпояснення. Напишіть повне та скорочене йонні рівнянняпроведеної реакції.

Завдання 2. Запропонуйте спосіб розпізнавання води,сульфатної кислоти й розчину натрій сульфату в пробір#ках без етикеток. Перевірте висунуту гіпотезу експе#риментально. Запишіть рівняння проведених реакцій.

75

Сполука

Агрегат/ний стан

Фізичні властивості

Покладив Україні

Назва Формула КолірРозчин/

ністьу воді

MGdz

.pp.

ua

Для тих, хто вивчає хімію на академічному рівні

Розрахункові задачі: обчислення маси (об’єму,кількості речовини) продукту реакції за масою(об’ємом, кількістю речовини) реагентів, один з якихузято в надлишку.

Для проведення хімічної реакції можна взяти будь#яку масу чи об’єм реагентів, але це зовсім не означає, щовони без залишку перетворяться на продукти реакції.Кожна з них прореагує в кількості, на яку вказують кіль#кісні відношення речовин у реакції. Наприклад, взаємо#дію нітратної кислоти з магній оксидом відображає рів#няння реакції:

2HNO3 + 1MgO = 1Mg(NO3)2+ H2O

Коефіцієнти перед формулами реагентів свідчать проте, що речовини взаємодіють без залишку, якщо для про#ведення реакції нітратну кислоту й магній оксид брати укількісному відношенні 2:1. Реагент, кількість речовиниякого за умовою задачі менша, аніж у встановленому зарівнянням реакції кількісному відношенні 2:1, перебуваєв недостачі й у реакції витратиться повністю. Другийреагент прореагує неповністю, і якась його порція зали#шиться. Про такий реагент кажуть, що його узято з над#лишком.

Задача. Обчислити масу осаду, який утвориться з ба#рій хлориду масою 41,6 г і натрій сульфату масою 42,6 г.

Р о з в’ я з а н н я1. Запишемо скорочений запис умови задачі.Дано:mBaCl2 = 41,6 гmNa2SO4 = 42,6 гmосаду — ?

76

Задача, в умові якої вказані маса, об’єм чи кількістьречовини обох реагентів, потребує з’ясування

їх кількісного відношення. І якщо один з реагентів узято в надлишку, то задачу розв’язують,

користуючись даними про речовину, що перебуває в недостачі.

MGdz

.pp.

ua

77

2. Напишемо рівняння реакції:

BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 �+ 2NaCl 1 моль 1 моль 1 моль

3. З’ясуємо за рівнянням реакції кількісні відношен#ня реагентів і нерозчинного продукту:

νBaCl2 : νNa2SO4 : νBaSO4 = 1 : 1 : 1

З’ясуємо кількісні відношення реагентів за умовоюзадачі. Для цього спочатку обчислимо кількість речови#ни кожного з реагентів за формулою ν = :

νBaCl2 = = 0,2 (моль)

νNa2SO4 = = 0,3 (моль)

νBaCl2 : νNa2SO4 = 0,2 : 0,3 = 2 : 3 = 1 : 1,5

Як бачимо, за умовою задачі з надлишком узятоNa2SO4, а BaCl2 прореагує повністю. Тому обчисленнямаси утвореного осаду BaSO4 проводимо з використан#ням даних про BaCl2, а не про Na2SO4 — речовину, узятув надлишку.

4. Обчислюємо кількість речовини барій сульфату.Оскільки кількісні відношення νBaCl2 : νBaSO4 у цій

реакції становлять 1 : 1, то:

νBaSO4 = νBaCl2 = 0,2 моль

5. Обчислюємо масу барій сульфату кількістю речо#вини 0,2 моль за формулою:

m = ν · М

mBaSO4 = 0,2 моль · 233 г/моль = 46,6 г

Відповідь: маса утвореного осаду барій сульфату до#рівнює 46,6 г.

mМ

41,620842,6142

MGdz

.pp.

ua

Запитання і завдання для самоконтролю знань

1. Виберіть правильне твердження щодо сульфатної кислотиА одноосновна Б двохосновна В сильний електролітГ слабкий електроліт Д оксигеновміснаЕ безоксигенова

2. Як можна розпізнати розчини сульфатної кислоти, амоній хло#риду й амоній сульфату, що перебувають у пробірках без етикеток?Відповідь підтвердіть записом молекулярних та йонних рівняньреакцій.

