LABORITÖÖD

Töö eesmärk– tutvumine olulisemate anorgaaniliste ühendite klassidega: oksiidid, hüdroksiidid, soolad, nende valmistamise meetodid ja omadused.

TEOREETILINE OSA

Praeguseks on teada umbes 300 tuhat anorgaanilist ühendit. Need võib jagada kolme suurde klassi: oksiidid, hüdroksiidid ja soolad.

OKSIIDID - elementide ja hapniku kombinatsiooni saadused.

Oksiide saab elemendi kombineerimisel hapnikuga:

2Mg + O 2 \u003d MgO,

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

või keerulise aine lagunemisreaktsioon:

CaCO 3 \u003d CaO + CO 2,

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

On soola moodustavaid ja mittesoola moodustavaid oksiide, samuti peroksiide.

Soola moodustavad oksiidid jagunevad aluseliseks, happeliseks ja amfoteerseks.

Põhilised oksiidid moodustavad leelismetalle (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), leelismuldmetalle (Mg, Ca, Sr, Ba) ja muutuva oksüdatsiooniastmega metalle, mis paiknevad PTM külgmistes alarühmades oma madalamates oksüdatsiooniastmetes +1, +2 (näiteks: Zn, Cd, Hg, Cr, Mn jne). Nende hüdroksiidid on alused.

Vees hästi lahustuvad alused leelismetallid nimetatakse leelisteks. Neid saab saada vastavate oksiidide lahustamisel vees, näiteks:

Na2O + H2O \u003d 2NaOH

Leelismuldmetallide (Mg, Ca, Sr, Ba) hüdroksiidid (alused) tekivad ka siis, kui vastavad oksiidid lahustatakse vees, kuid kõik need, välja arvatud baariumhüdroksiid Ba (OH) 2, on vähe- või vähelahustuvad.

Aluselised oksiidid reageerivad happeliste oksiidide ja hapetega, moodustades soolasid:

CaO + CO 2 \u003d CaCO 3;

CuO + 2 HCl \u003d CuCl 2 + H 2 O.

Happelised oksiidid moodustavad mittemetalle (B, C, N, P, S, Cl jne), aga ka muutuva oksüdatsiooniastmega metalle, mis asuvad PTM-i külgmistes alarühmades. kõrgemad kraadid oksüdatsioon +5, +6, +7 (näiteks: V, Cr, Mn jne).

Happeoksiidhüdraadid on happed, mida saab saada happeoksiidide reageerimisel veega:

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4

Happelised oksiidid reageerivad aluseliste oksiidide ja alustega:

SO 2 + Na 2 O \u003d Na 2 SO 3;

N 2 O 5 + 2 NaOH \u003d 2 NaNO 3 + H 2 O.

Amfoteersed oksiidid moodustavad peamiste PTM-alarühmade metalle (näiteks: Al 3+, Sn 2+, Pb 2+ jne) ja muutuva oksüdatsiooniastmega metalle, mis paiknevad PTM-i kõrvalalarühmades, keskmistes oksüdatsiooniastmetes +3, +4 (Cr, Mn jne). Nende hüdroksiididel (hüdraatidel) on nii aluselised kui ka happelised omadused. Amfoteersed oksiidid reageerivad nii hapete kui ka alustega:

Cr2O3 + 6 HCl = 2 CrCl3 + 3 H2O;

Cr 2 O 3 + 2 NaOH = 2 NaCrO 2 + H 2 O

. Soola mittemoodustavad oksiidid veidi (näiteks CO, NO, N 2 O), ei moodusta nad sooli ei hapete ega alustega.

Peroksiidid - vesinikperoksiidi (H 2 O 2) derivaadid. Leelismetallide peroksiidid (Li, Na, K, Rb, Cs) ja leelismuldmetallid(Ca, Sr, Ba) viitavad vesinikperoksiidi sooladele. Nendes on hapnikuaatomid omavahel ühendatud kovalentse sidemega (näiteks K 2 O 2: K - O - O - K) ja lagunevad kergesti aatomihapniku elimineerimisel, seetõttu on peroksiidid tugevad oksüdeerivad ained.

HÜDROKSIIDID -ühendi saadused on selged hüdroksiidid (alused), happelised oksiidid veega. Seal on aluselised hüdroksiidid (happed) ja amfoteersed hüdroksiidid (amfolüüdid).

Aluselised hüdroksiidid (alused) dissotsieeruvad lahuses metalliioonideks ja hüdroksiidioonideks:

NaOH ↔ Na + + OH ‾ .

Aluse happesuse määrab hüdroksiidioonide arv OH‾, mida nimetatakse funktsionaalsed rühmad põhjustel. Funktsionaalrühmade arvu järgi eristatakse ühehappelisi (näiteks: NaOH), kahehappelisi (näiteks: Ca (OH) 2), kolmehappelisi (näiteks: Al (OH) 3) aluseid.

Polühappealused dissotsieeruvad etappidena:

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

Väga hästi lahustuvate aluste (leelised) vesilahused muudavad indikaatorite värvi . Aluselistes lahustes muutub violetne lakmus siniseks, värvitu fenoolftaleiin karmiinpunaseks ja metüüloranž kollaseks.

Alused reageerivad hapetega, moodustades soolasid ja vett:

NaOH + HCl \u003d NaCl + H2O.

Kui alust ja hapet võtta ekvimolaarsetes vahekordades, muutub keskkond neutraalseks ja sellist reaktsiooni nimetatakse neutraliseerimisreaktsiooniks.

Paljud vees lahustumatud alused lagunevad kuumutamisel:

Cu (OH) 2 \u003d CuO + H2O.

Leelised saadakse oksiidide lahustamisel vees:

K 2 O + H 2 O \u003d 2 KOH.

Vees lahustumatuid aluseid saab saada leeliste toimel lahustuvatele metallisooladele:

CuSO 4 + 2 NaOH \u003d Cu (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4.

Happelised hüdroksiidid (happed) dissotsieeruvad vesinikioonideks H + (täpsemalt hüdroniumioonideks H 3 O +) ja happejäägiks:

HCl ↔ H + + Cl ‾ .

