LABORATORNÍ PRÁCE

Cíl práce– seznámení s nejdůležitějšími třídami anorganických sloučenin: oxidy, hydroxidy, soli, způsoby jejich přípravy a vlastnosti.

TEORETICKÁ ČÁST

K dnešnímu dni je známo asi 300 tisíc anorganických sloučenin. Lze je rozdělit do tří hlavních tříd: oxidy, hydroxidy a soli.

OXIDY - produkty spojení prvků s kyslíkem.

Oxidy lze získat reakcí prvku s kyslíkem:

2Mg + O2 \u003d MgO,

4P + 5O 2 \u003d 2 P 2 O 5

nebo rozkladná reakce komplexní látky:

CaCO 3 \u003d CaO + CO 2,

2 Zn(NO 3) 2 \u003d 2 ZnO + 4 N02 + O 2.

Existují soli tvořící a nesolnotvorné oxidy a také peroxidy.

Oxidy tvořící soli dále se dělí na zásadité, kyselé a amfoterní.

Zásadité oxidy tvoří alkalické kovy (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), kovy alkalických zemin (Mg, Ca, Sr, Ba) a kovy s proměnným oxidačním stavem, nacházející se v postranních podskupinách PTM v jejich nejnižších oxidačních stavech +1 , +2 (například: Zn, Cd, Hg, Cr, Mn atd.). Jejich hydroxidy jsou báze.

Báze, které jsou vysoce rozpustné ve vodě alkalických kovů se nazývají alkálie. Lze je získat rozpuštěním odpovídajících oxidů ve vodě, například:

Na20 + H20 \u003d 2NaOH

Hydroxidy (zásady) kovů alkalických zemin (Mg, Ca, Sr, Ba) vznikají také při rozpuštění příslušných oxidů ve vodě, avšak všechny, kromě hydroxidu barnatého Ba (OH) 2, jsou málo nebo málo rozpustné .

Zásadité oxidy reagují s kyselými oxidy a kyselinami za vzniku solí:

CaO + C02 \u003d CaC03;

CuO + 2 HCl \u003d CuCl2 + H20.

Oxidy kyselin tvoří nekovy (B, C, N, P, S, Cl atd.), stejně jako kovy s proměnným stupněm oxidace, nacházející se v postranních podskupinách PTM, v jejich vyšší stupně oxidace +5, +6, +7 (například: V, Cr, Mn atd.).

Hydráty oxidů kyselin jsou kyseliny, které lze získat reakcí oxidů kyselin s vodou:

SO3 + H20 \u003d H2SO4

Oxidy kyselin reagují se zásaditými oxidy a zásadami:

S02 + Na20 \u003d Na2S03;

N205 + 2 NaOH \u003d 2 NaN03 + H20.

Amfoterní oxidy tvoří kovy hlavních podskupin PTM (například: Al 3+, Sn 2+, Pb 2+ atd.) a kovy s proměnným stupněm oxidace, nacházející se v postranních podskupinách PTM, ve středních oxidačních stavech +3 , +4 (Cr, Mn, atd.). Jejich hydroxidy (hydráty) vykazují jak zásadité, tak kyselé vlastnosti. Amfoterní oxidy reagují s kyselinami i zásadami:

Cr203 + 6 HCl = 2 CrCl3 + 3 H20;

Cr203 + 2 NaOH = 2 NaCr02 + H20

. Nesolnotvorné oxidy málo (například CO, NO, N 2 O), netvoří soli ani s kyselinami, ani s bázemi.

Peroxidy - deriváty peroxidu vodíku (H 2 O 2). Peroxidy alkalických kovů (Li, Na, K, Rb, Cs) a kovy alkalických zemin(Ca, Sr, Ba) označují soli peroxidu vodíku. V nich jsou atomy kyslíku propojeny kovalentní vazbou (například K 2 O 2: K - O - O - K) a snadno se rozkládají eliminací atomárního kyslíku, proto jsou peroxidy silnými oxidačními činidly

HYDROXIDY - produkty sloučeniny jsou čiré hydroxidy (zásady), kyselé oxidy s vodou. Existují zásadité hydroxidy (kyseliny) a amfoterní hydroxidy (amfolyty).

Zásadité hydroxidy (zásady) disociovat v roztoku na kovové ionty a hydroxidové ionty:

NaOH ↔ Na + + OH ‾ .

Kyselost zásady je určena počtem hydroxidových iontů OH‾, které se nazývají funkční skupiny důvody. Podle počtu funkčních skupin se rozlišují zásady jednokyselé (například: NaOH), dvoukyselé (například: Ca (OH) 2), tříkyselé (například: Al (OH) 3).

Polykyselinové báze disociují v krocích:

Ca(OH) 2 ↔ (CaOH) + + OH ‾ , (CaOH) + ↔ Ca 2+ + OH ‾ .

Vodné roztoky vysoce rozpustných zásad (alkálií) mění barvu indikátorů . V alkalických roztocích se fialový lakmus zbarví do modra, bezbarvý fenolftalein do karmínové a methyloranž do žluté.

Báze reagují s kyselinami za vzniku solí a vody:

NaOH + HCl \u003d NaCl + H20.

Jestliže se báze a kyselina berou v ekvimolárních poměrech, pak se médium stane neutrálním a taková reakce se nazývá neutralizační reakce.

Mnoho ve vodě nerozpustných zásad se při zahřívání rozkládá:

Cu (OH)2 \u003d CuO + H20.

Alkálie se získávají rozpuštěním oxidů ve vodě:

K20 + H20 \u003d 2 KOH.

Zásady nerozpustné ve vodě lze získat působením alkálií na rozpustné soli kovů:

CuS04 + 2 NaOH \u003d Cu (OH) 2 ↓ + Na2S04.

Kyselé hydroxidy (kyseliny) disociují na vodíkové ionty H + (přesněji hydroniové ionty H 3 O +) a kyselý zbytek:

HCl ↔ H + + Cl ‾ .