3. З якими з перелічених речовин взаємодіє розбавлена сульфат#на кислота: залізо, купрум(ІІ) оксид, мідь, натрій гідроксид, нітратнакислота, калій карбонат, нітроген(ІІ) оксид? Напишіть молекулярнірівняння реакцій, зазначте їх типи.

4*. Запропонуйте спосіб розпізнавання концентрованої та розбав#леної сульфатної кислоти, що перебувають у банках без етикеток.Мотивуйте його.

5*. Обчисліть масову частку кристалізаційної води в гіркій солі.6*. Обчисліть масу амоній сульфату, який утвориться при пропус#

канні через розчин сульфатної кислоти масою 200 г з масовоючасткою розчиненої речовини 9,8 % амоніаку об’ємом 11,2 л (н. у.).

Як і сульфатна, нітратна кислота НNO3 належить до основнихпродуктів хімічної промисловості.

Фізичні властивості нітратної кислоти. Нітратна кислота —безбарвна рідина з густиною 1,51 г/см3 і різким характерним запа#хом. При зберіганні на світлі набуває бурого кольору внаслідокрозкладу з виділенням нітроген(ІV) оксиду. Стійкою в зберіганні єнітратна кислота з масовою часткою розчиненої речовини 60–68 %.У разі потрапляння на шкіру зумовлює опіки, утворення жовтихплям (пригадайте кольорові реакції на білки). Увага! Поводитися знітратною кислотою потрібно обережно.

Хімічні властивості нітратної кислоти. Нітратна кислота —сильний електроліт, що дисоціює на йони:

НNO3 � Н+ + NO

78

§ 10. Нітратна кислота і нітрати

–3

MGdz

.pp.

ua

Як і всі кислоти, нітратна кислота взаємодіє з: 1) металами;2) осноовними та амфотерними оксидами; 3) основами; 4) ам�фотерними гідроксидами; 5) солями, якщо під час реакції виділя#ється газ. Проте її взаємодія з металами відмінна від загальнихвластивостей кислот, а подібна на взаємодію з ними концентрова#ної сульфатної кислоти, тобто відбувається утворення солі, води йодного з продуктів відновлення кислоти (рис. 30).

Концентрована нітратна кислота в реакціях з металами і неме#талами відновлюється до нітроген(ІV) оксиду NO2:

Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 �+ 2H2O

S + 6HNO3 = H2SO4 + 6NO2 �+ 2H2O

У реакціях розбавленої нітратної кислоти з металами віді#грає роль активність металу та масова частка кислоти в розчині,проте найчастіше відновлення відбувається до нітроген(ІІ) ок#сиду NO:

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO �+ 4H2O

Взаємодія нітратної кислоти з основними та амфотернимиоксидами, основами, амфотерними гідроксидами та солями відбу#вається так само, як і в інших кислот.

Напишіть рівняння реакцій нітратної кислоти з оксидом, гідро#ксидом і сіллю Магнію (зважте, що сіль має бути утворена кисло#тою слабким електролітом, наприклад карбонатною).

79

Рис. 30. Схема взаємодії нітратної кислоти з металами

Концентрована нітратна кислота при нагріванні взаємодіє з більшістю металів, крім золота,

платини та деяких інших. На холоді частина металів,зокрема залізо і хром, не взаємодіють

з нітратною кислотою.

метал

HNO3сіль

(нітрат)вода

один з продуктіввідновлення кислоти:

+4 +2 +1 0 –3NO2, NO, N2O, N2, NH3

+ + +=

MGdz

.pp.

ua

Ще одну властивість нітратної кислоти — розкладатися на світ#лі чи при нагріванні — ми вже згадували. Це відбувається за такимрівнянням:

4HNO3 = 4NO2 �+ 2H2O + О2 �

Ви дізнаєтеся також про взаємодію нітратної кислоти з органіч#ними речовинами, вивчаючи в 11 класі властивості органічнихсполук.

Застосування нітратної кислоти відображено на рисунку 31.

Вагомий внесок у розвиток технології виробництва нітратноїкислоти з азоту повітря зробив український хімік доктор технічнихнаук, професор Василь Іванович Атрощенко (1906–1991).