Happe aluselisuse määrab vesinikioonide arv, mida happe puhul nimetatakse funktsionaalrühmadeks, näiteks: HCl on ühealuseline, H 2 SO 4 on kahealuseline, H 3 PO 4 on kolmealuseline.

Polüaluselised happed dissotsieeruvad etappidena:

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

Seal on hapnikuvabad happed(HCl, HI, H2S, HCN jne) ja hapnikku sisaldav (HNO 3, H 2 SO 4, H 2 SO 3, H 3 PO 4 jne).

Happelahustes muutub lakmus punaseks, metüüloranž roosaks ja fenoolftaleiin jääb värvituks.

Happed saadakse happeoksiidide lahustamisel vees:

P 2 O 5 + 3 H 2 O \u003d 2 H 3 PO 4

või soola vahetamisel happega:

Ca 3 (PO 4) 2 + 3 H 2 SO 4 \u003d 3 CaSO 4 + 2 H 3 PO 4.

Amfoteersed hüdroksiidid(A mfolity) on hüdroksiidid, millel on reaktsioonides nii aluselised kui ka happelised omadused. Nende hulka kuuluvad Be (OH) 2, Al (OH) 3, Zn (OH) 2, Cr (OH) 3 jne. Amfoteersed hüdroksiidid reageerivad alustega hapetena, hapetega kui alustega:

Cr(OH)3 + 3 HCl = CrCl3 + 3 H2O;

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

SOOLAD moodustavad dissotsiatsiooni käigus metalliioone (katioonid) (või ammooniumioonid NH 4 +) ja happejääkide ioone (anioonid):

Na 2 SO 4 ↔ 2 Na + + SO 4 2 ‾ ,

NH 4 NO 3 ↔ NH 4 + + NO 3 ‾ .

Eristada keskmisi, happelisi ja aluselisi sooli.

Keskmised soolad võib pidada happes olevate vesinikuaatomite täieliku asendamise saadusteks metalliaatomitega või aluse hüdroksorühmadega happeliste jääkidega: NaCl, K 2 SO 4, AlPO 4 .

H2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4 + 2H2O

KOH + HNO 3 \u003d KNO 3 + H 2 O

Keskmised soolad dissotsieeruvad metallikatioonideks ja happejääkide anioonideks:

AlPO 4 ↔ Al 3+ + PO 4 3 ‾.

Happe soolad(hüdrosoolad) on mitmealuseliste hapete vesinikuaatomite mittetäieliku asendamise saadused metalliaatomitega: NaHSO 4, Al (H 2 PO 4) 3, KHCO 3 ^

H2SO4 + NaOH = NaHS04 + H2O

Happesoola dissotsiatsiooni väljendatakse võrrandiga:

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

Anioon (H 2 PO 4) ‾ läbib vähesel määral edasist dissotsiatsiooni.

sooladPealised(hüdroksüsoolad) on polühappealuse hüdroksorühmade mittetäieliku asendamise saadused happeliste jääkidega: AlOHSO 4 , MgOHCl, (CuOH) 2 SO 4 .

Mg(OH)2 + HCI \u003d MgOHCI + H2O

Aluselise soola dissotsiatsiooni väljendatakse võrrandiga:

AlOHSO 4 ↔ (AlOH) 2 + + SO 4 2‾.

Katioon (AlOH) 2+ dissotsieerub vähesel määral edasi.

Keskmised soolad saab mitmel viisil:

metalli ja mittemetalli kombinatsioon: 2 Na + Cl 2 \u003d 2 NaCl;

aluseliste ja happeliste oksiidide kombinatsioon: CaO + CO 2 \u003d CaCO 3;

vesiniku või vähemaktiivse metalli asendamisega aktiivse metalliga:

Zn + 2 HCl \u003d H 2 + ZnCl 2,

Zn + CuSO 4 \u003d ZnSO 4 + Cu;

neutraliseerimisreaktsioon: NaOH + HCl = NaCl + H 2 O;

vahetusreaktsioon: Ba (NO 3) 2 + Na 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2 NaNO 3 jne.

Happe soolad võib saada happelises keskkonnas:

NaOH + H2SO4 (liig) = NaHS04 + H2O;

Na 3 PO 4 + 2 H 3 PO 4 ( üleliigne) = 3 NaH 2 PO 4.

Aluselised soolad saab sisse aluseline keskkond:

H 2 SO 4 + 2 Cu (OH) 2 (liigne) \u003d (CuOH) 2 SO 4 + Na 2 SO 4,

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

Leelise liiaga happesoolad ja liigse happega aluselised soolad muutuvad keskmisteks sooladeks: NaHSO 4 + NaOH (liigne) \u003d Na 2 SO 4 + H 2 O,

(CuOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4 (liig) = 2 CuSO 4 + 2 H 2 O.

Paljusid metalle iseloomustavad kompleksühendid, mis lahustuvad lahuses tugevate elektrolüütidena, moodustades stabiilseid kompleksioone:

CuSO 4 + 8NH 4 OH (liig) = (OH) 2 + SO 4 + 8 H 2 O.

Komplekssete ühendite dissotsiatsiooniaste on ebaoluline:

(OH) 2 ↔ 2+ + 2OH ‾

SO 4 ↔ 2+ + SO 4 2‾

Komplekssed ühendid paljud d - metallid on värvilised, mis võimaldab neid kasutada analüütilises praktikas metalliioonide tuvastamiseks.

Samuti on kaksiksoolad, mis on moodustunud erinevatest metallidest ja ühest happejäägist (KAl (SO 4) 2) ning segatud, moodustuvad ühest metallist ja erinevatest happejääkidest (CaClOCl).

aluseline või happeline.

PRAKTILINE OSA

OKSIIDIDE VALMISTAMINE JA OMADUSED

Eelmiste lõikude materjali uurides olete mõne ainega juba tuttavaks saanud. Näiteks koosneb gaasimolekul vesinikust keemilise elemendi vesiniku kahest aatomist -

Lihtained on ained, mis sisaldavad sama tüüpi aatomeid.