Zásaditost kyseliny je dána počtem vodíkových iontů, které se u kyseliny nazývají funkční skupiny, např.: HCl je jednosytná, H 2 SO 4 je dvojsytná, H 3 PO 4 je trojsytná.

Vícesytné kyseliny disociují v krocích:

H 2 SO 3 ↔ H + + HSO 3 ‾; HSO 3 ‾ ↔ H + + SO 3 ‾ .

Existují kyseliny bez kyslíku(HCl, HI, H2S, HCN atd.) a obsahující kyslík (HN03, H2S04, H2S03, H3P04 atd.).

V kyselých roztocích lakmus zčervená, methylová oranž zrůžoví a fenolftalein zůstane bezbarvý.

Kyseliny se získávají rozpuštěním oxidů kyselin ve vodě:

P205 + 3 H20 \u003d 2H3PO4

nebo reakcí výměny soli s kyselinou:

Ca3(P04)2 + 3 H2SO4 \u003d 3 CaS04 + 2 H3PO4.

Amfoterní hydroxidy(A mfolity) jsou hydroxidy, které v reakcích vykazují jak zásadité, tak kyselé vlastnosti. Patří sem Be (OH) 2, Al (OH) 3, Zn (OH) 2, Cr (OH) 3 aj. Amfoterní hydroxidy reagují s bázemi jako kyseliny, s kyselinami jako báze:

Cr(OH)3 + 3 HCl = CrCl3 + 3 H20;

Cr (OH) 3 + 3 NaOH \u003d Na3.

SOLI během disociace tvoří kovové ionty (kationty) (nebo amonný ion NH 4 +) a ionty (anionty) zbytků kyselin:

Na 2 SO 4 ↔ 2 Na + + SO 4 2 ‾ ,

NH 4 NO 3 ↔ NH 4 + + NO 3 ‾ .

Rozlišujte soli střední, kyselé a zásadité.

Střední soli lze považovat za produkty úplného nahrazení atomů vodíku v kyselině atomy kovů nebo hydroxoskupinami zásady kyselými zbytky: NaCl, K 2 SO 4, AlPO 4 .

H2S04 + Ba(OH)2 = BaS04 + 2H20

KOH + HNO3 \u003d KNO3 + H20

Střední soli disociují na kovové kationty a anionty zbytků kyselin:

AlPO 4 ↔ Al 3+ + PO 4 3 ‾.

Kyselé soli(hydrosoli) jsou produkty neúplného nahrazení atomů vodíku vícesytných kyselin atomy kovů: NaHSO 4, Al (H 2 PO 4) 3, KHCO 3 ^

H2S04 + NaOH = NaHS04 + H20

Disociace soli kyseliny je vyjádřena rovnicí:

Al(H 2 PO 4) 3 ↔ Al 3+ + 3 (H 2 PO 4) ‾ .

Anion (H 2 PO 4) ‾ podléhá v malé míře další disociaci.

soliBaz(hydroxysoli) jsou produkty neúplného nahrazení hydroxoskupin polykyselinové báze kyselými zbytky: AlOHSO 4, MgOHCl, (CuOH) 2 SO 4 .

Mg(OH)2 + HC1 \u003d MgOHCI + H20

Disociace bazické soli je vyjádřena rovnicí:

AlOHSO 4 ↔ (AlOH) 2 + + SO 4 2‾.

Kation (AlOH) 2+ podléhá v malé míře další disociaci.

Střední soli lze získat mnoha způsoby:

kombinace kovu a nekovu: 2 Na + Cl 2 = 2 NaCl;

kombinace bazických a kyselých oxidů: CaO + CO 2 \u003d CaCO 3;

vytěsněním vodíku nebo méně aktivního kovu aktivním kovem:

Zn + 2 HCl \u003d H2 + ZnCl 2,

Zn + CuSO 4 \u003d ZnSO 4 + Cu;

neutralizační reakce: NaOH + HCl = NaCl + H20;

výměnná reakce: Ba (NO 3) 2 + Na 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2 NaNO 3 atd.

Kyselé soli lze získat v kyselém prostředí:

NaOH + H2S04 (přebytek) = NaHS04 + H20;

Na3P04 + 2 H3P04 (přebytek) = 3 NaH2PO4.

Zásadité soli lze získat v alkalické prostředí:

H2SO4 + 2 Cu (OH) 2 (přebytek) \u003d (CuOH) 2SO 4 + Na2S04,

2 CuSO 4 + 2 NaOH (nedostatek) = (CuOH) 2 SO 4 + Na 2 SO 4

Kyselé soli s přebytkem alkálií a zásadité soli s přebytkem kyseliny se mění na střední soli: NaHSO 4 + NaOH (přebytek) \u003d Na 2 SO 4 + H 2 O,

(CuOH)2S04 + H2S04 (přebytek) = 2 CuS04 + 2 H20.

Mnoho kovů je charakterizováno komplexními sloučeninami, které se v roztoku disociují jako silné elektrolyty a tvoří stabilní komplexní ionty:

CuS04 + 8NH4OH (přebytek) = (OH)2 + SO4 + 8 H20.

Stupeň disociace komplexních sloučenin je nevýznamný:

(OH) 2 ↔ 2+ + 2OH ‾

SO 4 ↔ 2+ + SO 4 2‾

Komplexní sloučeniny mnoho d-kovů je barevných, což umožňuje jejich použití v analytické praxi pro detekci kovových iontů.

Existují také podvojné soli tvořené různými kovy a jedním zbytkem kyseliny (KAl (SO 4) 2) a smíšené, tvořené jedním kovem a různými zbytky kyselin (CaClOCl).

zásadité nebo kyselé.

PRAKTICKÁ ČÁST

PŘÍPRAVA A VLASTNOSTI OXIDŮ

Při studiu látky předchozích odstavců jste se již s některými látkami seznámili. Například molekula plynného vodíku se skládá ze dvou atomů chemického prvku vodíku -

Jednoduché látky jsou látky, které obsahují atomy stejného typu.