Нітрати. За назвою нітрат#іону, який утворюється при дисоціа#ції нітратної кислоти, її солі називають нітратами. Нітрати Ка#лію, Натрію, амонію, Кальцію називають ще селітрами, наприк#лад: КNO3 — калій нітрат, або калієва селітра, Са(NO3)2 — кальцій

80

Рис. 31. Схема застосування нітратної кислоти

Барвники

ДобриваФотоплівка

Вибухові речовини

Нітролаки

Дезінфікуючі засоби

Пластмаси

Лікарські засоби

Хімічніволокна

HNO3

MGdz

.pp.

ua

нітрат, або кальцієва селітра. Селітри легко розкладаються при на#гріванні з виділенням кисню:

2КNO3 = 2КNO2+ O2 �Цю їх властивість застосовують у піротехніці. Проте основне

призначення солей нітратної кислоти — збагачувати ґрунт нітроге#новмісними сполуками, які добре відомі в сільському господарствіяк мінеральні добрива, зокрема амонійна, натрієва й калієва селіт#ри. Щоб детальніше ознайомитися з властивостями нітратів і солейамонію, виконайте лабораторний дослід 6.

Розгляньте таблицю розчинності та переконайтесь, що середнітратів не існує нерозчинних речовин.

Поширення нітратів у природі. Через високу розчинність у во#ді нітрати рідко утворюють поклади. Потужне родовище натрієвоїселітри утворилося на Американському континенті в Чилі, тому зацією речовиною закріпилася назва чилійська селітра. Невеликікількості солей нітратної кислоти з’являються в ґрунті завдякидіяльності нітрифікуючих бактерій, які зв’язують вільний азот по#вітря, утворюючи нітрогеновмісні сполуки.

Проблема вмісту нітратів у харчових продуктах. Для людини,маса тіла якої 60 кг, гранично допустима добова норма нітратів ста#новить 0,76 мг на 1 кг маси. У межах допустимих норм нітрати незавдають відчутної шкоди здоров’ю людини.

Виходячи з маси власного тіла, обчисліть вашу гранично допус#тиму норму добового споживання нітратів.

Проте надмірне використання нітратів як мінеральних добриві як харчових добавок, що надають м’ясним виробам кольору нату#рального м’яса, подовжують термін зберігання м’ясних виробіві сиру, створює небезпеку до перевищення гранично допустимихнорм їх добового споживання. Наслідком цього може стати токсич#на дія нітратів на організм людини. Вона полягає в розвитку гіпо#ксії — кисневого голодування тканин, а також пригніченні діїферментів, які каталізують процеси тканинного дихання. Симпто#мами отруєння є нудота, блювання, посиніння шкірного покривутіла та слизової оболонки рота, що з’являються через 4–6 год післявживання їжі з високим умістом нітратів. Особливо небезпечнінітрати для дитячого організму.

81

Усі солі нітратної кислоти добре розчиняються у воді і є сильними електролітами.

MGdz

.pp.

ua

82

Овочі й молоко містять значно більше нітратів, аніж м’ясо. За#побіжні засоби, до яких потрібно вдаватися, аби уникнути отруєн#ня нітратами, наявними в продуктах харчування, такі:

1) дотримання правил агротехніки вирощування сільськогос#подарських культур;

2) споживання води, молока, що пройшли аналіз на вміст у нихнітратів;

3) обмежене споживання овочевих культур, вирощених у теп#лицях;

4) дотримання рекомендацій щодо зменшення вмісту нітратів упроцесі приготування овочевих страв.

Користуючись додатковою літературою, підготуйте пам’ятку «Як удомашніх умовах зменшити вміст нітратів у продуктах харчування».

Досліджуємо речовини та їх властивості

Лабораторний дослід 6. Ознайомлення зі зразкаминітратів і солей амонію.

Ознайомтеся з виданими вам зразками солей нітратноїкислоти й амонію. Під час виконання досліду з’ясуйте:

а) який колір мають солі нітратної кислоти й амонію;б) до добре розчинних чи погано розчинних у воді ре#

човин належать солі нітратної кислоти й амонію;в) чи мають запах солі нітратної кислоти й амонію.Одержані результати запишіть у робочий зошит у

вигляді таблиці.