Lihtsad ained teile teadaolevate ainete hulgast on: hapnik, grafiit, väävel, lämmastik, kõik metallid: raud, vask, alumiinium, kuld jne. Väävel koosneb ainult keemilise elemendi väävli aatomitest, grafiit aga keemilise elemendi süsiniku aatomitest. Mõisteid on vaja selgelt eristada "keemiline element" Ja "lihtne aine".

Näiteks teemant ja süsinik ei ole sama asi.

Süsinik on keemiline element ja teemant on lihtne aine, mille moodustab keemiline element süsinik. Sel juhul nimetatakse keemilist elementi (süsinik) ja lihtainet (teemant) erinevalt.

Tihti nimetatakse keemilist elementi ja sellele vastavat lihtainet samaks. Näiteks element hapnik vastab lihtsale ainele – hapnikule. Tuleb õppida vahet tegema, kus me räägime elemendist, kus ainest! Näiteks kui nad ütlevad, et hapnik on osa veest, siis me räägime hapniku elemendist. Kui nad ütlevad, et hapnik on hingamiseks vajalik gaas, siis räägime lihtsast ainest, hapnikust. Lihtsad ained keemilised elemendid jagatud kahte rühma - metallid ja mittemetallid.

Metallid ja mittemetallid oma füüsikaliste omaduste poolest põhimõtteliselt erinevad. Kõik metallid aadressil normaalsetes tingimustes tahked ained, välja arvatud elavhõbe - ainus vedel metall.

Metallid on läbipaistmatud, neil on iseloomulik metalliline läige. Metallid on plastilised ja juhivad hästi soojust elektrit.Mittemetallid ei ole üksteisega sarnased füüsikaliste omaduste poolest. Niisiis, vesinik, hapnik, lämmastik on gaasid, räni, väävel, fosfor on tahked ained. Ainus vedel mittemetall - broom - on pruunikaspunane vedelik.Kui tõmmata keemilisest elemendist boor keemilisest elemendist astatiin tinglik joon, siis pikas variandis

Perioodilise süsteemi joone kohal on mittemetallilised elemendid ja selle all - metallist. Perioodilise tabeli lühikeses versioonis asuvad mittemetallilised elemendid selle joone all ja nii metallilised kui ka mittemetallilised elemendid on selle kohal. See tähendab, et perioodilise süsteemi pika versiooni abil on mugavam määrata, kas element on metallist või mittemetallist.

See jaotus on tingimuslik, kuna kõigil elementidel on ühel või teisel viisil nii metallilised kui ka mittemetallilised omadused, kuid enamikul juhtudel on selline jaotus tõsi.

Liitained ja nende klassifikatsioon

Kui lihtainete koostis sisaldab ainult ühte tüüpi aatomeid, on lihtne arvata, et keeruliste ainete koostis sisaldab mitut tüüpi erinevaid aatomeid, vähemalt kahte. Keerulise aine näide on vesi, teate selle keemilist valemit - H2O.

Veemolekulid koosnevad kahte tüüpi aatomitest: vesinik ja hapnik.

Komplekssed ained Ained, mis koosnevad erinevat tüüpi aatomitest

Teeme järgmise katse. Segage väävli ja tsingi pulbrid. Asetame segu metalllehele ja paneme selle puidust taskulambiga põlema. Segu süttib ja põleb kiiresti ereda leegiga. Pärast lõpetamist keemiline reaktsioon tekkis uus aine, mis sisaldab väävli- ja tsingiaatomeid. Selle aine omadused on täiesti erinevad algsete ainete – väävli ja tsingi – omadustest.

Komplekssed ained jagunevad tavaliselt kahte rühma: Mitte orgaaniline aine ja nende derivaadid ning orgaanilised ained ja nende derivaadid. Näiteks kivisool on anorgaaniline aine, kartulis leiduv tärklis aga orgaaniline aine.

Ainete struktuuritüübid

Vastavalt aineid moodustavate osakeste tüübile jagatakse ained aineteks molekulaarne ja mittemolekulaarne struktuur. Aine koostis võib sisaldada mitmesuguseid struktuurseid osakesi, nagu aatomid, molekulid, ioonid. Seetõttu on aineid kolme tüüpi: aatomi-, ioon- ja molekulaarstruktuuriga ained. Erinevat tüüpi struktuuriga ainetel on erinevad omadused.

Aatomistruktuuriga ained

Näide ainete kohta aatomi struktuur võivad olla süsiniku elemendist moodustunud ained: grafiit ja teemant. Nende ainete koostis sisaldab ainult süsinikuaatomeid, kuid nende ainete omadused on väga erinevad. Grafiit- hallikasmust värvi habras, kergesti kooriv aine. Teemant- läbipaistev, üks kõvemaid mineraale planeedil. Miks on sama tüüpi aatomitest koosnevatel ainetel erinevad omadused? Kõik sõltub nende ainete struktuurist. Grafiidi ja teemandi süsinikuaatomid seostuvad erineval viisil. Aatomstruktuuriga ainetel on kõrge keemis- ja sulamistemperatuur, reeglina on need vees lahustumatud, mittelenduvad. Kristallvõre - geomeetriline abikujutis, mis võetakse kasutusele kristalli struktuuri analüüsimiseks

Molekulaarstruktuuriga ained- Need on peaaegu kõik vedelikud ja enamik gaasilisi aineid. On ka kristalseid aineid, mille kristallvõre koostis sisaldab molekule. Vesi on molekulaarse struktuuriga aine. Jääl on ka molekulaarne struktuur, kuid erinevalt vedelast veest on sellel kristallvõre, kus kõik molekulid on rangelt järjestatud. Molekulaarstruktuuriga ained on madala keemis- ja sulamistemperatuuriga, tavaliselt rabedad ega juhi elektrivoolu.

