Kimya a4. Yeni materialın öyrənilməsi

Nəzəri hissə

Metalların ətraf mühitlə kimyəvi və ya elektrokimyəvi qarşılıqlı təsiri nəticəsində korroziyaya korroziya deyilir. Spontan korroziya proseslərinin səbəbi təmiz metalların birləşmələrinə nisbətən sərbəst enerjisinin artıqlığıdır, yəni. metalların termodinamik qeyri-sabitliyi. Termodinamik qeyri-sabitlik dərəcəsinə görə bütün metalları 5 qrupa bölmək olar:

Artan termodinamik qeyri-sabitlik metalları - neytral mühitlərdə belə korroziyaya məruz qalır. Elektrokimyəvi silsilədə fəaliyyətlər Li və Fe arasında yerləşir.

Metallar termodinamik cəhətdən qeyri-sabitdir - oksigen (Cd, In, Co, Ni, Mo, Pv, W) olmadıqda neytral mühitlərdə sabitdir.

Aralıq termodinamik sabitliyə malik metallar - oksigen (Bi, Sв, Cu, Ad) olmadıqda turşu və neytral mühitlərdə sabitdir.

Yüksək termodinamik sabitliyə malik metallar - Hd, Pd, Ir, Pt.

Tam sabitlik metalı Au-dur.

Korroziya proseslərinin mexanizminin öyrənilməsi və ondan qorunma üsullarının işlənib hazırlanması böyük praktik əhəmiyyət kəsb edir.

Korroziya proseslərinin mexanizminə görə korroziya kimyəvi və elektrokimyəvi bölünür.

Kimyəvi korroziya elektrik cərəyanını keçirməyən mühitlər üçün xarakterikdir: qaz korroziyası - metal səthində nəm kondensasiyası olmayan qazlarda və buxarlarda, adətən yüksək temperaturda; maye - qeyri-elektrolitlərin (üzvi mayelərin) məhlullarında.

Elektrokimyəvi korroziya qalvanik elementlərdəki proseslərə bənzər birləşmiş anodik-katod prosesidir. Qalvanik elementin işində olduğu kimi, elektrokimyəvi korroziya zamanı metalın anodik oksidləşməsi və oksidləşdiricinin (depolyarlaşdırıcının) katod reduksiyası baş verir.Metalların elektrokimyəvi korroziyasına səbəb metalların kimyəvi və faza tərkibində heterojen olması, makro və mikrogalvanik hüceyrələrin meydana gəlməsinə səbəb olan çirklər və filmlər. Metalın oksidləşməsi nəticəsində anoddan katoda axan elektronlar onu qütbləşdirir və bu elektronları bağlayan oksidləşdirici maddə depolyarlaşdırıcı rolunu oynayır. Əgər oksidləşdirici maddə H + ionlarıdırsa (H 3 O +), onda belə korroziya hidrogen depolarizasiya korroziyası adlanır. Ən sadə formada tənliklərlə ifadə edilə bilər:

A: Mən - ne = Mən n+

K: 2H + + 2e = H 2 və ya

2H 3 O + + 2e = H 2 + 2H 2 O

Əgər oksidləşdirici maddə oksigendirsə, onda belə korroziya oksigen depolarizasiyası ilə korroziya adlanır və tənliklərlə ifadə olunur:

A: Mən - ne = Mən n+

K: O 2 + 2H 2 O + 4e = 4OH - pH=7 və ya pH>7 və ya

pH-da O 2 + 4H + = 2H 2 O<7

Korroziyanın termodinamik mümkünlüyü DG işarəsi ilə müəyyən edilir və reaksiyanın Gibbs enerjisi birbaşa qalvanik elementin EMF ilə əlaqəli olduğundan, elementin EMF işarəsi ilə korroziya ehtimalını təyin etmək olar.

Korroziya proseslərinin sürəti və təbiətinə həm metalın təbiəti, həm də korroziyalı mühitin təbiəti təsir göstərir.

Oksigenin azaldılması sürəti ilə idarə olunan metal korroziyasına qarşı mübarizə aparmaq üçün məhlula reduksiyaedici maddə daxil etməklə və ya məhlulun üstündəki oksigen təzyiqini azaltmaqla oksigen konsentrasiyası azaldılmalıdır.

Hidrogenin ayrılması ilə korroziya sürətini temperaturun aşağı salınması, H + konsentrasiyasının azaldılması və metalları hidrogenin sərbəst buraxılmasını kataliz edən çirklərdən (Co, Ni, Pt və s.) təmizləməklə yavaşlatmaq olar.