Для тих, хто вивчає хімію на академічному рівні

Ортофосфатна кислота. Елементом#сусідом Нітро#гену по підгрупі є Фосфор. Маючи на зовнішньому енер#гетичному рівні 5 електронів і вільні енергетичні комір#ки на d!підрівні, атом Фосфору переходить у збудженийстан, чим забезпечує утворення оксиду і кислот зі ступе#нем окиснення Фосфору +5, наприклад: фосфор(V) ок#сид Р2О5, метафосфатна кислота НРО3, ортофосфатна

Сіль Фізичні властивості

Назва Формула Колір Розчинністьу воді Запах

MGdz

.pp.

ua

кислота Н3РО4. Ортофосфатну кислоту та її солі частішезастосовують порівняно з метафосфатною. В природіортофосфати трапляються в складі гірських порід фос!форитів та апатитів, з них добувають кислоту, піддаючисировину обробці сульфатною кислотою:

Са3(РО4)2 + 3Н2SO4 = 2Н3РО4 + 3СаSO4

Ортофосфатна кислота Н3РО4 — тверда, добре роз#чинна у воді, неотруйна речовина, електроліт середньоїсили. Застосовують у виробництві добрив, емалей, зама#зок для склеювання порцеляни, у фармацевтичній і хар#човій промисловості.

Ортофосфатна кислота є трьохосновною, а тому вонадисоціює ступінчасто й утворює три види аніонів:

H3PO4 � H+ + H2PO дигідрогенортофосфат

H2PO � H+ + HPO гідрогенортофосфат

HPO � H+ + PO ортофосфат

H3PO4 � 3H+ + PO

Напишіть формули середньої і кислих солей Барію та ортофос#фатної кислоти.

Зважаючи на можливість утворення солей ортофос#фатної кислоти з кислотним залишком різного складу,при розв’язуванні задач, за умовами яких одну з речовинузято в надлишку, потрібно розглядати кількісні відно#шення в трьох рівняннях.

Задача. Обчисліть масу солі, що утвориться в реакціїміж ортофосфатною кислотою кількістю речовини0,1 моль і калій гідроксидом масою 11,2 г.

Р о з в ’ я з а н н я1. Запишемо скорочений запис умови задачі.Дано:νH3PO4 = 0,1 мольm КОН = 11,2 гmсолі — ?

83

–4

–4

2–4

2–4

3–4

3–4

MGdz

.pp.

ua

2. Запишемо рівняння можливих реакцій і розгляне#мо кількісні відношення речовин у них:

а) КОН + H3PO4 = КH2PO4 + Н2О1 моль 1 моль 1 моль

б) 2КОН + H3PO4 = К2HPO4 + 2Н2О2 моль 1 моль 1 моль

в) 3КОН + H3PO4 = К3PO4 + 3Н2О3 моль 1 моль 1 моль

За рівнянням а) νКОН : νКH2PO4 = 1 : 1

За рівнянням б) νКОН : νК2HPO4 = 2 : 1

За рівнянням в) νКОН : νК3PO4 = 3 : 1

3. Розглянемо кількісні відношення речовин за умо#

вою задачі. Спочатку за формулою ν = обчислимо

кількість речовини калій гідроксиду:

νКОН = 11,2 г : 56 г/моль = 0,2 моль

За умовою задачі νКОН : νН3PO4 = 0,2 : 0,1, або 2 : 1

З можливих рівнянь реакцій у кількісному відношен#ні 2 : 1 (без залишку!) речовини взаємодіють за рівнян#ням б) з утворенням кислої солі калій гідрогенортофос#фату. Тому подальші обчислення здійснюватимемо зацим рівнянням.

4. Обчислимо кількість речовини калій гідрогенорто#фосфату:

νК2НPO4 = νН3PO4 = 0,1 моль

За відомою кількістю речовини обчислюємо масуутвореної солі:

mК2НPO4 = ν · М = 0,1 · 174 = 17,4 (г)

Відповідь: речовини прореагували без залишку, утво#рилася кисла сіль калій гідрогенортофосфат масою17,4 г.

84

mМ

MGdz

.pp.

ua

Запитання і завдання для самоконтролю знань

1. Хімізм виробництва нітратної кислоти відображає схема:

+Н2 + О2, кат. + О2 + Н2О + О2N2 � NH3 � NO � NO2 � HNO3

Напишіть за схемою молекулярні рівняння реакцій. Чи будуть ціреакції окисно#відновними?

2. Генетичний зв’язок фосфору та його сполук відображає схема:

Р � Р2О5 � Н3РО4 � Ва3(РО4)2

Підтвердіть його записом молекулярних рівнянь реакцій, останнєрівняння розгляньте в йонно#молекулярній формі.