Ioonse struktuuriga ained

Ioonstruktuuriga ained on tahked kristalsed ained. Ioonse liitaine näiteks on lauasool. Selle keemiline valem on NaCl. Nagu näete, koosneb NaCl ioonidest Na+ ja Cl⎺, vaheldumisi kristallvõre teatud kohtades (sõlmedes). Ioonstruktuuriga ained on kõrge sulamis- ja keemistemperatuuriga, reeglina rabedad, vees hästi lahustuvad ega juhi elektrivoolu. Mõisteid "aatom", "keemiline element" ja "lihtne aine" ei tohiks segi ajada.

• "Aatom"- konkreetne kontseptsioon, kuna aatomid on tõesti olemas.
• "Keemiline element" on kollektiivne, abstraktne mõiste; looduses eksisteerib keemiline element vabade või keemiliselt seotud aatomite ehk lihtsate ja keeruliste ainetena.

Keemiliste elementide ja vastavate lihtainete nimetused langevad enamasti kokku. Kui me räägime segu materjalist või komponendist - näiteks on kolb täidetud kloorigaasiga, vesilahus broom, võtame tükikese fosforit – me räägime lihtsast ainest. Kui öelda, et klooriaatom sisaldab 17 elektroni, aine sisaldab fosforit, molekul koosneb kahest broomi aatomist, siis peame silmas keemilist elementi.

On vaja eristada lihtsa aine (osakeste komplektide) omadusi (omadusi) ja keemilise elemendi (teatud tüüpi isoleeritud aatomi) omadusi (omadusi), vt allolevat tabelit:

Ühendeid tuleb eristada segud, mis koosnevad samuti erinevatest elementidest. Segu komponentide kvantitatiivne suhe võib olla muutuv ja keemilised ühendid on püsiva koostisega. Näiteks klaasi teele võite lisada ühe lusikatäie suhkrut või mitu ja sahharoosi molekule С12Н22О11 sisaldab täpselt 12 süsinikuaatomit, 22 vesinikuaatomit ja 11 hapnikuaatomit.

Seega saab ühendite koostist kirjeldada ühe keemilise valemi ja koostisega segu ei ole. Segu komponendid säilitavad oma füüsikalised ja Keemilised omadused. Näiteks kui segada rauapulbrit väävliga, tekib kahe aine segu.

Nii väävel kui raud selles segus säilitavad oma omadused: raud tõmbab ligi magnetiga ja väävel ei ole veest märjaks ja hõljub selle pinnal. Kui väävel ja raud reageerivad üksteisega, moodustub uus ühend valemiga FeS, millel ei ole ei raua ega väävli omadusi, kuid millel on oma omaduste kogum. Koos FeS raud ja väävel on omavahel seotud ja neid ei saa eraldada segusid eraldavate meetoditega.

Järeldused teemakohast artiklist Lihtsad ja keerulised ained

• Lihtsad ained- ained, mis sisaldavad sama tüüpi aatomeid
• Elemendid jagunevad metallideks ja mittemetallideks
• Ühendid on ained, mis sisaldavad erinevat tüüpi aatomeid.
• Ühendid jagunevad orgaaniline ja anorgaaniline
• On aatom-, molekulaar- ja ioonstruktuuriga aineid, nende omadused on erinevad
• Kristallrakk on geomeetriline abikujutis, mida tutvustatakse kristalli struktuuri analüüsimiseks

Metallisulamite keemilised ühendid ja nendega seotud faasid on mitmekesised. Omadused keemilised ühendid:

1. Kristallvõre erineb ühendit moodustavate komponentide võrest. Aatomid on järjestatud. Keemilistel ühenditel on pidev kristallvõre (joon. 7).

2. Ühendis säilib alati lihtne komponentide mitmekordne suhe, mis võimaldab neid väljendada valemiga: A n B m, A ja B komponendid; n ja m on algarvud.

3. Ühendi omadused erinevad harva selle koostisosade omadustest. Cu - HB35; Al - HB20; CuAl 2 - HB400.

4. Sulamis- (dissotsiatsiooni) temperatuur on konstantne.

5. Keemilise ühendi tekkega kaasneb märkimisväärne termiline efekt.

Keemilised ühendid tekivad komponentide vahel, millel on suur erinevus elektrooniline struktuur aatomid ja kristallvõred.

Joonis 7. Kristallvõred: a, b - NaCl ühend, c - Cu2MnSn ühend (rakk koosneb 8 vase aatomist, 4 mangaani aatomist ja 4 tina aatomist)

Tüüpiliste normaalse valentsiga keemiliste ühendite näide on Mg-ühendid perioodilise süsteemi IV-VI rühmade elementidega: Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 2 P 2, Mg 2 Sb 2, Mg 3 Bі 2, MgS jne. Mõnede metallide ühendeid teistega nimetatakse intermetallilisteks ühenditeks. keemiline side intermetallis on see sagedamini metalliline.

Suur number metallisulamites moodustunud keemilised ühendid erinevad mõne tunnuse poolest tüüpilistest keemilistest ühenditest, kuna see ei allu valentsusseadustele ega ole püsiva koostisega. Mõelge kõige olulisematele sulamites moodustunud keemilistele ühenditele.

Rakendamise etapid

Siirdemetallid (Fe, Mn, Cr, Mo, Ti, V, W jne) moodustuvad mittemetallidega C, N, Hühendid: karbiidid (koos KOOS), nitriidid (koos N), boriidid (koos IN), hüdriidid (koos H). Neid nimetatakse sageli rakendusfaasideks.

Rakendusetappidel on valem:

M 4 X(Fe 4 N, Mn 4 N jne),

M 2 X(W 2 C, Mo 2 C, Fe 2 N, Cr 2 N jne),

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

Interstitsiaalsete faaside kristallstruktuur määratakse mittemetalli (Rx) ja metalli (Rm) aatomiraadiuste suhtega.

Kui 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.

Interstitsiaalsed faasid on muutuva koostisega faasid ja vastavad (keemilised) valemid iseloomustavad tavaliselt metallide maksimaalset sisaldust neis.

Interstitsiaalsetel faasidel on kõrge: elektrijuhtivus, sulamistemperatuur ja kõrge kõvadus.

Interstitsiaalsetel faasidel on lahustimetalli omast erinev kristallvõre.

