Ця реакція покладена в основу промислового способу добування азотної кислоти.
У водних розчинах HNO3 є сильною кислотою, практично повнімтю дисоціює. Солі азотної кислоти, нітрати, одержані для більшості металів, майже всі вони розчинні у воді. При дії на метали концентрованою азотною кислотою продуктом відновлення звичайно є NO2, розведеною азотною кислотою на метали – NO, а на активні метали – суміш NO, N2O, N2, NH4NO3:
Cu+4HNO3(k)=Cu(NO3)2+2NO2+2HOH
3Cu+8HNO3(p)=3Cu(NO3)2+2NO+4HOH
4Zn+10HNO3(p)=4Zn(NO3)2+N2O+5HOH
Азотна кислота не реагує з благородними металами (Au, Pt та ін.), деякі порівняно активні метали (Al, Fe) на холоді пасивуються концентрованою азотною кислотою внаслідок утворення на їх поверхні при дії HNO3 інертних оксидних плівок.
Окиснювальні властивості азоту (5) у нітратах виявляються запідвищених температур. Вийнятком є нітрати малоактивних металів, оксиди яких термічно нестійкі: 2AgNO3 = Ag + 2NO2 + O2.
Найширшого застосування набули аміак і азотна кислота. Велика роль азоту та його сполук у металургії. Солі азотної кислоти застосовують при добуванні деяких металів (наприклад VO2 (NO3)2при добуванні урану); “царська водка” (суміш азотної і соляної кислот) – при добуванні пластиннових металів.
Фосфор.
У зв’язку з тим, що атом фосфору має велики розмірі, а значичть, меншу електронегативність (Е=2,1), найнижчий ступінь окислення –3, який відповідає завершенню зовнішнього рівня, стає менш стійким. Навпаки найстійкішою стає найвищий ступінь окислення +5.
Добування фосфору при дії вугілля і піску на фосфат кальцію в електропечах при 1500оС:
Ca3(PO4)2+5C+3SiO2=3CaSiO3+2P+5CO
Фософр утворює кілька алотропічних модіфікацій. Білий фосфор легкоплавкий, леткий розчиняється у деяких органічних розчинниках, отруйний, дуже активний, самозаймається при температурах понад 50оС. Червоний і чорний фосфор набаго менш активний, не розчиняється в органічний розчинах, не отруйний. Для фосфору характерні відновні властивості, які він виявляє у реакціях з неметалами:
4P+3O2 (надлишок)=2P2O3
4P+5O2 (надлишок)=2P2O5
2P+5Cl2 (надлишок)=2PCl5
В реакціях з активними металами фосфор виступає в ролі окисника: 3Mg+2P=Mg3P2. Зводним фосфором не реагує. Бфлий фосфор вступає в реакцію з лугом, при цьому відбувається його самоокислення – самовідновлення:
P4+3NaOH+3HOH=PH3+3NaH2PO2
Сполуки фосфору з металами, фосфіди, забудовую і властивостями аналогічні нітридам. Фосфіди S – металів реагують з водою, утворюючи фосфін: Mg3P2+6H2O=3Mg (OH)2+2PH3. Фосфін реагує з деякими сильними кислотами за низьких температур з утворенням солей фосфонію: PH3+HI=PH4I. При підвищенні температури або дії води солі фосфонію легко розкладаються. Водночас фосфін є сильним відновником, на повітрі легко займається:
2PH3+4O2=P2O5+3HOH
При дії лугу на бфлий фосфор разом з фосфіном утворює сіль NaH2PO2 (гіпофосфіт натрію). Цій солі відповідає фосфорнуватиста кислота H3PO2. Кислота сильна, одноосновна. Кислота і її солі є сильними відновниками. У зв’язку з цим гіпофосфіти використовуються при хімічному нікелюванні:
NiSO4+NaH2PO2+HOH=Ni+NaH2PO3+H2SO4
При взаємодії P2O5 з водою утворюються фосфорні кислоти:
P2O5+HOH=2HPO3 (метафосфорна кислота)
P2O5+2HOH=H4P2O7 (дифосфорна кислота)
P2O5+3HOH=2H3PO4 (ортофосфорна кислота)
Найбільше значення має ортофосфорна кислота (фосфорна).
Для її добування окрім реакції P2O5 з водою, використовують дію сірчаної кислоти на фосфат кальцію:
Ca3(PO4)2+3H2SO4=3CaSO4+2H3PO4
Кислота триосновна, утворює три типи солей: середні, або фосфати (Na3PO4, Ca3 (PO4)2), кислі, в тому числі гідрофосфати (Na2HPO4, CaHPO4) і дегідрофосфати (NaH2PO4, Ca(H2PO4)2).
Фосфор є шкідливою домішкою в човунах і сталях. Гіпофосфати застосовуються для добування нікельових покриттів. У великих кількостях солі фосфорної кислоти використовують як фосфорні добрива.
Вуглець.
Електронегативність вуглецю=2,5, електрони хімічних зв’язків можуть зсуватися від атома вуглецю до його партнерів (виникає ступінь окислення +4), а також до атома вуглецю від його партнерів (ступінь окислення –4). Відомі сполуки в яких вуглець має різні промежні ступіні окислення. Найстійкиший ступінь окислення +4.
Більшість його знаходиться у карбонатах (CaCO3, MgCO3). Вуглець міститься в органічних речовинах, в тому числі у нафті, вугіллі, сланці, природному газі. Вуглець зустрічається і у вигляді простих речовин – графіту, алмазу.
