Неорганическая химия (стр. 4 из 4)
[Co(NH3)5Br]SO4 – сульфат бромопентааминокобальта (III)
Название комплексного аниона составляют аналогично названию катиона и заканчивают суффиксом "ат".
Ba[Pt(OH)2Cl4] – тетрахлородигидроксоплатинат (IV)аммония
Названия нейтральных комплексных частиц образуют также, как и катионов, но комплексообразователь называют в иминительном падеже, а степень его окисления не указывают.
[Pt(NH3)2Cl2] – дихлородиаминоплатина
Ионы, находящиеся во внешней сфере, связаны с комплексным ионом в основном силами электростатического взаимодействия и в растворах легко отщепляются подобно ионам сильных электролитов. Лиганды, находящиеся во внутренней сфере комплекса, связаны с комплексообразователем ковалентными связями, и их диссоциация в растворе осуществляется, как правило, в незначительной степени.
[Ag(NH3)2]Cl ® [Ag(NH3)2]+ + Cl-
[Ag(NH3)2]+ÛAg+ + 2NH
Поэтому с помощью качественных химических реакций обычно обнаруживаются только ионы внешней сферы.
1.5 Свойства переходных металлов VIII группы
Металлы VIII группы образуют три побочные подгруппы – железа, кобальта, никеля.
Семейство железа. Атомы элементов Fe, Co, Ni имеют электронные конфигурации 3d64s2, 3d74s2, 3d84s2, наиболее характерные СО +2, +3.
Значения стандартных электродных потенциалов позволяют отнести их к числу металлов средней химической активности. При этом железо активнее чем кобальт и никель.
Железо устойчиво по отношению к сухому воздуху, но во влажном быстро корродирует и покрывается бурым гидроксидом Fe2O3×nH2O, рыхлым и не предохраняющим металл от дальнейшего окисления. Реакция образования ржавчины многостадийна; суммарно ее можно выразить уравнением
4Fe + 3O2 + 2nH2O = 2(Fe2O3×nH2O)
При температуре каления железо сгорает, превращаясь в железную окалину Fe3O4. При нагревании железо взаимодействует со многими неметаллами; реакции протекают особенно энергично, если железо мелко раздроблено. В зависимости от проведения процесса образуются твердые растворы с C, Si, N, P, H, металлоподобные соединения Fe3C, Fe3Si, Fe4N, Fe3P, Fe2Hили соли FeCl3, FeS. Железо легко растворяется в кислотах, вытесняя из них водород:
Fe + 2H+ = Fe2+ + H2
Концентрированная азотная кислота пассивирует железо. Отношение Fe к серной кислоте зависит от концентрации H2SO4. Железу соответствуют два устойчивых оксида: FeO, Fe2O3. Гидроксиды Fe(OH)2, Fe(OH)3 – труднорастворимые соединения проявляющие соответственно основные и амфотерные свойства (NaFeO2). Известны также соли железной кислоты H2FeO4 (СО +6).
При действии цианида калия на растворы солей железа (II) получается белый осадок цианида железа:
Fe2+ + 2CN- = Fe(CN)2¯
В избытке цианида калия осадок растворяется в следствие образования комплексной соли (желтая кровяная соль):
Fe(CN)2 + 4КCN = K4[Fe(CN)6]
Анионы [Fe(CN)6]4- является чувствительным реактивом на ионы Fe3+:
4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- = Fe4[Fe(CN)6]3¯ (берлинская лазурь)
Образующийся осадок имеет характерную синюю окраску, под действием окислителей он переходит в гексацианоферат (III) (красная кровяная соль):
Ее анион является чувствительным реактивом на ионы Fe2+:
3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- = Fe3[Fe(CN)6]2¯
Образующийся осадок имеет характерный интенсивный синий цвет (турнбулева синь).
2. Химия неметаллов
Кремний
Кремний очень распространен в природе, содержание его в земной коре составляет 27,6 масс.% (он занимает второе место после кислорода).
Кремний в свободном виде в природе не встречается, но играет важную роль. Земная кора на 97 % состоит из соединений кремния; важнейшим из них является кремнезем SiO2 и силикатные минералы, представляющие собой сложные соединения, отличающиеся разнообразным составом и структурой.
Соединения кремния входят в состав растительных и животных организмов, они способствуют образованию твердых скелетных частей и тканей. Особенно много кремния могут накапливать некоторые морские организмы, как растительные – диатомовые водоросли, так и животные – кремневые губки, солнечники, скелет которых состоит из двуокиси кремния. Диатомовые водоросли и инфузории, погибая, образуют различные формы аморфного кремнезема: кизельгур, трепел, диатомит.