3. Наведіть приклади застосування нітратної кислоти та нітратів.4. Оцініть вплив нітратів на здоров’я людини, наведіть приклади

ланцюгів живлення, якими нітрати можуть потрапити в організмлюдини.

5*. Обчисліть, чи вистачить міді масою 32 г для одержання куп#рум(ІІ) нітрату, якщо для реакції використати концентровану нітрат#ну кислоту масою 600 г з масовою часткою розчиненої речовини 50 %.

6*. Яка сіль утвориться внаслідок взаємодії розчину натрійгідроксиду масою 50 г з масовою часткою лугу 16 % і розчину орто#фосфатної кислоти масою 200 г з масовою часткою розчиненої речо#вини 9,8 %?

Вивчаючи природознавство, ви дізналися про існування доб#рив — речовин чи їхніх сумішей, що роблять добру справу — збага#чують ґрунт поживними речовинами, сприяють одержанню висо#ких урожаїв.

У рослинних організмах налічується майже 70 хімічнихелементів (їх ще називають елементами живлення рослин). Такі

85

§ 11. Загальні відомості про мінеральні добрива

Добрива — це речовини чи суміші речовин, що містять хімічні елементи, необхідні для росту й розвитку рослин.

Добрива вносять у ґрунт для збільшення врожайностісільськогосподарських культур і підвищення їх стійкості

до несприятливих кліматичних умов.M

Gdz.p

p.ua

елементи, як Нітроген, Калій, Фос#фор надходять до них з ґрунту в най#більшій кількості. Без Нітрогену неможуть утворюватися білкові моле#кули, без Фосфору — нуклеїновікислоти, вітаміни. Завдяки Каліюпришвидшується фотосинтез, поліп#шується накопичення сахарози вцукрових буряках і крохмалю в кар#топлі, зміцнюються стебла злаковихрослин.

Зовнішніми ознаками нестачіНітрогену є дрібнолистковість, галь#мування росту рослин, послабленеутворення бокових пагонів і коренів.Листки набувають блідо#зеленого за#барвлення, починають відмирати(рис. 32).

Нестача Фосфору проявляєтьсяв зміні зеленого забарвлення листківна синювато#зелене з бронзовимвідтінком, вони стають дрібними йвузькими (рис. 33). Окрім цього,гальмується ріст рослин і дозріванняврожаю.

За нестачі Калію в рослин жовтієлистя, пожовтіння починається зкраїв, які згодом стають бурими,гальмується розтягнення і ріст клі#тин (рис. 34).

Щоб відновити вміст цих еле#ментів у ґрунті природним способом,потрібний тривалий час, тому без до#даткового внесення добрив урожаї зроку в рік неминуче знижуються.Аби запобігти цьому, виготовляють івносять у ґрунт мінеральні й органіч#ні добрива. Підраховано, що в умо#вах України 1 грн, витрачена на ви#робництво добрив, дає в середньому2–3 грн прибутку.

У хімічній промисловості вироб#ляють різні добрива (рис. 35).

86

Рис. 32. Зовнішні ознакидостатнього запезпеченняНітрогеном (а, в) і нестачіНітрогену (б, г) у листках

тютюну та картоплі

Рис. 33. Зовнішні ознакинестачі Фосфору

Рис. 34. Зовнішні ознакинестачі Калію: у картоплі (а);

конюшині (б); чорній смородині (в)

а б

а

б

в

в г

MGdz

.pp.

ua

Розгляньте рисунок 36 та ознайомтеся з класифікацією добрив запоходженням і вмістом поживних речовин.

З біології вам відомо, що рослини засвоюють речовини з ґрунтулише в розчиненому стані. Під впливом полярних молекул водивідбувається електролітична дисоціація сполук, які входять доскладу мінеральних добрив, на відповідні йони. Далі вони всмокту#

87

Рис. 35. Склад з мінеральними добривами

Рис. 36. Схема класифікації добрив

Мінеральні(неорганічні) Органічні Мікродобрива

Азотні Фосфорні Калійні

Добрива

MGdz

.pp.

ua

ються кореневою системою й транспортуються по стеблу до всіхорганів рослин.

Діюча (поживна) речовина в добриві. Відразу зазначимо, щопоживна речовина й форма засвоєння добрив — різні поняття.