Rakendusfaaside põhjal on seda lihtne vormida tahkete lahuste lahutamine(VC, TiC, ZrC, NbC), mõned aatomid puuduvad võrekohtades.

Elektroonilised ühendused.

Need ühendid tekivad ühelt poolt monovalentsete (Cu, Ag, Au, Li, Na) metallide või üleminekurühmade metallide (Mn, Fe, Co jt) ning teiselt poolt lihtmetallide valentsiga 2 kuni 5 (Be, Mg, Zn, Cd, Al jne) vahel.

Seda tüüpi ühendeid (määratleb inglise metallifüüsik Hume-Rothery) iseloomustab teatud valentselektronide ja aatomite arvu suhe: 3/2; 21/13; 7/4; iga suhe vastab teatud kristallvõrele.

Suhtes 3/2 moodustub bcc võre (tähistatakse? - faas) (CuBe, CuZn, Cu 3 Al, Cu 5 Sn, CoAl, FeAl).

Kell 21/13 on neil kompleksne kuupvõre (52 aatomit raku kohta) - ? - faas (Cu 5 Zn 8, Cu 31 Sn 8, Cu 9 Al 4, Cu 31 Si 8).

7/4 juures on tihedalt pakitud kuusnurkne võre, tähistatud? - faas (CuZn 3, CuCd 3, Cu 3 Si, Cu 3 Sn, Au 3 Sn, Cu 5 Al 3).

Elektroonilisi ühendeid leidub paljudes tehnilistes sulamites - Cu ja Zn, Cu ja Sn (tina), Fe ja Al, Cu ja Si jne. Tavaliselt jälgitakse süsteemis kõiki kolme faasi (?, ?, ?).

Elektroonilistel ühenditel on teatud aatomite suhe, kristallvõre erineb komponentide võretest – need on kemikaali tunnused. ühendused. Kuid ühendites pole aatomite järjestatud paigutust. Temperatuuri langusega (pärast kuumutamist) toimub osaline tellimine, kuid mitte täielik. Elektroonilised ühendid moodustuvad komponentidega, mis moodustavad laias kontsentratsioonivahemikus tahkeid lahuseid.

Seega tuleks seda tüüpi ühendeid pidada keemiliste ühendite ja tahkete lahuste vahepealseks.

Tabel #1 – Elektroonilised ühendused

Lavesi faasid

Kas valem AB 2 , tekivad komponentide aatomiläbimõõtude suhtel D A /D IN = 1,2 (tavaliselt 1,1-1,6). Lavesi faasidel on hcp kuusnurkne võre (MgZn 2 ja MgNi 2, BaMg 2, MoBe 2, TiMn 2) või fcc (MgCu 2, AgBe 2, Ca Al 2, TiBe 2, TiCr 2). Need faasid esinevad supersulamites kivistuvate intermetalliliste faasidena.

• kõik metallid;
• palju mittemetalle (inertgaasid, C , Si , B , Se , Nagu , Te ).

Molekulid koosnevad:

• peaaegu kõik orgaanilised ained;
• väike arv anorgaanilisi: lihtsaid ja keerulisi gaase ( H2, O2 , O 3, N 2, F2, Cl2, NH3, CO, CO2 , SO 3, SO2, N2O, EI, EI 2, H2S) ja H2O, Br2, ma 2 ja mõned muud ained.

Ioonid koosnevad:

• kõik soolad;
• paljud hüdroksiidid (alused ja happed).

Koosneb aatomitest või molekulidest – molekulidest või ioonidest. Lihtainete molekulid koosnevad samadest aatomitest komplekssete ainete molekulid erinevatest aatomitest.

Koostise püsivuse seadus

Avastati koostise püsivuse seadus J. Proust aastal 1801:

Igal ainel, olenemata selle tootmismeetodist, on pidev kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis.

Näiteks süsinikmonooksiid CO 2 saab hankida mitmel viisil:

• C + O 2 \u003d t \u003d CO 2
• MgCO 3 + 2HCl \u003d MgCl 2 + H 2 O + CO 2
• 2CO + O 2 \u003d 2CO 2
• CaCO 3 \u003d t \u003d CaO + CO 2

Kuid olenemata valmistamismeetodist on molekul CO 2 on alati sama ühend: 1 süsinikuaatom Ja 2 hapnikuaatomit.

Oluline on meeles pidada:

• Vastupidine väide on see teatud ühend vastab teatud koostisele, vale. Nt, dimetüüleeter Ja etanool neil on sama kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis, mis kajastub kõige lihtsam valem C2H6O kuid need on erinevad ained, kuna neil on erinev struktuur. Nende ratsionaalsed valemid poollaiendatud kujul on erinevad:

1. CH3-O-CH3(dimetüüleeter);
2. CH3-CH2-OH(etanool).

• Koostise püsivuse seadus rangelt kohaldatav ainult molekulaarse struktuuriga ühendite puhul ( daltoniidid). Mittemolekulaarse struktuuriga ühendid ( bertollid) on sageli muutuva koostisega.

Keemiliste ainete ja mehaaniliste segude keemiline koostis

Ühend (keemiline ühend) on erinevate keemiliste ainete aatomitest koosnev aine.

Keemilise ühendi peamised omadused:

• Ühtsus;
• kompositsiooni püsivus;
• Füüsikaliste ja keemiliste omaduste püsivus;
• Emissioon või neeldumine moodustumise ajal;
• Osadeks eraldamise võimatus füüsilised meetodid.

Looduses pole absoluutselt puhtaid aineid. Igas aines on vähemalt ebaoluline protsent lisandeid. Seetõttu tegeletakse praktikas alati mehaaniliste ainete segudega. Kui aga ühe aine sisaldus segus ületab oluliselt kõigi teiste sisaldust, siis tinglikult arvatakse, et selline aine on individuaalne keemiline ühend.

Tööstuses toodetud ainete lisandite lubatud sisaldus määratakse standarditega ja sõltub aine kaubamärgist.

