Основные свойства s-элементов

ВОДОРОД («Рождающий воду» - Hydrogenium, лат)

₁Н; строение электронной оболочки 1s¹. Занимает 2 места в Периодической системе элементов благодаря наличию следующих свойств:

Признаки элемента I группы (активного металла): 1). имеет 1 валентный электрон и является сильным восстановителем Н – 1 ® Н+; 2). ион Н+ существует в растворах (как и ионы щелочных металлов); 3). в твёрдом состоянии очень электропроводен.

Признаки элемента 7 группы: 1). до завершения электронного слоя (чтобы походить на Не) не хватает 1 , поэтому в некоторых реакциях будет окислителем Н + 1 ® Н-; 2). в связи с этим для него характерна большая энергия сродства к электрону; 3). при обычных условиях Н2 – газ.

Физические свойства

Газ без цвета, вкуса и запаха, самый лёгкий, t°_пл = - 252,6°, t°_кип = -259,1°С (ниже только у Не).

Уникальные свойства:

1. Очень теплопроводен; нагретое тело остывает в атмосфере водорода в 6 раз быстрее, чем в воздухе; это свойство роднит водород с металлами.

2. В воде растворим очень плохо (в 1 объёме воды растворяется 0,02 объёма водорода); но очень хорошо растворим в металлах (в 1 объёме палладия растворяется 900 объёмов водорода).

Получение водорода

1.В лаборатории: Zn + 2HCI = ZnCI₂ + H₂

2.В промышленности:

а)конверсия водяного газа (при повышенной t^o):

С + Н₂О = СО + H₂ , СО + Н₂О = СО₂ + H₂

б)конверсия метана (при повышенной t^o ): СН₄ + 2Н₂О = СО₂ + 4H₂

3)В экспедиции (для радиозондов): LiH + Н₂О = LiОH + H₂

Химические свойства

1. В большинстве реакций водород – сильный восстановитель, но Н₂ – не очень активен, а атомарный Н более реакционоспособен (Н₂ - 2 ® 2Н⁺)

а) с галогенами реакции идут по-разному

Н₂ + F₂ Þ 2HF (со взрывом, при низкой температуре и в темноте);

(реакция замещения, механизм свободно-радикальный);

(идёт неполно);

Н₂ + J₂ Û 2HJ.

б) ;

г) ;

д) .

в) 3Н₂ + N₂ Û 2NH₃;

2. Очень редко водород является окислителем (Н₂ + 2 ® 2Н^-)

2Li + H₂ = 2LiH (гидрид).

Гидриды

Н-; ионные связи

Н- и Н+; связи близки к ковалентным неполярным

Н+; ковалентные полярные связи

1) В зависимости от природы гидриды по-разному гидролизуются:

а) основной гидрид: ;

б) кислотный гидрид: .

2) Это сказывается и на реакциях комплексообразования

КН – основной гидрид;

AlH₃ – амфотерный;

ВН₃ – кислотный.

а) КН + ВН₃ ® К[ВН₄]

б) КН + AlН₃ ® К[AlН₄]

в) AlН₃ + 3ВН₃ ® Al[ВН₄]₃.

ВОДА (Н₂О)

- составляет 50 – 90% любого живого существа; самое распространённое вещество планеты.

Многие физические константы воды приняты за эталон:

t°_пл. = 0°С;

t°_кип. = 100°С;

плотность = 1 г/см³;

теплоёмкость = 1 = 4,19 .

Валентные орбитали кислорода находятся в состоянии sр³-гибридизации, образуют искажённый тетраэдр, а молекула воды имеет угловую структуру:

угол НОН = 104°28¢ .

Поэтому молекулы Н₂О очень полярны, что существенно сказывается на различных свойствах жидкой и твёрдой воды. Свойства обусловлены прежде всего структурой, образованием водородных связей (см. темы: химическая связь, электролитическая диссоциация, комплексные соединения). Жидкая и твердая вода существует в виде ассоциатов (Н₂О)_х.

Химические свойства

1. Н₂О + Ме = основание (или оксид) + Н₂

2К + 2Н₂О = 2КОН + Н₂^­;

.

2. H₂O + С1 ₂ = HCl + HСlO.

3. H₂O + основной оксид = основание

H₂O + СаО = Са(ОН)₂.

4. H₂O + кислотный оксид = кислота

H₂O + SO₃ = Н₂SО₄;

H₂O + СО₂ Û Н₂СО₃.

5. образует аквакомплексы

CuSО₄ + 4H₂O = [Cu(H₂O)₄] SО₄.

6. разлагает многие бинарные соединения

К₃N + 3Н₂О = 3КОН + NН₃^­;

Ca₃P₂ + 6Н₂О = 3Ca(OH)₂ + 2PН₃^­;

;

LiH + Н₂О = LiОН + Н₂^­.

7. практически не диссоциирует

2Н₂О Û Н₃О⁺ + ОН^- ( ).

8. разлагает некоторые соли (гидролиз идет до конца)

SbCl₃ + H₂O = SbOCl_¯ + 2HCl.

9. перегретый водяной пар обладает особыми свойствами:

а) конверсия водяного газа

;

.

б) конверсия метана

.

ВОДОРОД ПЕРОКСИД (перекись водорода; Н₂О₂)

Из-за несимметричного строения связей Н-О молекула сильно полярна, поэтому между молекулами Н₂О₂, как и между молекулами Н₂О, существуют водородные связи и говорят не об единичных молекулах, а об ассоциатах (Н₂О₂)_х.

Условно строение молекулы можно изобразить Н-О-О-Н; энергии связей различны: Е_{связи О-О} = 210 кДж/моль; Е_{связи О-Н} = 468 кДж/моль. Связь О-О более слабая и это сказывается на химических свойствах пероксида: Н₂О₂ хороший окислитель.

Благодаря возможности образования «кислородных мостиков» известны также надперекиси (ещё менее устойчивы, чем Н₂О₂): Н₂О₃ , Н₂О₄ .

Физические свойства

Н₂О₂ – бесцветная вязкая жидкость с неприятным «металлическим» привкусом. t°_кип. = 150,2°С; t°_пл. = -0,43°С; плотность = 1,45 г/см³. Хороший растворитель; хорошо смешивается с Н₂О.

Получение водородпероксида

ВаО₂ + H₂SO₄ = H₂O₂ + ВаSO₄

Химические свойства

1. В водных растворах перекись водорода – слабая кислота:

(К₁ = 2,2 × 10^-12).

оксоний - водородпероксид-

ион ион

2. Соединение неустойчиво, при хранении разлагается:

2Н₂О₂ ® 2Н₂О + О₂^­.

3. В окислительно-восстановительных реакциях Н₂О₂ и её производные прежде всего окислители, но в присутствии сильного окислителя Н₂О₂ может быть восстановителем:

а) NaVO₃ + H₂O₂ + HCl = HVO₄ + NaCl + H₂O

в – ль о - ль

( );

б) Ag₂O + H₂O₂ = 2Ag + O₂ + H₂O

в – ль

( ).