Для азотних добрив за діючу речовину обрано Нітроген, для ка#лійних — калій оксид, для фосфорних — фосфор(V) оксид. Умістдіючої речовини обчислюють, виходячи з формули добрива.Наприклад, щоб обчислити вміст діючої речовини в азотному доб#риві амоній сульфаті, потрібно обчислити масову частку елементаНітрогену в цій сполуці:

2ArNω (N) = = 0,2121, або 21,21 %Mr(NH4)2SO4

Відповідно вміст діючої речовини калій оксиду в калійних

добривах обчислюють за формулою: ω(K2O) = , а вміст

фосфор(V) оксиду у фосфорних добривах — за формулою:

ω(Р2O5) = .

Обчисліть уміст поживних речовин у калійному добриві калійнітраті й фосфорному добриві подвійному суперфосфаті, форму#ла якого Са(Н2РО4)2.

Добрива завжди містять певну частку домішок, тому насправдівміст поживної речовини дещо менший за обчислений теоретично.

88

Йони, у складі яких елемент живлення надходить до рослинного організму, дістали назву форма

засвоєння добрив. Формами засвоєння Нітрогену є катіони NH та аніони NO , Калію — катіони К+,

Фосфору — аніони H2PO .

+4

–3 –

4

Діюча речовина — це загальноприйнята характеристикадобрив, яку використовують при порівнянні добрив

у розрахунках норми їх внесення в ґрунт.

MrK2O2Mr добрива

MrР2O5

Mr добриваMGdz

.pp.

ua

Приклади добрив та їхні окремі характеристики наведено в таб#лиці 5.

Таблиця 5Мінеральні добрива

89

Назва Формула Фізичні характеристики

Калійнаселітра KNO3

Безбарвна, кристалічна,негігроскопічна

Амонійна селітра NН4NO3

Білого або жовтуватогокольору, гігроскопічна,при висиханні утворюєгрудки, може вибухати тарозкладатися з виділен#ням амоніаку

Кальцієваселітра Са(NO3)2

Гранули сірого кольору,добре розчиняються уводі, злежуються, маютьвисоку гігроскопічність

Натрієваселітра NаNO3

Білого або жовтуватогокольору, гігроскопічна,злежується

Амоній хлорид NН4СІ

Білого або жовтуватогокольору, малогігроско#пічний

Амоній сульфат (NН4)2SO4

Білого кольору (черезнаявні домішки може бути сірого або зеленува#того), кристалічний, малогігроскопічний

Амоніачна вода NН3 · Н2О Рідина з різким запахом

амоніаку

Простий суперфосфат Са(Н2РО4)2 + 2СаSO4

Порошок або гранули сірого кольору, злегказлежується, погано роз#чинний у воді

Подвійний суперфосфат Са(Н2РО4)2 · Н2О

Зовні нагадує простийсуперфосфат, має добрурозчинність у воді

Преципітат СаНРО4 · 2Н2ОСіра, світло#сіра речови#на, погано розчинна уводі, не злежується

АЗ

ОТ

НІ

ФО

СФ

ОР

НІM

Gdz.p

p.ua

Продов. таблиці

Виконайте лабораторний дослід 7 та переконайтеся у фізичнихвластивостях добрив, зазначених у таблиці.

Роль хімії в розв’язуванні продовольчої проблеми. Нині ви#робництво продуктів харчування, зокрема рослинного походжен#ня, турбує все людство. З роками посівних площ стає все менше

90

Назва Формула Фізичні характеристики

Фосфоритне борошно Са3(РО4)2

Порошок сірого або бурого кольору, виготов#лений розмелюваннямприродних фосфоритів

Амофос NН4Н2РО4

Порошок білого кольору(через наявні домішки —сіруватого), кристаліч#ний, негігроскопічний

Калій хлорид КCl

Біла дрібнокристалічнаречовина, добре розчин#на у воді, негігроскопіч#на, під час зберіганнясильно злежується, томувипускають у гранульо#ваній формі

Каїніт КCl · MgSO4 · 3 Н2ОКристалічна речовинасвітло#сірого або сірогокольору

Сильвініт КСl · NaCl

Кристалічна речовина,рожевого кольору, мало#гігроскопічна, добре роз#чинна у воді

Калій сульфат К2SO4

Білі кристали, добре розчиняються у воді, негігроскопічний

Поташ К2СO3

Дрібнокристалічний порошок, висока гігроскопічність

Калійна сіль КCl + домішки NaCl Гігроскопічна, злежується

КА

ЛІЙ

НІ

MGdz

.pp.

ua

і менше, а наявні збіднюються на вміст елементів живлення. Вийтиз такої критичної ситуації дає змогу раціональне використаннядобрив. В індивідуальних господарствах здебільшого послугову#ються органічним добривом — перегноєм, у колективних — неорга#нічними. Найчастіше добрива вносять у ґрунт під час оранки, хочапрактикують і прикореневе підживлення в період активної вегетації.