Bəzən korroziya anodik reaksiyalarla idarə oluna bilər, bu, adətən pasivləşməyə qadir olan metallarda (Ni, Cr, Al, Ti və s.) müşahidə olunur, bu da korroziyanın kəskin inhibəsinə səbəb olur.

Bəzi ionlar, məsələn, Cl - ionları, əksinə, metalları aktivləşdirir, onların passivləşməsinin qarşısını alır. Cl - ionlarının aktivləşdirici təsiri onların metal səthində yüksək adsorbsiya qabiliyyəti, oksid plyonkalarının məhv olması, həmçinin metal xloridlərin yüksək həll olması ilə izah olunur. Cl-ionlar Fe, Cr, Al, Ni və s. korroziyaya xüsusilə böyük təsir göstərir.

Korroziya sürətinə təsir edən amillər həmçinin aşağıdakı qruplara bölünən korroziyadan qorunma üsullarının seçimini müəyyənləşdirir:

metalların təbiətinin dəyişdirilməsi (aşınma);

aşındırıcı mühitin xüsusiyyətlərinin dəyişməsi (oksigenin deaerasiyası, pH dəyərinin dəyişməsi, inhibitorların tətbiqi və s.);

qoruyucu örtüklər (metal və qeyri-metal);

elektrokimyəvi mühafizə (qoruyucu və katod mühafizəsi).

Gəlin onlardan bəzilərinə nəzər salaq. Korroziyaya qarşı qoruyucu təsirinin təbiətinə görə, metal örtüklər anodik (örtmə metalı qorunandan daha aktivdir) və katod (örtmə metalı qorunandan daha az aktivdir) ola bilər.

Bu örtüklərin bütövlüyü pozulursa, birinci halda örtük özü məhv ediləcək, ikinci halda qorunan metal korroziyaya məruz qalacaq. Buna görə də, anodik örtüklər daha etibarlıdır, məsələn, polad örtüklər üçün Zn, Cr, Cd və s. Qalaylama (Sn örtük), mis örtük, gümüş örtük, nikel örtük dəmiri və ya digər daha aktiv metalı yalnız bu örtüklər qüsurlu olduqda qoruyur. pulsuz.

Qoruyucu mühafizə qorunan strukturun (yeraltı boru kəmərləri, kabellər, gəmi gövdəsi) elektrolit mühitində (yeraltı torpaq suyu, dəniz suyu) yerləşdiyi hallarda istifadə olunur. Onun mahiyyəti, yaranan qalvanik sistemdə anod rolunu oynayan, məhv olan qoruyucunun qorunan strukturuna daha aktiv bir metalın bağlanmasındadır.

Katodik mühafizə (elektrik mühafizəsi) vəziyyətində qorunan struktur xarici cərəyan mənbəyinin mənfi qütbünə, digər metal (hər hansı bir fəaliyyət) isə müsbət qütbə birləşdirilir. Bu halda, qorunan struktur onun məhv edilməsinin qarşısını alan elektroliz sistemində bir katod rolunu oynayır.

Dərs planı

IV A qrupunun elementlərinin ümumi xarakteristikası.

Karbon və silikon

Hədəf:

Təhsil:şagirdlərdə 4-cü qrupa daxil olan elementlər haqqında ümumi təsəvvür formalaşdırmaq, onların əsas xassələrini öyrənmək, onların biokimyəvi rolunu və elementlərin əsas birləşmələrindən istifadəni nəzərdən keçirmək.

İnkişaf: yazılı və şifahi nitq, təfəkkür və əldə edilmiş biliklərdən müxtəlif vəzifələri həll etmək üçün istifadə etmək bacarığını inkişaf etdirmək.

Təhsil: yeni şeylər öyrənmək ehtiyacı hissini inkişaf etdirin.

Dərslər zamanı

Təqdim olunan mövzunun təkrarı:

Neçə element qeyri-metaldır? PSHE-də yerlərini göstərin?

Hansı elementlər orqanogen elementlərə aiddir?

Bütün qeyri-metalların yığılma vəziyyətini göstərin.

Qeyri-metal molekulları neçə atomdan ibarətdir?

Hansı oksidlərə duz əmələ gətirməyən deyilir? Duz əmələ gətirməyən qeyri-metal oksidlərin düsturlarını yazın.

Cl 2 → HCl → CuCl 2 → ZnCl 2 → AgCl

Son reaksiya tənliyini ion şəklində yazın.

Mümkün reaksiya tənliklərini əlavə edin:

1) H 2 + Cl 2 = 6) CuO + H 2 =

2) Fe + Cl 2 = 7) KBr + I 2 =

3) NaCl + Br 2 = 8) Al + I 2 =

4) Br 2 + KI = 9) F 2 + H 2 O =

5) Ca + H 2 = 10) SiO 2 + HF =

Azotun a) kalsiumla qarşılıqlı təsirinin reaksiya tənliklərini yazın; b) hidrogenlə; c) oksigenlə.