Mezi jednoduché látky z látek vám známých patří: kyslík, grafit, síra, dusík, všechny kovy: železo, měď, hliník, zlato atd. Síra je tvořena pouze atomy chemického prvku síry, zatímco grafit je tvořen atomy chemického prvku uhlíku. Je nutné jasně rozlišovat mezi pojmy "chemický prvek" A "jednoduchá látka".

Například diamant a uhlík nejsou totéž.

Uhlík je chemický prvek a diamant je jednoduchá látka tvořená chemickým prvkem uhlík. V tomto případě se chemický prvek (uhlík) a jednoduchá látka (diamant) nazývají odlišně.

Chemický prvek a jemu odpovídající jednoduchá látka se často nazývají stejně. Například prvku kyslík odpovídá jednoduchá látka – kyslík. Je třeba se naučit rozlišovat, kde mluvíme o prvku, a kde o látce! Například, když říkají, že kyslík je součástí vody, mluvíme o prvku kyslík. Když říkají, že kyslík je plyn nezbytný k dýchání, mluvíme o jednoduché látce, kyslíku. Jednoduché látky chemické prvky rozdělena do dvou skupin - kovy a nekovy.

Kovy a nekovy se zásadně liší svými fyzikálními vlastnostmi. Všechny kovy na normální podmínky pevné látky, s výjimkou rtuti - jediný tekutý kov.

Kovy jsou neprůhledné, mají charakteristický kovový lesk. Kovy jsou tažné a dobře vedou teplo elektřina.Nekovy si nejsou podobné ve fyzikálních vlastnostech. Takže vodík, kyslík, dusík jsou plyny, křemík, síra, fosfor jsou pevné látky. Jediný kapalný nekov - brom - je hnědočervená kapalina Pokud nakreslíte podmíněnou čáru od chemického prvku bór k chemickému prvku astat, pak v dlouhé verzi

periodického systému nad čarou jsou nekovové prvky a pod ní - kov. V krátké verzi periodické tabulky jsou nekovové prvky umístěny pod touto čarou a kovové i nekovové prvky jsou nad ní. To znamená, že je pohodlnější určit, zda je prvek kovový nebo nekovový pomocí dlouhé verze periodického systému.

Toto rozdělení je podmíněné, protože všechny prvky tak či onak vykazují kovové i nekovové vlastnosti, ale ve většině případů je takové rozdělení pravdivé.

Složené látky a jejich klasifikace

Pokud složení jednoduchých látek zahrnuje atomy pouze jednoho typu, lze snadno odhadnout, že složení složitých látek bude zahrnovat několik typů různých atomů, alespoň dva. Příkladem složité látky je voda, znáte její chemický vzorec - H2O.

Molekuly vody se skládají ze dvou typů atomů: vodík a kyslík.

Komplexní látky Látky, které se skládají z různých typů atomů

Udělejme následující experiment. Smíchejte prášky síry a zinku. Směs položíme na plech a zapálíme dřevěným kahanem. Směs se vznítí a rychle hoří jasným plamenem. Po dokončení chemická reakce vznikla nová látka, která zahrnuje atomy síry a zinku. Vlastnosti této látky jsou zcela jiné než vlastnosti původních látek – síry a zinku.

Komplexní látky se obvykle dělí do dvou skupin: Ne organická hmota a jejich deriváty a organické látky a jejich deriváty. Například kamenná sůl je anorganická látka, zatímco škrob nacházející se v bramborách je organická látka.

Strukturní typy látek

Podle typu částic, které látky tvoří, se látky dělí na látky molekulární a nemolekulární struktura. Složení látky může zahrnovat různé strukturní částice, jako jsou atomy, molekuly, ionty. Proto existují tři typy látek: látky atomové, iontové a molekulární struktury. Látky různých typů struktury budou mít různé vlastnosti.

Látky atomové struktury

Příklad látek atomová struktura mohou být látky tvořené prvkem uhlík: grafit a diamant. Složení těchto látek zahrnuje pouze atomy uhlíku, ale vlastnosti těchto látek jsou velmi odlišné. Grafit- křehká, lehce peelingová hmota šedočerné barvy. diamant- transparentní, jeden z nejtvrdších minerálů na planetě. Proč mají látky složené ze stejného typu atomů různé vlastnosti? Je to všechno o struktuře těchto látek. Atomy uhlíku v grafitu a diamantu se vážou různými způsoby. Látky atomové struktury mají vysoké teploty varu a tání, jsou zpravidla nerozpustné ve vodě, netěkavé. Krystalová mřížka - pomocný geometrický obraz zavedený pro analýzu struktury krystalu

Látky molekulární struktury- Jsou to téměř všechny kapaliny a většina plynných látek. Existují také krystalické látky, jejichž složení krystalové mřížky zahrnuje molekuly. Voda je látka molekulární struktury. Led má také molekulární strukturu, ale na rozdíl od kapalné vody má krystalovou mřížku, kde jsou všechny molekuly přísně uspořádané. Látky s molekulární strukturou mají nízké body varu a tání, jsou obvykle křehké a nevedou elektrický proud.

Látky iontové struktury

Látky iontové struktury jsou pevné krystalické látky. Příkladem iontové sloučeniny je stolní sůl. Jeho chemický vzorec je NaCl. Jak vidíte, NaCl se skládá z iontů Na+ a Cl⎺, střídající se v určitých místech (uzlech) krystalové mřížky. Látky iontové struktury mají vysoké teploty tání a varu, jsou zpravidla křehké, vysoce rozpustné ve vodě a nevedou elektrický proud. Pojmy „atom“, „chemický prvek“ a „jednoduchá látka“ by se neměly zaměňovat.

• "Atom"- konkrétní koncept, protože atomy skutečně existují.
• "chemický prvek" je kolektivní, abstraktní pojem; v přírodě existuje chemický prvek ve formě volných nebo chemicky vázaných atomů, tedy jednoduchých a složitých látek.