Кімнатні рослини підживлюють розчином спеціально підібра#ної суміші добрив навесні та на початку літа. Щоб добрива прино#сили найбільшу користь, потрібно знати, коли та які добрива най#краще використати, який спосіб внесення обрати, як узгодити часвнесення добрива з погодними умовами та багато чого іншого. Це єпредметом дослідження агрохімії.

У 8 класі ви дізналися, що видатний російський вченийД. І. Менделєєв не лише відкрив періодичний закон і запропонувавйого графічне вираження у формі періодичної системи, а й зробиввагомий внесок у розвиток різних галузей науки, промисловості,сільського господарства. Його здобутком в агрохімії стали роз#робки методів добування мінеральних добрив і хімічного аналізуґрунтів.

Фундаментальні дослідження живлення рослин і застосуваннядобрив, які є загальновизнаними в агрохімії й здобули світове ви#знання, здійснив російський учений Д. М. Прянишников.

Дмитро Миколайович Прянишни!ков (1865–1948) — учень і послідовникК. А. Тимірязєва, автор понад 550 науко!вих праць, серед яких основними є праціз наукових основ живлення рослин. Буводним з організаторів науково!дослідно!го інституту, що нині має назву Нау!ково!дослідний інститут агрохімії іменіД. М. Прянишникова. Йому належатьтеорія азотного живлення рослин, схемаперетворення нітрогеновмісних речовину рослинах, апробація різних видів доб!рив в основних аграрних районах колиш!нього СРСР, зокрема України. Вченийдосліджував вапнування кислих ґрунтів,

91

Агрохімія — наука, що вивчає взаємопов’язані хімічній біологічні процеси в ґрунті та рослинах, виявляє шляхипідвищення врожайності сільськогосподарських культур.

Дмитро Прянишников

MGdz

.pp.

ua

гіпсування солончаків, застосування органічних добрив, удоскона!лення методів вивчення живлення рослин, аналізу рослин і ґрунтів.Унесок Д. М. Прянишникова в науку було оцінено високими держав!ними нагородами СРСР.

Виробництво добрив в Україні. У нашій країні найбільшевиробляють азотних добрив. Як сировину використовують азот, щовходить до складу повітря.

Повторіть властивості сполук Нітрогену й напишіть рівнянняреакцій, за допомогою яких виробляють азотні добрива, якщосхема їх виробництва така:азот � амоніак � нітроген(ІІ) оксид � нітроген(ІV) ок!сид � нітратна кислота � калій нітрат (натрій нітрат, амонійнітрат).

Прикладом того, як відходи одного виробництва можна вико#ристовувати для одержання цінної продукції, є виробництво азот#них добрив з амоніачної води, що утворюється під час коксуваннявугілля.

Виробництво азотних добрив зосереджено на Донбасі й При#дніпров’ї. Сировиною для виробництва калійних добрив є природ#ні калієві солі вітчизняних родовищ. Промислове виробництвокалійних добрив сконцентроване в Західній Україні, оскільки тамнайбільші родовища калійних солей: Калусько#Глинське, Стеб#ницьке й Бориславське. Видобувають калійні солі й на Донбасі,поблизу міст Слов’янська та Артемівська.

Виробництво фосфорних добрив ґрунтується переважно наімпортованих з Росії фосфоритах. Заводи збудовано в Сумах,Костянтинівці, Одесі. Фосфорні добрива також виробляютьпідприємства чорної і кольорової металургії, зокрема завод «Азов#сталь» (м. Маріуполь).

Україна виробляє мінеральні добрива не лише для потреб віт#чизняного сільського господарства, а й експортує їх за кордон.

Досліджуємо речовини та їх властивості

Лабораторний дослід 7. Ознайомлення зі зразкамиазотних, фосфорних і калійних добрив.