Bir çevrilmə zəncirini həyata keçirin:

N 2 → Li 3 N → NH 3 → NO → NO 2 → HNO 3

192 q ammonium nitriti NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O reaksiyası ilə parçalayanda 60 litr azot əldə edildi. Nəzəri cəhətdən mümkün olan məhsulun məhsuldarlığını tapın.

Yeni materialın öyrənilməsi.

4A qrupuna p-elementləri daxildir: karbon, silisium, germanium, qalay və qurğuşun. Enerji səviyyələrinin sayında fərqlənən onların həyəcanlanmamış atomları xarici səviyyədə 4 elektrona malikdir. Doldurulmuş elektron təbəqələrin sayının və yuxarıdan aşağıya doğru qrupdakı atomun ölçüsünün artması ilə əlaqədar olaraq, xarici valent elektronların nüvəyə cəlb edilməsi zəifləyir, buna görə də yarımqrupdakı elementlərin qeyri-metal xüsusiyyətləri yuxarıdan aşağıya zəifləyir və metal xassələri gücləndirilir. Bununla belə, karbon və silisium digər elementlərdən əhəmiyyətli dərəcədə fərqli xüsusiyyətlərə malikdir. Bunlar tipik qeyri-metallardır. Germanium metal xüsusiyyətlərə malikdir və qalay və qurğuşunda qeyri-metal xüsusiyyətlərə üstünlük verilir.

Təbiətdə karbon almaz və qrafit şəklində sərbəst vəziyyətdə tapılır. Yer qabığında karbonun miqdarı təxminən 0,1% təşkil edir. Təbii karbonatların bir hissəsidir: əhəngdaşı, mərmər, təbaşir, maqnezit, dolomit. Karbon üzvi maddələrin əsas komponentidir. Kömür, torf, neft, odun və təbii qaz adətən yanacaq kimi istifadə olunan yanan materiallar hesab olunur.

Fiziki xassələri. Sadə bir maddə kimi karbon bir neçə allotropik formada mövcuddur: kəskin şəkildə fərqli fiziki xüsusiyyətlərə malik almaz, qrafit, karbin və fulleren, bu da onların kristal qəfəslərinin quruluşu ilə izah olunur. Karbin - ilk dəfə 60-cı illərdə sovet kimyaçıları tərəfindən sintez edilmiş və sonra təbiətdə tapılan incə kristal qara toz. Hava girişi olmadan 2800º-ə qədər qızdırıldığında qrafitə çevrilir. Fulleren - 80-ci illərdə karbon atomlarından əmələ gələn sferik quruluşlar sintez edildi, adlandırıldı fullerenlər. Onlar müəyyən sayda karbon atomundan ibarət qapalı strukturlardır - C 60, C 70.

Kimyəvi xassələri. Kimyəvi cəhətdən karbon normal şəraitdə inertdir. Temperaturun artması ilə reaktivlik artır. Yüksək temperaturda karbon hidrogen, oksigen, azot, halogenlər, su və bəzi metallar və turşularla reaksiya verir.

Su buxarı isti kömürdən və ya koksdan keçirildikdə karbonmonoksit (II) və hidrogen qarışığı alınır:

C + H 2 O = CO + H 2 ( su buxarı ),

Bu reaksiya 1200º-də baş verir, 1000º-dən aşağı temperaturda oksidləşmə baş verir. CO 2 :

C + 2H 2 O= CO 2 + 2 H 2 .

Sənaye baxımından əhəmiyyətli bir proses su qazının metanola (metil spirti) çevrilməsidir:

CO + 2H 2 = CH 3 O

Yüksək temperaturlara məruz qaldıqda, karbon metallarla qarşılıqlı əlaqə qura bilir karbid, Onların arasında su və ya turşu ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda hansı qazın ayrılmasından asılı olaraq "metanidlər" və "asetilenidlər" fərqlənir:

SaS 2 + HCl = CaCl 2 + C 2 H 2

Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 2 Al(OH) 3 ↓ + 3 CH 4

Əhəng CaO və koksun hava girişi olmayan elektrik sobalarında qızdırılması ilə əldə edilən kalsium karbid böyük praktik əhəmiyyətə malikdir:

CaO + 3C = CaC 2 + CO

Kalsium karbid asetilen istehsalında istifadə olunur:

SaS 2 + 2 H 2 O= Ca(OH) 2 + C 2 H 2

Bununla birlikdə, karbon azaldıcı xüsusiyyətlər nümayiş etdirdiyi reaksiyalarla xarakterizə olunur:

2 ZnO + C = Zn+ CO 2

Ckarbonun birləşməsi.