Názvy chemických prvků a odpovídajících jednoduchých látek se ve většině případů shodují. Když mluvíme o materiálu nebo složce směsi - například baňka je naplněna plynným chlorem, vodní roztok brom, vezměme si kousek fosforu – mluvíme o jednoduché látce. Řekneme-li, že atom chloru obsahuje 17 elektronů, látka obsahuje fosfor, molekula se skládá ze dvou atomů bromu, pak máme na mysli chemický prvek.

Je třeba rozlišovat vlastnosti (charakteristiky) jednoduché látky (soubory částic) a vlastnosti (charakteristiky) chemického prvku (izolovaného atomu určitého typu), viz tabulka níže:

Sloučeniny je třeba odlišit od směsi, které se také skládají z různých prvků. Kvantitativní poměr složek směsi může být variabilní, a chemické sloučeniny mají stálé složení. Například do sklenice čaje můžete přidat jednu lžíci cukru nebo několik molekul sacharózy С12Н22О11 přesně obsahuje 12 atomů uhlíku, 22 atomů vodíku a 11 atomů kyslíku.

Složení sloučenin tedy může být popsáno jedním chemickým vzorcem a složením směs není. Složky směsi si zachovávají své fyzikální a Chemické vlastnosti. Pokud například smícháte železný prášek se sírou, vznikne směs dvou látek.

Síra i železo v této směsi si zachovávají své vlastnosti: železo je přitahováno magnetem a síra není smáčena vodou a plave na jejím povrchu. Pokud síra a železo spolu reagují, vzniká nová sloučenina vzorce FeS, který nemá vlastnosti ani železa, ani síry, ale má soubor vlastních vlastností. V souvislosti FeSželezo a síra jsou spolu vázány a nelze je oddělit metodami, které oddělují směsi.

Závěry z článku k tématu Jednoduché a složité látky

• Jednoduché látky- látky, které obsahují atomy stejného typu
• Prvky se dělí na kovy a nekovy
• Sloučeniny jsou látky, které obsahují různé typy atomů.
• Sloučeniny se dělí na organické a anorganické
• Existují látky atomové, molekulární a iontové struktury, jejich vlastnosti jsou různé
• Krystalová buňka je pomocný geometrický obraz zavedený pro analýzu krystalové struktury

Chemické sloučeniny a příbuzné fáze ve slitinách kovů jsou rozmanité. Charakteristika chemické sloučeniny:

1. Krystalová mřížka se liší od mřížek složek, které tvoří sloučeninu. Atomy jsou uspořádány. Chemické sloučeniny mají spojitou krystalovou mřížku (obr. 7).

2. Ve sloučenině je vždy zachován jednoduchý násobný poměr složek, který je umožňuje vyjádřit vzorcem: A n B m, složky A a B; n a m jsou prvočísla.

3. Vlastnosti sloučeniny se zřídka liší od vlastností jejích složek. Cu - HB35; Al - HB20; CuAl 2 - HB400.

4. Teplota tání (disociace) je konstantní.

5. Vznik chemické sloučeniny je doprovázen výrazným tepelným efektem.

Chemické sloučeniny se tvoří mezi složkami, které mají velký rozdíl v elektronická struktura atomy a krystalové mřížky.

Obrázek 7. Krystalové mřížky: a, b - sloučenina NaCl, c - sloučenina Cu2MnSn (článek se skládá z 8 atomů mědi, 4 atomů manganu a 4 atomů cínu) Obr.

Příkladem typických chemických sloučenin s normální mocností jsou sloučeniny Mg s prvky skupin IV-VI periodické soustavy: Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 2 P 2, Mg 2 Sb 2, Mg 3 Bі 2, MgS atd. Sloučeniny některých kovů s jinými se nazývají intermetalické sloučeniny. chemická vazba u intermetalických je častěji kovový.

Velké číslo chemické sloučeniny vytvořené ve slitinách kovů se v některých rysech liší od typických chemických sloučenin, protože se neřídí zákony valence a nemají konstantní složení. Zvažte nejdůležitější chemické sloučeniny vytvořené ve slitinách.

Fáze realizace

Přechodné kovy (Fe, Mn, Cr, Mo, Ti, V, W atd.) se tvoří s nekovy C, N, H sloučeniny: karbidy (s S), nitridy (s N), boridy (s V), hydridy (s H). Tyto fáze se často nazývají implementační fáze.

Fáze implementace mají vzorec:

M 4 X(Fe4N, Mn4N atd.),

M 2 X(W2C, Mo2C, Fe2N, Cr2N atd.),

MX(WC, TiC, VC, NbC, TiN, VN atd.).

Krystalová struktura intersticiálních fází je určena poměrem atomových poloměrů nekovu (Rx) a kovu (Rm).

Pokud Rx/Rm< 0,59, то атомы металла в этих фазах расположены по типу одной из простых кристаллических решеток: кубической (К8, К12) и гексагональной (Г12), в которую внедряются атомы неметалла, занимая в ней определенные поры.

Intersticiální fáze jsou fáze různého složení a odpovídající (chemické) vzorce obvykle charakterizují maximální obsah kovů v nich.

Intersticiální fáze mají vysokou: elektrickou vodivost, bod tání a vysokou tvrdost.

Intersticiální fáze mají krystalovou mřížku odlišnou od mřížky rozpouštědla.

Na základě realizačních fází se snadno tvoří odčítání pevných řešení(VC, TiC, ZrC, NbC), některé atomy v místech mřížky chybí.

Elektronické spoje.

Tyto sloučeniny vznikají mezi jednomocnými (Cu, Ag, Au, Li, Na) kovy nebo kovy přechodných skupin (Mn, Fe, Co atd.), jednak s jednoduchými kovy s mocenstvím 2 až 5 ( Be, Mg, Zn, Cd, Al atd.) na druhé straně.

Sloučeniny tohoto typu (definované anglickým fyzikem kovů Humem-Rotherym) se vyznačují určitým poměrem valenčních elektronů k počtu atomů: 3/2; 21/13; 7/4; každý poměr odpovídá určité krystalové mřížce.