Üldiselt aktsepteeritakse järgmist ainete märgistamist:

• tehnika - tehniline (koostises võib olla kuni 20%; lisandeid);
• h - puhas;
• chda – analüüsiks puhas;
• hch - keemiliselt puhas;
• osch - kõrge puhtusastmega (lubatud lisandite määr kompositsioonis - kuni 10 -6 % ).

Mehaanilise segu moodustavaid aineid nimetatakse komponendid. Sel juhul nimetatakse aineid, mille mass moodustab suure osa segu massist põhikomponendid ja kõik muud segu moodustavad ained - lisandid.

Mehaanilise segu ja keemilise ühendi erinevused:

• Mis tahes mehaanilist segu saab erinevuse põhjal füüsikaliste meetoditega jagada komponentideks tihedused, keemispunktid Ja sulamine, lahustuvus, magnetiseeritavus ja teised füüsikalised omadused komponendid, mis moodustavad segu (näiteks puidu- ja rauaviilide segu saab eraldada kasutades H2O või magnet)
• koostise ebastabiilsus;
• Füüsikaliste ja keemiliste omaduste püsimatus;
• Heterogeensus (kuigi gaaside ja vedelike segud võivad olla homogeensed, näiteks õhk).
• Mehaanilise segu moodustumisel ei toimu energia vabanemist ja neeldumist.

Vahepealne positsioon mehaaniliste segude ja keemiliste ühendite vahel on hõivatud lahendused:

Mis puudutab keemilisi ühendeid, siis lahuseid iseloomustavad:

• homogeensus;
• soojuse eraldumine või neeldumine lahuse moodustumisel.

Mis puutub mehaanilistesse segudesse, siis lahuseid iseloomustavad:

• algaineteks eraldamise lihtsus füüsikaliste meetoditega (näiteks lahuse aurustamisega). lauasool, saadaval eraldi H2O Ja NaCl);
• koostise varieeruvus – nende koostis võib olla väga erinev.

Keemiline koostis massi ja mahu järgi

Keemiliste ühendite koostist, samuti erinevate ainete ja lahuste segude koostist väljendatakse massiosades (massi%) ning vedelike ja gaaside segude koostist, lisaks mahuosades (maht%).

Keemilise aine koostist, mida väljendatakse keemiliste elementide massiosades, nimetatakse aine koostis massi järgi.

Näiteks kompositsioon H2O kaalu järgi:

See tähendab, et võib öelda vee keemiline koostis (massi järgi): 11,11% vesinikku ja 88,89% hapnikku.

Komponendi massiosa mehaanilises segus (W)- see on arv, mis näitab, millise osa segust moodustab komponendi mass segu kogumassist ühikuna või 100%.

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

Kus m 1 on 1. (suvalise) komponendi mass, n on segu komponentide arv, m 1 … m n on segu moodustavate komponentide massid, m (cm.) on segu mass.

Näiteks, põhikomponendi massiosa :

W (peamine comp) =m (peaarvuti) /m (vaata)

Lisandi massiosa:

W (umbes) \u003d m (umbes) / m (vt)

Kõikide segu moodustavate komponentide massifraktsioonide summa on võrdne 1 või 100% .

Mahuosa gaas (või vedelik) gaaside (või vedelike) segus on arv , mis näitab, millise mahuosa moodustab antud gaasi (või vedeliku) ruumala segu kogumahust, võttes arvesse 1 või eest 100% .

Gaaside või vedelike segu koostist, väljendatuna mahuosades, nimetatakse segu koostis mahu järgi.

Näiteks, kuiva õhu segu koostis:

• Mahu järgi:W umbes ( N2) = 78,1%, W maht (O2) = 20,9%
• Kaalu järgi: W(N2) = 75,5%,W(O2) = 23,1%

See näide näitab selgelt, et segaduse vältimiseks on alati õige märkida kaalu järgi või mahu järgi segukomponendi sisaldus on näidatud, kuna need arvud erinevad alati: massi järgi hapniku õhusegus selgub 23,1 % , ja mahu poolest - kokku 20,9%.

Lahendusi saab vaadata kui segud lahustunud ainest ja lahustist. Seetõttu saab nende keemilist koostist, nagu iga segu koostist, väljendada komponentide massiosades:

W (lahus in-va) \u003d m (lahusta in-va) / m (lahus),

Kus

m (lahus) \u003d m (lahusti in-va) + m (lahusti)

või

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

Lahuse koostis, mida väljendatakse lahustunud aine massifraktsioonina (in % ), kutsutakse protsentuaalne kontsentratsioon see lahendus.

Vedelike lahuste koostis vedelikes (näiteks alkohol vees, atsetoon vees) on mugavam väljendada mahuosades:

W umbes % (lahust w) \u003d V (lahust w) V (lahus) 100%;

Kus

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

või ligikaudu

V (lahus) ≈ V (H2O) + V (lahust w)

Näiteks veini- ja viinatoodete alkoholisisaldust ei näidata massina, vaid massina mahumurrud(% ) ja helistage sellele numbrile kindlus juua.

Ühend lahendusi tahked ained vedelikes või gaasid vedelikes ei väljendata mahuosades.

Keemiline valem kui keemilise koostise kuva

Aine kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis kuvatakse kasutades keemiline valem. Näiteks kaltsiumkarbonaadil on keemiline valem « CaCO3 » . Sellest kirjest saab koguda järgmist teavet:

• Molekulide arv – 1 .
• Aine kogus – 1 mol.
• Kvalitatiivne koostis(millised keemilised elemendid moodustavad aine) - kaltsium, süsinik, hapnik.
• Aine kvantitatiivne koostis:

1. Iga elemendi aatomite arv aine ühes molekulis: Kaltsiumkarbonaadi molekul koosneb 1 kaltsiumi aatom, 1 süsinikuaatom Ja 3 hapnikuaatomit .
2. Iga elemendi moolide arv 1 mooli aine kohta: 1 mol CaCO 3(6,02 10 23 molekuli) sisaldab 1 mol (6,02 10 23 aatomit) kaltsiumi , 1 mol (6,02 10 23 aatomit) süsinikku Ja 3 mooli (3 6,02 10 23 aatomit) keemilise elemendi hapnikku )

• Aine massikoostis:

1. Iga elemendi mass 1 mooli aine kohta: 1 mool kaltsiumkarbonaati (100 g) sisaldab keemilisi elemente: 40 g kaltsiumi , 12 g süsinikku, 48 g hapnikku.
2. Keemiliste elementide massiosad aines (aine koostis massiprotsentides):

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

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

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

• Ioonse struktuuriga aine puhul (soolad, happed, alused) - aine valem annab teavet ioonide arv iga liik molekulis, nende kogus Ja ioonide mass 1 mooli aines:

1. Molekul CaCO 3 koosneb ioonist Ca 2+ ja ioon CO 3 2-
2. 1 mol ( 6.02 10 23 molekulid) CaCO 3 sisaldab 1 mol Ca 2+ ioone Ja 1 mool ioone CO 3 2- ;
3. 1 mool (100 g) kaltsiumkarbonaati sisaldab 40 g ioone Ca 2+ Ja 60 g ioone CO 3 2- ;

Bibliograafia:

Keemilisele ühendile on iseloomulikud järgmised eripärad:

1) Kristallvõre erineb ühendit moodustavate komponentide võrest.

2) Ühendis säilib alati selle komponentide lihtne mitmekordne suhe. See võimaldab väljendada nende koostist lihtsa valemiga A m B n , kus A ja B on vastavad elemendid, n ja m on algarvud.

3) Ühendi omadused erinevad järsult selle koostisosade omadustest.

4) Sulamis- (dissotsiatsiooni) temperatuur on konstantne.

5) Keemilise ühendi tekkega kaasneb märkimisväärne termiline efekt.

Keemilised ühendid tekivad komponentide vahel, millel on suur erinevus aatomite ja kristallvõrede elektronstruktuuris.

Tüüpiliste keemiliste ühendite näitena võib nimetada näiteks IV-VI rühmade elementidega magneesiumiühendeid perioodiline süsteem: Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 2 P, Mg 3 Sb, MgS ja teised.

Mõnede metallide ühendid teistega on üldnimetus intermetallilised ühendid või intermetallilised ühendid.

Metalli ühenditel mittemetalliga (nitriidid, oksiidid, karbiidid jne) võivad olla nii metallilised kui ka ioonne side. Ühendid, millel on metalliline side nimetatakse metalliühenditeks.

Suur hulk metallisulamites moodustunud keemilisi ühendeid erineb tüüpilistest keemilistest ühenditest, kuna need ei allu valentsiseadustele ega ole püsiva koostisega. Mõelge kõige olulisematele sulamites moodustunud keemilistele ühenditele.

7.2.1 Rakendusetapid. Siirdemetallid (Fe, Mn, Cr, Mo jt) tekivad süsiniku, lämmastiku, boori ja vesinikuga, s.o. väikese aatomiraadiusega elementidega, ühendid: karbiidid, nitriidid, boriidid ja hüdriidid. Neil on ühine struktuur ja omadused ning neid nimetatakse sageli läbitungimisfaasideks.

Interkalatsioonifaaside valem on M 4 X (Fe 4 N, Mn 4 N jne), M 2 X (W 2 C, Fe 2 N jne), MX (WC, TiC, TiN jne).

Interstitsiaalsete faaside kristallstruktuur määratakse mittemetalli (R x) ja metalli (RM) aatomiraadiuste suhtega. Kui 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.

Interkalatsioonifaasid on muutuva koostisega faasid. Karbiididel ja nitriididel on kõrge kõvadus. Interstitsiaalsete faaside kristallvõre erineb metalli omast.

7.2.2. Elektroonilised ühendid (Hume-Rothery faasid). Need ühendid moodustuvad sagedamini ühelt poolt ühevalentssete (Cu, Ag, Au, Li, Na) metallide või üleminekurühmade metallide (Fe, Mn, Co jne) ning lihtmetallide vahel valentsiga 2 kuni 5 (Be,

Mg, Zn, Cd, Al jne), teiselt poolt. Seda tüüpi ühenditel on teatud valentselektronide arvu ja aatomite arvu suhe, s.o. teatud elektronide kontsentratsioon. Need suhted, nagu näitas inglise metallifüüsik Hume-Rothery, võivad olla 3/2, 21/13 ja 7/4 ning iga suhe vastab teatud kristallvõrele: vastavalt kehakeskne kuup- või kuusnurkvõre, kompleksne kuupvõre ja näokeskne kuupvõre.

7.2.3 Laves faasid. Nende faaside valem on AB 2 ja need moodustuvad elementide vahel, mille aatomi läbimõõt on ligikaudu 1:1,2. Näiteks MgZn 2, TiCr 2 jt. Lavesi faasid esinevad kuumuskindlates sulamites kivistuvate intermetallidena.

Tahked lahendused

Tahked lahused on faasid, milles üks sulami komponentidest säilitab oma kristallvõre ja teiste (või muude) komponentide aatomid paiknevad esimese komponendi (lahusti) võres, muutes selle suurust. Seega on mitmest komponendist koosneval tahkel lahusel üht tüüpi võre ja see esindab ühte faasi. Lisaks ei eksisteeri tahket lahust mitte teatud komponentide vahekorras (nagu keemilises ühendis), vaid kontsentratsioonivahemikus.

Eristage tahkeid lahuseid .

Tahkete asenduslahuste moodustumisel asendavad lahustunud komponendi aatomid selle kristallvõres osa lahusti aatomitest (joonis 26, b).

Kui moodustub interstitsiaalne tahke lahus (joonis 26, V) lahustunud komponendi aatomid paiknevad lahusti kristallvõre vaheruumides (tühjustes).

Joonis 26. BCC kristallvõre: A- puhas metall b- tahke asenduslahus, V- interstitsiumi tahke lahus; A - mitteväärismetalli aatomid, B - asendusaatomid, C - interstitsiaalsed aatomid.

Metallid võivad erineval määral üksteises tahkes olekus lahustuda, moodustades piiratud või piiramatu lahustuvusega asenduslahuseid. Piiramatu lahustuvusega tahked lahused moodustuvad järgmistel tingimustel:

1) Komponentidel peavad olema sama tüüpi (isomorfsed) kristallvõred.