Таким образом, кремнезем в виде двуокиси кремния широко распространен в природе. Кремнезем бывает кристаллический и аморфный. Природной формой кристаллического кремнезема является минерал кварц. Он входит в состав горных пород: граниты, пегматиты.
Наиболее чистой природной разновидностью кварц является прозрачный, как вода, горный хрусталь. Окрашенные разновидности горного хрусталя известны как драгоценные камни: дымчатый – раухтопаз, черный – марион, фиолетовый – аметист. К микроволокнистым разновидностям кварца относятся халцедон, агат, яшма, кремень. Горный хрусталь и его разновидности применяются для изготовления оптических приборов и в ювелирном деле.
Кремнезем в виде различных песков используется в силикатной промышленности и в строительстве.
Землистые формы аморфного кремнезема – диатомит, трепел – имеют пористое строение, поэтому они обладают повышенной химической активностью, являются хорошими адсорбентами.
Кремнезем и его разновидности представляют неорганический полимер, построенный из тетраэдров SiO4. В центре правильного тетраэдра находится атом кремния в вершинах атомы кислорода. Кремний соединен с атомами.
Двуокись кремния – устойчивое соединение, которое в воде практически нерастворима; из кислот на нее действует только HF, при этом образуется тетрафторид кремния и вода:
SiO2 + 4HF = 2H2O + SiF4
Эта реакция используется при травлении стекла.
В обычных условиях щелочи очень слабо взаимодействуют с SiO2 с образованием солей кремневой кислоты – силикатов:
SiO2 + 2NaOH = H2O + Na2SiO3
Химическая активность модификаций SiO2 возрастает от кварца к аморфному кремнезему.
Аморфный кремнезем может вступать в химическое взаимодействие с щелочами и гашеной известью уже на холоду. На этом основано использование этих материалов в качестве гидравлических добавок в цементах. Имеющаяся в цементе известь взаимодействует с аморфным кремнеземом с образованием силикатов кальция. Этот процесс можно выразить следующим уравнением реакции:
SiO2 + Ca(OH)2 = H2O + CaSiO3
При сплавлении все модификации SiO2 легко взаимодействуют с основными оксидами, щелочами и карбонатами, например:
SiO2 + 2NaOH = H2O + Na2SiO3
SiO2 + Na2СО3 = СО2 + Na2SiO3
Кремневыекислотыисиликаты
Свободнаякремневаякислотаизвестнаввиденесколькихформ: H4SiO4 илиSiO2.2H2O – ортокремневаякислота; H2SiO3илиSiO2.H2O – метакремневаякислота; H2Si2O5или 2SiO2.H2O – двуметакремневаякислота.
Мономолекулярные кремневые кислоты неустойчивы и обычно конденсируются в полимерные практически нерастворимые в воде формы.
Кремневые кислоты слабее угольной кислоты.
Диссоциацию метакремневой кислоты можно представить уравнением реакции:
H2SiO3D H+ + HSiO3-Кд1 = 2.10-10
HSiO3-D H+ + SiO32-Кд2 = 1.10-12
Диоксид кремния SiO2 в воде не растворяется, поэтому кремневая кислота получается косвенным путем – действием кислоты на растворимые силикаты:
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl
Поликремневые кислоты в воде не растворимы, легко образуют коллоидные растворы – золи. Устойчивость золей этих кислит зависит от рН раствора.
Строение мицеллы кремневой кислоты условно можно выразить формулой:
{[SiO2.mH2O]m.xHSiO3- (x-y)H+}-yyH+
Золи кремневых кислот обладают гидрофильными свойствами. Прибавлением электролитов не всегда удается вызвать коагуляцию. Для более быстрой коагуляции необходимо добавить баритовой воды или концентрированного раствора Al2(SO4)3
При коагуляции кремнево-кислых золей образуются гели переменного состава с общей формулой SiO2.хH2O.
Гель кремневых кислот представляет собой микрогетерогенную систему, состоящей из губчатой твердой фазы, в порах которой распределена вода. Высушенные гели кремневых кислот называются силикагелями. Они обладают сильно развитой внутренней поверхностью и являются хорошими сорбентами. Силикагель сильно поглощает пары воды, поэтому его используют для осушки газов.
Соли кремневых и поликремневых кислот называются силикатами.
В воде растворимы только силикаты щелочных металлов, остальные силикаты малорастворимы в воде.