Při poměru 3/2 vzniká bcc mřížka (označená? - fáze) (CuBe, CuZn, Cu 3 Al, Cu 5 Sn, CoAl, FeAl).

Při 21/13 mají složitou kubickou mřížku (52 atomů na buňku) - ? - fáze (Cu 5 Zn 8, Cu 31 Sn 8, Cu 9 Al 4, Cu 31 Si 8).

V 7/4 je těsně uzavřená šestiúhelníková mřížka, označovaná? - fáze (CuZn 3, CuCd 3, Cu 3 Si, Cu 3 Sn, Au 3 Sn, Cu 5 Al 3).

Elektronické sloučeniny se nacházejí v mnoha technických slitinách - Cu a Zn, Cu a Sn (cín), Fe a Al, Cu a Si atd. Obvykle jsou v systému pozorovány všechny tři fáze (?,?,?).

Elektronové sloučeniny mají určitý poměr atomů, krystalová mřížka se liší od mřížek složek – to jsou znaky chemické látky. spojení. Ve sloučeninách však neexistuje žádné uspořádané uspořádání atomů. S poklesem teploty (po zahřátí) dochází k částečnému řazení, nikoli však úplnému. Elektronické sloučeniny se tvoří se složkami, které tvoří pevné roztoky v širokém rozmezí koncentrací.

Tento typ sloučenin by tedy měl být považován za meziprodukt mezi chemickými sloučeninami a pevnými roztoky.

Tabulka č. 1 – Elektronická připojení

Lavesovy fáze

Mít vzorec AB 2 , vznikají při poměru atomových průměrů složek D A /D V = 1,2 (obvykle 1,1-1,6). Lavesovy fáze mají hcp hexagonální mřížku (MgZn 2 a MgNi 2, BaMg 2, MoBe 2, TiMn 2) nebo fcc (MgCu 2, AgBe 2, Ca Al 2, TiBe 2, TiCr 2). Tyto fáze se vyskytují jako vytvrzovací intermetalické fáze v superslitinách.

• všechny kovy;
• mnoho nekovů (inertní plyny, C , Si , B , Se , Tak jako , Te ).

Molekuly se skládají z:

• téměř všechny organické látky;
• malý počet anorganických: jednoduchých a složitých plynů ( H2, O2 , O 3, N 2, F2, Cl2, NH3, CO, CO2 , TAK 3, SO2, N2O, NE, NE 2, H 2 S), a H2O, Br2, já 2 a některé další látky.

Ionty se skládají z:

• všechny soli;
• mnoho hydroxidů (zásad a kyselin).

Skládá se z atomů nebo molekul - z molekul nebo iontů. Molekuly jednoduchých látek se skládají ze stejných atomů molekuly komplexních látek z různých atomů.

Zákon stálosti složení

Byl objeven zákon stálosti složení J. Proust v roce 1801:

Jakákoli látka, bez ohledu na způsob její výroby, má konstantní kvalitativní a kvantitativní složení.

Například oxid uhelnatý CO 2 lze získat několika způsoby:

• C + O 2 \u003d t \u003d CO2
• MgCO3 + 2HCl \u003d MgCl2 + H20 + CO2
• 2CO + O2 \u003d 2CO2
• CaCO 3 \u003d t \u003d CaO + CO 2

Bez ohledu na způsob přípravy však molekula CO 2 má vždy stejný sloučenina: 1 atom uhlíku A 2 atomy kyslíku.

Důležité si zapamatovat:

• Opačné tvrzení je, že určitá sloučenina odpovídá určitému složení, špatně. Např, dimethylether A ethanol mají stejné kvalitativní i kvantitativní složení, odrážející se v nejjednodušší vzorec C2H60 jsou to však různé látky, protože mají odlišnou strukturu. Jejich racionální vzorce v semi-rozbalené formě se budou lišit:

1. CH3-O-CH3(dimethylether);
2. CH3-CH2-OH(ethanol).

• Zákon stálosti složení přísně aplikovatelné pouze na sloučeniny s molekulární strukturou ( daltonidy). Sloučeniny s nemolekulární strukturou ( berthollidy) mají často proměnlivé složení.

Chemické složení složitých látek a mechanických směsí

sloučenina (chemická sloučenina) je látka složená z atomů různých chemických látek.

Hlavní vlastnosti chemické sloučeniny:

• Jednotnost;
• Stálost složení;
• Stálost fyzikálních a chemických vlastností;
• Emise nebo absorpce během tvorby;
• Nemožnost oddělení na součásti fyzikální metody.

V přírodě neexistují absolutně čisté látky. V každé látce je alespoň nevýznamné procento nečistot. Proto se v praxi vždy jedná o mechanické směsi látek. Pokud však obsah jedné látky ve směsi výrazně převyšuje obsah všech ostatních, pak podmíněně má se za to, že taková látka je jednotlivé chemické sloučeniny.

Přípustný obsah nečistot v látkách vyráběných průmyslem je stanoven normami a závisí na značce látky.

Obecně je akceptováno následující označování látek:

• tech - technické (ve svém složení může mít až 20 %; nečistot);
• h - čistý;
• chda – vyčistit pro analýzu;
• hch - chemicky čistý;
• osch - vysoká čistota (přípustná míra nečistot ve složení - až 10 -6 % ).

Látky, které tvoří mechanickou směs, se nazývají komponenty. V tomto případě se nazývají látky, jejichž hmotnost tvoří velkou část hmotnosti směsi hlavní komponenty a všechny ostatní látky, které tvoří směs - nečistoty.

Rozdíly mezi mechanickou směsí a chemickou sloučeninou:

• Jakákoli mechanická směs může být rozdělena na jednotlivé části fyzikálními metodami na základě rozdílu hustoty, body varu A tání, rozpustnost, magnetizovatelnosti a další fyzikální vlastnosti složky, které tvoří směs (například směs dřevěných a železných pilin lze oddělit pomocí H20 nebo magnet)
• Nestálost složení;
• Nestálost fyzikálních a chemických vlastností;
• Heterogenita (i když směsi plynů a kapalin mohou být homogenní, např. vzduch).
• Při tvorbě mechanické směsi nedochází k uvolňování a pohlcování energie.