Відомо кілька алотропічних модифікацій вуглецю: алмаз, графіт, карбін, фулерени.
Вуглець – найтугоплавкіша проста речовина. Зазвичайних умов вуглець малоактивний, при нагріванні вступає в реакції з металами і воднем, виявляючи окиснювальні властивості, у реакіях з киснем, сіркою, оксидами металів та ін. – відновні властивості:
Ca+2C=CaC2 C+O2=CO2
4Al+3C=Al4C3 C+2S=CS2
2H2+C=CH4 C+PbO=Pb+CO
З галогенами вууглець безпосередньо не реагує.
Карбіди металів можна розділити на дві групи: карбіди S- (P-) металів і карбіди d – металів. Карбіди першої групи з водою вступають у реакції обміну з утворенням гідроксидів металів і вуглеводнів:
CaC2+2HOH=Ca(OH)2+C2H2 (HCºCH)
Al4C3+12HOH=4Al(OH)3+3CH4
Карбіди звичайно добувають дією надлику вуглецю на оксиди металів:
CaO+3C=CaC2+CO
V2O5+7C=2VC+5CO
Вуглець утворюють 2 оксиди СО і СО2. При згоранні вуглець у надлишку кісню утворюється СО2 Со+О2=СО2, СО2 припідвищенних иемпературах реагує з вуглецем:
CO2+C=2CO
При пропусканні парів води кріз шар разжареного коксу утворюється суміш СО і Н2, які називаються водяним газом:
C+HOH=CO+H2
СО за звичайних умов поводить себе як несолетвірний оксид, не реагує з водою, розчинами кислов і лугів. Однак при підвищеному тиску пр нагіванні вступає в реакцію із лугами, утворюються солі мурашиної кислоти: Со +NaOH=HCOONa. Для СО характерні відовні властивості:
2CO+O2=2CO2DH= -565 кДж.
Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2
NiO+CO=Ni+CO2
Оксиди вуглецю (2) сполучаються із багатьма металами, утворюючи карбоніди:
Fe+5CO=FeCO5 (карбоніл заліза)
Ni+4CO=Ni(CO)4 (карбоніл нікелю)
Велике значення має реакція СО з аміаком:
CO+NH3=HCN+HOH
Дуже отруйна. Повільно розкладаєтсья придії води і кисню. Солі цієї кислоти (NaCN, KCN) називають ціанідами. Оксид вуглецю (4) добувають у промисловості термічним розкладом CaCO3:
CaCO3=CaO+CO2
а у лабораторії – дією соляної кислоти на СаСО3 в апараті Кіппа:
CaCO3+2HCl=CaCl2+HOH+CO2
СО2 розчиняється у воді, утворюючи вугільну кислоту:
CO2+HOH=H2CO3
Вугільна кислота нестійка, існує лише у водному розчині, двухосновна. Для перетворення карбонатів у гідрокарбонати можна використати дію вугільної кислоти на карбонати:
CaCO3+H2CO3=Ca(HCO3)2
для оборотного переходу – донейтралізація кислої солі:
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3+2HOH
В зв’язку з тим, що вугільна кислота являєтсья слабкою, карбонати підлягають значному гідролізу. Гідроліз солей лужних металів іде ступінчато і оборотно.
Вуглець і його сполуки дуже важливі для металургії. Вуглець (кокс) використовується як дешевий відновник при отриманні багатьох металів (Zn, Cu, Sn, Pb, Ni, Co і ін). Вуглець – важливий компонент сплавів (чугуна, сталі та ін).
Кремній.
Електронегативність кремнію (1,9) невисока, тому найбільш стійка ступінь окислення +4. Найбільш низька ступінь окислення –4 проявляється в сполуках з активними металами, проміжні ступені окислення (крім 0) – нестійкі.
Кремній одержують в електропечах відновленням SiO2коксом:
SiO2+2C=Si+2CO DH=68.9 Дж.
Необхідний для напівпровідників техніки кремній особливої частоти отримують розкладанням його водневих з’єднань, йодиду кремнію або реакції SiCl4 з чистим цинком.
Кремній – полімер, в реакйії вступає тільки при нагріванні. На відміну від вуглецю не реагує з Н2, але з’єднується з галогенами:
Si+2Mg=Mg2Si (Si – окисник)
Si+O2=SiO2
Si+2Cl2=SiCl4 (Si – відновник)
Сполуки кремнію з металами, силіциди, як і карбіди, можна поділити на дві групи. Солеподібні силіциди S-металів (Mg2Si, Ca2Si) легко реагують з кислотами (але не з водою), утворюючи сполуки кремнію з воднем, - сілани:
Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4
Силіциди d-металів, які частіш за все мають склад Sin+H2n+2. На повітрі сілани самозаймаються:
SiH4+2O2=SiO2+2HOH
при нагріванні розкладаються : SiH4=Si+2H2
Оксид кремнію SiO2 в природі існує у вигляді кварцу (піску), тримідиту, кристоаліту, а також в аморфному стані (опла, агат). SiO2 – тугоплавкий і хімічно малоактивний, при звичайних температурах. З водою не реагує, свої кислотні властивості проявляє в реакціях з лугами, основними оксидами і деякими солями, які проходять з достатньою швидкістю при підвищених температурах:
2NaOH+SiO2=NaSiO3+HOH