2) Komponentide aatomisuuruste erinevus peaks olema ebaoluline ega ületa 10-15%.

3) Komponendid peavad kuuluma elementide perioodilise tabeli samasse (või seotud) rühma.

Mõnedes sulamites (näiteks Cu-Au, Fe-Al), mis moodustavad kõrgetel temperatuuridel asenduslahuseid (koos komponentide aatomite juhusliku vaheldumisega), toimub aatomite ümberjaotumise protsess aeglase jahutamise või pikaajalisel kuumutamisel teatud temperatuuridel. Nimetatakse tahkeid lahuseid, mis on stabiilsed suhteliselt madalatel temperatuuridel korrastatud tahked lahused või tekiehitised. Järjestatud tahkeid lahuseid võib pidada vahefaasideks tahkete lahuste ja keemiliste ühendite vahel. Erinevalt keemilistest ühenditest on järjestatud tahkete lahuste kristallvõre lahustivõre. Korrastatud tahkete lahuste moodustumisega kaasneb füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste muutumine. Tavaliselt suureneb tugevus ja väheneb elastsus.

Tahkete lahuste moodustamise võime on omane mitte ainult puhastele elementidele, vaid ka keemilistele ühenditele. Nendel juhtudel säilib keemilise ühendi kristallvõre, kuid ühe komponendi aatomite liigne arv võib asendada teatud arvu teise komponendi aatomeid. Lisaks võivad üksikutes sõlmedes samal ajal tekkida vabad kohad – tühimikud. Keemilistel ühenditel põhinevaid tahkeid lahuseid, mille tekkega kaasneb tühikute tekkimine võrekohtades, nimetatakse lahutamislahusteks.

KOKKUVÕTE

Under sulam tähendab ainet, mis on saadud kahe või enama elemendi liitmisel.

Tasakaalus olevate faaside kogumit nimetatakse süsteem. faas nimetatakse süsteemi homogeenseteks komponentideks, millel on sama koostis, kristallstruktuur ja omadused, sama agregatsiooni olek ja mis on eraldatud liidese komponentidest. Under struktuur mõista metallide ja sulamite faaside omavahelise paigutuse kuju, suurust ja olemust. Sulami komponendid võivad moodustada mehaanilisi segusid, keemilisi ühendeid või tahkeid lahuseid.

mehaaniline segu kaks komponenti moodustuvad siis, kui nad ei suuda tahkes olekus vastastikku lahustuda ega astu ühendi moodustamiseks keemilisesse reaktsiooni.

Keemilised ühendid moodustuvad komponentide vahel, millel on suur erinevus aatomite ja kristallvõrede elektronstruktuuris. Keemilise ühendi struktuur ja omadused erinevad selle moodustanud komponentide struktuurist ja omadustest.

Olulisemad sulamites moodustuvad keemilised ühendid on:

Rakendamise etapid

Elektroonilised ühendused (Hume-Rothery faasid)

Lavesi faasid

tahked lahused nimetatakse faasideks, milles sulami üks komponentidest säilitab oma kristallvõre ja teiste (või muude) komponentide aatomid paiknevad esimese komponendi (lahusti) võres, muutes selle suurust.

Eristage tahkeid lahuseid asendused, lisamised ja lahutamised.

Ülevaate küsimused

1. Mis on sulam?

2. Defineerige mõisted "faas", "süsteem", "struktuur".

3. Millal tekib sulamis komponentide mehaaniline segu ja millal keemiline ühend?

4. Mis on tahked lahused? Milliseid tahkeid lahendusi te teate?

8. STATUSDIAGRAMM

oleku diagramm on sulami oleku graafiline kujutis. Olekudiagrammid koostatakse tasakaalutingimuste või neile piisavalt lähedaste tingimuste jaoks. Seetõttu võib olekudiagrammi nimetada ka tasakaaludiagrammiks.

Tasakaaluseisund vastab vaba energia minimaalsele väärtusele. Selle oleku saab saavutada sulami ülekuumenemise või ülejahutuse puudumisel. Olekudiagramm on teoreetiline juhtum, sest tasakaaluteisendusi (ilma ülejahutuse või ülekuumenemiseta) praktikas ei saa

sya. Tavaliselt kasutatakse praktikas madalal kuumutamisel või jahutamisel toimuvaid muundumisi.

Stabiilsete faaside kooseksisteerimist reguleerivaid üldseadusi saab matemaatiliselt väljendada kui faasireeglid või Gibbsi seadus.

Faasireegel annab kvantitatiivse seose süsteemi vabadusastme ja komponentide faaside arvu vahel.

Under vabadusastmete arv (dispersioon) süsteemid mõistavad väliste ja sisemiste tegurite hulka (temperatuur, rõhk, kontsentratsioon), mida saab muuta ilma faaside arvu süsteemis muutmata.

Faasi reegel.

C \u003d k - f + 2

KOOS- vabadusastmete arv, k- komponentide arv, f- faaside arv, 2 on välistegurite arv.

Faasireegel kehtib ainult tasakaaluolekus.

Faasireegli võrrandi sõltumatud muutujad on kontsentratsioon, temperatuur ja rõhk. Kui eeldada, et metallis toimuvad kõik muundumised konstantsel rõhul, siis muutujate arv väheneb ühe võrra.

C \u003d k - f + 1

Näide. Vaatame, kuidas muutub ühekomponendilise süsteemi vabadusaste ( k = 1) puhta metalli kristallisatsiooni korral. Kui metall on vedelas olekus, s.t. f = 1(üks faas on vedelik), vabadusastmete arv on 1. Temperatuur võib sel juhul muutuda ilma agregatsiooniseisundit muutmata. Kristalliseerumise ajal f = 2(kaks faasi - tahke ja vedel), C=0. See tähendab, et kaks faasi on tasakaalus rangelt määratletud temperatuuril (sulamistemperatuuril) ja seda ei saa muuta enne, kui üks faas kaob, s.t. süsteem ei muutu monovariandiks ( C=1).