Mezilehlou pozici mezi mechanickými směsmi a chemickými sloučeninami zaujímá řešení:

Pokud jde o chemické sloučeniny, roztoky se vyznačují:

• stejnorodost;
• uvolňování nebo absorpce tepla během tvorby roztoku.

Pokud jde o mechanické směsi, roztoky se vyznačují:

• snadná separace na výchozí látky fyzikálními metodami (například odpařením roztoku stolní sůl, k dispozici samostatně H20 A NaCl);
• variabilita složení – jejich složení se může značně lišit.

Chemické složení podle hmotnosti a objemu

Složení chemických sloučenin, stejně jako složení směsí různých látek a roztoků, se vyjadřuje v hmotnostních zlomcích (hmot. %) a složení směsí kapalin a plynů navíc v objemových zlomcích (objemové %).

Složení komplexní látky, vyjádřené hmotnostními zlomky chemických prvků, se nazývá složení hmoty podle hmotnosti.

Například složení H20 podle hmotnosti:

To znamená, že se to dá říct chemické složení vody (hmotnostně): 11,11 % vodíku a 88,89 % kyslíku.

Hmotnostní podíl složky v mechanické směsi (W)- je to číslo udávající, jaká část směsi je hmotností složky z celkové hmotnosti směsi, bráno jako jednotka nebo 100 %.

W 1 \u003d m 1 / m (viz), m (viz) \u003d m 1 + m 2 + .... mn,

Kde m 1 je hmotnost 1. (libovolné) složky, n je počet složek směsi, m 1 … m n jsou hmotnosti složek, které tvoří směs, m (cm.) je hmotnost směsi.

Například, hmotnostní zlomek hlavní složky :

W (hlavní sestava) =m (hlavní počítač) /m (viz)

Hmotnostní zlomek nečistot:

W (přibližně) \u003d m (přibližně) / m (viz)

Součet hmotnostních zlomků všech složek tvořících směs se rovná 1 nebo 100% .

Objemový zlomek plyn (nebo kapalina) ve směsi plynů (nebo kapalin) je číslo , ukazuje, jaká objemová část je objem daného plynu (nebo kapaliny) z celkového objemu směsi, bráno jako 1 nebo pro 100% .

Složení směsi plynů nebo kapalin, vyjádřené v objemových zlomcích, se nazývá objemové složení směsi.

Například, složení směsi suchého vzduchu:

• Podle objemu:W o ( N2) = 78,1 %, W obj. (02) = 20,9 %
• Podle hmotnosti: W(N2) = 75,5 %,W(O2) = 23,1 %

Tento příklad jasně ukazuje, že aby nedošlo k záměně, je vždy správné uvést podle hmotnosti nebo podle objemu je uveden obsah složky směsi, protože tyto údaje se vždy liší: hmotnostně ve vzdušné směsi kyslíku se ukazuje 23,1 % , a co do objemu - celkem 20,9%.

Na řešení lze nahlížet jako směsi z rozpuštěné látky a rozpouštědla. Proto lze vyjádřit jejich chemické složení, stejně jako složení jakékoli směsi v hmotnostních zlomcích složek:

W (rozpuštění in-va) \u003d m (rozpuštění in-va) / m (roztok),

Kde

m (roztok) \u003d m (rozpouštědlo in-va) + m (rozpouštědlo)

nebo

m (p-ra) = p(r-ra) V (r-ra)

Složení roztoku, vyjádřeno jako hmotnostní zlomek rozpuštěné látky (v % ), je nazýván procentuální koncentrace toto řešení.

Složení roztoků kapalin v kapalinách (například alkohol ve vodě, aceton ve vodě) se výhodněji vyjadřuje v objemových zlomcích:

W asi % (sol. w) \u003d V (sol. w) V (roztok) 100 %;

Kde

V (r-ra) \u003d m (r-ra) / p (r-ra)

nebo přibližně

V (roztok) ≈ V (H2O) + V (sol. w)

Například obsah alkoholu ve výrobcích vína a vodky není uveden ve hmotě, ale v objemové zlomky(% ) a zavolejte na toto číslo pevnost napít se.

Sloučenina řešení pevné látky v kapalinách nebo plyny v kapalinách nejsou vyjádřeny v objemových zlomcích.

Chemický vzorec jako zobrazení chemického složení

Kvalitativní a kvantitativní složení látky se zobrazuje pomocí chemický vzorec. Například uhličitan vápenatý má chemický vzorec « CaCO3 » . Z tohoto záznamu lze získat následující informace:

• Počet molekul – 1 .
• Množství látky – 1 mol.
• Kvalitativní složení(jaké chemické prvky tvoří látku) - vápník, uhlík, kyslík.
• Kvantitativní složení látky:

1. Počet atomů každého prvku v jedné molekule látky: Molekula uhličitanu vápenatého se skládá z 1 atom vápníku, 1 atom uhlíku A 3 atomy kyslíku .
2. Počet molů každého prvku na 1 mol látky: V 1 mol CaCO 3(6,02 10 23 molekul) obsahuje 1 mol (6,02 10 23 atomů) vápníku , 1 mol (6,02 10 23 atomů) uhlíku A 3 moly (3 6,02 10 23 atomů) chemického prvku kyslík )

• Hmotnostní složení látky:

1. Hmotnost každého prvku v 1 molu látky: 1 mol uhličitanu vápenatého (100 g) obsahuje chemické prvky: 40 g vápníku , 12g uhlíku, 48 g kyslíku.
2. Hmotnostní zlomky chemických prvků ve hmotě (složení látky v hmotnostních procentech):

W (Ca) \u003d (n (Ca) Ar (Ca)) / Mr (CaCO3) \u003d (1 40) / 100 \u003d 0,4 (40 %)