Завдання 1. Ознайомтеся зі зразками виданих вам не#органічних добрив, поділіть їх на групи: азотні, калійні,фосфорні.

Завдання 2. Дослідіть розчинність виданих вам зраз#ків добрив за кімнатної температури.

92

MGdz

.pp.

ua

93

Щоб виконати це завдання, зважте однакові порціїдобрив, помістіть їх в однакові об’єми води, перемішайтескляними паличками кожну із сумішей і зафіксуйте, якедобриво розчинилося найшвидше, яке — повільніше,а яке — неповністю. Зробіть висновок про розчинністьвиданих вам зразків добрив.

Завдання 3. Назви, формули речовин і деякі їх фізич#ні характеристики запишіть у робочий зошит у виглядітаблиці, класифікувавши добрива за наявними елемен#тами живлення.

Завдання 4. З’ясуйте, чи є серед розглянутих вамидобрив складні добрива (кілька елементів живлення вскладі однієї сполуки).

Завдання 5. Якщо добрив з однією і тією самою по#живною речовиною два чи більше, обчисліть і зробітьвисновок, у якому з них уміст поживної речовини най#більший.

Для тих, хто вивчає хімію на академічному рівні

За наявністю в добривах поживних речовин їх поді#ляють на прості (містять один поживний елемент)і комплексні (містять кілька поживних елементів).

Промисловість випускає повні комплексні добрива(містять елементи Нітроген, Фосфор, Калій) і неповні(містять два поживних елементи — переважно Нітрогені Фосфор).

Залежно від способу одержання комплексні добривабувають складними і складнозмішаними.

Складні добрива містять кілька поживних елементіву складі однієї хімічної сполуки: амофос NH4H2PO4, ка#лійна селітра KNO3 та ін.

До складнозмішаних, або комбінованих, добрив на#лежать комплексні добрива, які одержують в єдиномутехнологічному циклі, що містять два або три основнихелементи живлення в одній гранулі.

Назва Формула Агрегат/ний стан Колір Розчин/

ність у воді Запах

MGdz

.pp.

ua

94

Часто на основі простих добрив виготовляють змі�шані — суміші деяких простих добрив, які можна змішу#вати для ефективності їх дії. Для виготовлення такихдобрив розроблені схеми змішувань. Перевагою зміша#них добрив над складними й складнозмішаними, якімають постійний склад, є те, що під час їх виготовленняможна змінювати, залежно від потреби, уміст того чиіншого елемента живлення. У сучасному сільському гос#подарстві перевагу віддають використанню комплекснихдобрив, збагачених мікроелементами.

З природознавства та біології ви знаєте, що до основ#них сільськогосподарських культур в Україні належатьзернові й овочеві культури, цукрові буряки. Щоб матистабільно високі врожаї цих та інших культур, азотнідобрива вносять з розрахунку від 30 до 180 кг Нітрогенуна 1 га, фосфорних — 45–90 кг P2O5 на 1 га, калійних —45–60 кг К2О на 1 га. Ці загальні норми змінюються за#лежно від ґрунтово#кліматичних умов і вирощуванихсільськогосподарських культур.

Якщо ви проживаєте в сільській місцевості, з’ясуйте, яку площузаймають сільськогосподарські культури одного з колективнихгосподарств, і обчисліть щорічну його потребу в мінеральнихдобривах (з розрахунку на діючі речовини та конкретне добриво).

Запитання і завдання для самоконтролю знань

1. Дайте визначення мінеральних добрив, наведіть приклади.2. Обґрунтуйте роль хімічних добрив як джерела мінерального

живлення рослин.3. У якому з нітратних добрив — амонійній селітрі чи кальцієвій

селітрі — уміст поживної речовини більший?4. Як ви вважаєте, чому для хліборобів важливо знати про гігро#

скопічність добрива?5*. У складі малих навчальних груп оцініть значення виробництва

та раціонального використання добрив для розв’язування продо#вольчої проблеми, виконавши навчальний проект за темою «Міне#ральні добрива: позитивні й негативні наслідки застосування».

6*. Якщо ви захоплюєтеся вирощуванням кімнатних рослин,з’ясуйте за різними інформаційними джерелами, якими добривами йколи потрібно підживлювати ваші рослини. Розрахуйте норми їхживлення.

MGdz

.pp.

ua