W (C) \u003d (n (Ca) Ar (Ca)) / Mr (CaCO3) \u003d (1 12) / 100 \u003d 0,12 (12 %)

W (O) \u003d (n (Ca) Ar (Ca)) / Mr (CaCO3) \u003d (3 16) / 100 \u003d 0,48 (48 %)

• Pro látku s iontovou strukturou (soli, kyseliny, zásady) - vzorec látky podává informaci o počet iontů každý druh v molekule, jejich Množství A hmotnost iontů v 1 mol látky:

1. Molekula CaCO 3 je tvořen iontem Ca 2+ a iont CO 3 2-
2. 1 mol ( 6.02 10 23 molekuly) CaCO 3 obsahuje 1 mol Ca 2+ iontů A 1 mol iontů CO 3 2- ;
3. Obsahuje 1 mol (100 g) uhličitanu vápenatého 40 g iontů Ca 2+ A 60 g iontů CO 3 2- ;

Bibliografie:

Pro chemickou sloučeninu jsou charakteristické následující charakteristické rysy:

1) Krystalová mřížka se liší od mřížek složek, které tvoří sloučeninu.

2) Ve sloučenině je vždy zachován jednoduchý násobný poměr jejích složek. To nám umožňuje vyjádřit jejich složení jednoduchým vzorcem A m B n, kde A a B jsou odpovídající prvky, n a m jsou prvočísla.

3) Vlastnosti sloučeniny se výrazně liší od vlastností jejích složek.

4) Teplota tání (disociace) je konstantní.

5) Vznik chemické sloučeniny je doprovázen výrazným tepelným efektem.

Chemické sloučeniny se tvoří mezi součástmi, které mají velký rozdíl v elektronové struktuře atomů a krystalových mřížek.

Jako příklad typických chemických sloučenin lze jmenovat například sloučeniny hořčíku s prvky skupin IV-VI periodický systém: Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 2 P, Mg 3 Sb, MgS a další.

Sloučeniny některých kovů s jinými jsou běžné jméno intermetalické sloučeniny nebo intermetalické sloučeniny.

Sloučeniny kovu s nekovem (nitridy, oxidy, karbidy atd.) mohou mít jak kovové, tak i iontová vazba. Sloučeniny, které mají kovová vazba se nazývají kovové sloučeniny.

Velké množství chemických sloučenin vytvořených ve slitinách kovů se liší od typických chemických sloučenin, protože se neřídí zákony valence a nemají konstantní složení. Zvažte nejdůležitější chemické sloučeniny vytvořené ve slitinách.

7.2.1 Fáze realizace. Přechodné kovy (Fe, Mn, Cr, Mo atd.) vznikají s uhlíkem, dusíkem, borem a vodíkem, tzn. s prvky s malým atomovým poloměrem, sloučeniny: karbidy, nitridy, boridy a hydridy. Mají společnou strukturu a vlastnosti a často se nazývají penetrační fáze.

Interkalační fáze mají vzorec M4X (Fe4N, Mn4N atd.), M2X (W2C, Fe2N atd.), MX (WC, TiC, TiN atd.).

Krystalová struktura intersticiálních fází je určena poměrem atomových poloměrů nekovu (R x) a kovu (RM). Pokud R x / R M<59, то атомы в этих фазах расположены по типу одной из кристаллических решеток: кубической или гексагональной, в которую внедряются атомы неметалла, занимая в ней определенные поры.

Interkalační fáze jsou fáze různého složení. Karbidy a nitridy mají vysokou tvrdost. Krystalová mřížka intersticiálních fází se liší od krystalové mřížky kovu.

7.2.2. Elektronické sloučeniny (Hume-Rotheryho fáze). Tyto sloučeniny se častěji tvoří mezi jednomocnými (Cu, Ag, Au, Li, Na) kovy nebo kovy přechodných skupin (Fe, Mn, Co atd.), jednak s jednoduchými kovy s mocenstvím 2 do 5 (buď,

Mg, Zn, Cd, Al atd.), na druhé straně. Sloučeniny tohoto typu mají určitý poměr počtu valenčních elektronů k počtu atomů, tzn. určitou koncentraci elektronů. Tyto poměry, jak ukázal anglický fyzik kovů Hume-Rothery, mohou být 3/2, 21/13 a 7/4 a každý poměr odpovídá určité krystalové mřížce: tělesně centrované kubické nebo hexagonální mřížce, komplexní kubické mřížce a plošně centrovanou krychlovou mřížku.

7.2.3 Lavesovy fáze. Tyto fáze mají vzorec AB 2 a vznikají mezi prvky, jejichž atomové průměry jsou přibližně v poměru 1:1,2. Například MgZn 2, TiCr 2 aj. Lavesovy fáze se vyskytují jako vytvrzovací intermetalické látky v žáruvzdorných slitinách.

Solidní řešení

Pevné roztoky jsou fáze, ve kterých si jedna ze složek slitiny zachovává svou krystalovou mřížku a atomy dalších (nebo jiných) složek jsou umístěny v mřížce první složky (rozpouštědla) a mění její velikost. Tuhý roztok skládající se z několika složek má tedy jeden typ mřížky a představuje jednu fázi. Navíc pevný roztok neexistuje v určitém poměru složek (jako v chemické sloučenině), ale v rozmezí koncentrací.

Rozlišujte pevné roztoky .

Při tvorbě pevných substitučních roztoků atomy rozpuštěné složky nahrazují některé atomy rozpouštědla v její krystalové mřížce (obr. 26, b).

Když se vytvoří intersticiální pevný roztok (obr. 26, PROTI) atomy rozpuštěné složky se nacházejí v intersticiálních dutinách (dutinách) krystalové mřížky rozpouštědla.

Obr.26. BCC krystalová mřížka: A- čistý kov b- pevný substituční roztok, PROTI- pevný roztok intersticiální; A - atomy obecného kovu, B - substituční atomy, C - intersticiální atomy.

Kovy se mohou v různé míře v pevném stavu vzájemně rozpouštět a vytvářet substituční pevné roztoky s omezenou nebo neomezenou rozpustností. Pevné roztoky s neomezenou rozpustností se tvoří za následujících podmínek:

1) Komponenty musí mít stejný typ (izomorfní) krystalové mřížky.

2) Rozdíl v atomových velikostech složek by měl být nevýznamný a neměl by přesáhnout 10-15%.

3) Komponenty musí patřit do stejné (nebo příbuzné) skupiny periodické tabulky prvků.

U některých slitin (například Cu-Au, Fe-Al), které tvoří substituční roztoky za vysokých teplot (s náhodným střídáním atomů složek), dochází k procesu redistribuce atomů při pomalém ochlazování nebo dlouhodobém zahřívání při určitých teplotách. Pevné roztoky, které jsou stabilní při relativně nízkých teplotách, se nazývají spořádaný tuhé roztoky, popř nástavby. Uspořádané tuhé roztoky lze považovat za mezifáze mezi pevnými roztoky a chemickými sloučeninami. Na rozdíl od chemických sloučenin je krystalová mřížka uspořádaných pevných roztoků mřížkou rozpouštědla. Vznik uspořádaných pevných roztoků je doprovázen změnou fyzikálních a mechanických vlastností. Pevnost se obvykle zvyšuje a tažnost klesá.

Schopnost tvořit pevné roztoky je vlastní nejen čistým prvkům, ale také chemickým sloučeninám. V těchto případech je krystalová mřížka chemické sloučeniny zachována, ale nadbytečný počet atomů jedné ze složek může nahradit určitý počet atomů jiné složky. Navíc se zároveň mohou v jednotlivých uzlech objevit neobsazená místa – voidy. Pevné roztoky na bázi chemických sloučenin, jejichž tvorba je doprovázena výskytem prázdných prostorů v místech mřížky, se nazývají subtrakční roztoky.

SOUHRN

Pod slitina se rozumí látka získaná fúzí dvou nebo více prvků.

Soubor fází, které jsou v rovnováze, se nazývá Systém. fáze nazývané homogenní složky systému, mající stejné složení, krystalovou strukturu a vlastnosti, stejný stav agregace a oddělené od komponentních částí rozhraní. Pod struktura pochopit tvar, velikost a povahu vzájemného uspořádání fází v kovech a slitinách. Komponenty ve slitině mohou tvořit mechanické směsi, chemické sloučeniny nebo pevné roztoky.

mechanická směs dvě složky se tvoří, když nejsou schopny vzájemného rozpouštění v pevném stavu a nevstupují do chemické reakce za vzniku sloučeniny.

Chemické sloučeniny vznikají mezi součástmi, které mají velký rozdíl v elektronové struktuře atomů a krystalových mřížkách. Struktura a vlastnosti chemické sloučeniny se liší od struktury a vlastností složek, které ji vytvořily.

Nejdůležitější chemické sloučeniny vznikající ve slitinách jsou:

Fáze realizace

Elektronické připojení (fáze Hume-Rothery)

Lavesovy fáze

pevné roztoky nazývané fáze, ve kterých si jedna ze složek slitiny zachovává svou krystalovou mřížku a atomy ostatních (nebo jiných) složek jsou umístěny v mřížce první složky (rozpouštědla) a mění její velikost.

Rozlišujte pevné roztoky substituce, vkládání a odčítání.

Kontrolní otázky

1. Co je to slitina?

2. Definujte pojmy "fáze", "systém", "struktura".

3. Kdy vzniká ve slitině mechanická směs složek a kdy chemická sloučenina?

4. Co jsou pevné roztoky? Jaké druhy pevných roztoků znáte?

8. STAVOVÝ DIAGRAM

stavový diagram je grafické znázornění stavu slitiny. Stavové diagramy jsou sestaveny pro podmínky rovnováhy nebo podmínky jim dostatečně blízké. Stavový diagram lze proto nazvat také rovnovážným diagramem.

Rovnovážný stav odpovídá minimální hodnotě volné energie. Tohoto stavu lze dosáhnout za nepřítomnosti přehřátí nebo přechlazení slitiny. Stavový diagram je teoretický případ, protože rovnovážné transformace (bez podchlazení nebo přehřátí) v praxi nemohou

sya. Obvykle se v praxi používají transformace probíhající při nízkých rychlostech ohřevu nebo ochlazování.

Obecné zákony upravující koexistenci stabilních fází lze matematicky vyjádřit jako pravidla fáze nebo Gibbsův zákon.

Fázové pravidlo udává kvantitativní vztah mezi stupněm volnosti systému a počtem fází složek.

Pod počet stupňů volnosti (rozptyl) systémy rozumí množství vnějších a vnitřních faktorů (teplota, tlak, koncentrace), které lze měnit, aniž by se měnil počet fází v systému.

Pravidlo fáze.

C \u003d k - f + 2

S- počet stupňů volnosti, k- počet součástí, F- počet fází, 2 je počet vnějších faktorů.

Pravidlo fáze platí pouze pro rovnovážný stav.

Nezávislé proměnné v rovnici fázového pravidla jsou koncentrace, teplota a tlak. Pokud předpokládáme, že všechny přeměny v kovu probíhají při konstantním tlaku, pak se počet proměnných sníží o jednu.

C \u003d k - f + 1

Příklad. Podívejme se, jak se mění stupeň volnosti jednosložkového systému ( k=1) pro případ krystalizace čistého kovu. Když je kov v kapalném stavu, tzn. f=1(jedna fáze je kapalina), počet stupňů volnosti je 1. Teplota se v tomto případě může měnit beze změny stavu agregace. V době krystalizace f=2(dvě fáze - pevná a kapalná), C=0. To znamená, že obě fáze jsou při přesně definované teplotě (bod tání) v rovnováze a nelze ji měnit, dokud jedna fáze nezmizí, tzn. systém se nestane monovariantní ( C=1).