Karbon monoksit (CO) dəm qazıdır. Sənayedə yüksək temperaturda karbon qazını isti kömür üzərindən keçirərək istehsal olunur. Laboratoriya şəraitində CO qızdırıldıqda konsentratlaşdırılmış sulfat turşusunun qarışqa turşusuna təsiri ilə əldə edilir (sulfat turşusu suyu götürür):

UNSOUN =H 2 O+ CO

Karbon monoksit (CO 2) karbon qazıdır. Atmosferdə karbon qazı həcmcə 0,03% və ya kütləcə 0,04% təşkil edir. Vulkanlar və isti bulaqlar atmosferi təmin edir və nəhayət, insanlar qalıq yanacaqları yandırırlar. Atmosfer atmosferdən 60 dəfə çox karbon qazı olan okean suyu ilə daim qaz mübadiləsi aparır. Məlumdur ki, karbon qazı spektrin infraqırmızı bölgəsində günəş işığını yaxşı mənimsəyir. Beləliklə, karbon qazı yaranır İstixana effekti və qlobal temperaturu tənzimləyir.

Laboratoriya şəraitində karbon qazı xlorid turşusunun mərmər üzərində təsiri ilə əmələ gəlir:

SaCO 3 + 2 HCl = CaCl 2 + H 2 O+ CO 2

Karbon qazının yanmağı dəstəkləməməsi xüsusiyyəti yanğınsöndürmə cihazlarında istifadə olunur. Təzyiq artdıqca, karbon qazının həllolma qabiliyyəti kəskin şəkildə artır. Bu, qazlı içkilərin istehsalında istifadə üçün əsasdır.

Karbon turşusu yalnız məhlulda mövcuddur. Məhlul qızdırıldıqda karbonmonoksit və suya parçalanır. Turşunun duzları sabitdir, baxmayaraq ki, turşunun özü qeyri-sabitdir.

Karbonat ionuna ən vacib reaksiya, seyreltilmiş mineral turşuların - hidroklor və ya kükürdün təsiridir. Eyni zamanda fısıltı ilə karbon qazı qabarcıqları ayrılır və kalsium hidroksid məhlulundan (əhəng suyu) keçirildikdə kalsium karbonatın əmələ gəlməsi nəticəsində buludlu olur.

Silikon. Oksigendən sonra Yer kürəsində ən bol olan elementdir. O, yer qabığının kütləsinin 25,7%-ni təşkil edir. Bunun əhəmiyyətli bir hissəsi adlanan silisium oksidi ilə təmsil olunur silisium, qum və ya kvars şəklində baş verən. Çox saf formada silikon oksid adlı bir mineral olaraq meydana gəlir qaya kristalı. Müxtəlif çirkləri ilə rənglənmiş kristal silisium oksidi qiymətli və yarı qiymətli daşlar əmələ gətirir: əqiq, ametist, jasper. Təbii silisium birləşmələrinin başqa bir qrupu silikatlar - törəmələrdir silisium turşusu.

Sənayedə silisium elektrik sobalarında silikon oksidi koksla reduksiya etməklə əldə edilir:

SiO 2 + 2 C = Si + 2 CO

Laboratoriyalarda azaldıcı maddələr kimi maqnezium və ya alüminium istifadə olunur:

SiO 2 + 2Mg = Si + 2MgO

3 SiO 2 + 4Al = Si + 2Al 2 O 3 .

Ən təmiz silikon, silisium tetraxloridini sink buxarı ilə reduksiya etməklə əldə edilir:

SiCl 4 + 2 Zn = Si + 2 ZnCl 2

Fiziki xassələri. Kristal silisium polad parıltılı tünd boz rəngli kövrək bir maddədir. Silikonun quruluşu almazın quruluşuna bənzəyir. Silikon yarımkeçirici kimi istifadə olunur. Ondan işıq enerjisini elektrik enerjisinə çevirən günəş panelləri hazırlanır. Silikon metallurgiyada yüksək istilik müqavimətinə və turşu müqavimətinə malik olan silikon poladları istehsal etmək üçün istifadə olunur.

Kimyəvi xassələri. Kimyəvi xassələrə görə, silikon, karbon kimi, qeyri-metaldır, lakin böyük bir atom radiusuna sahib olduğu üçün qeyri-metallığı daha az ifadə edilir.

Normal şəraitdə silisium kimyəvi cəhətdən kifayət qədər təsirsizdir. Yalnız flüorla birbaşa reaksiyaya girərək silisium flüoridi əmələ gətirir:

Si + 2 F 2 = SiF 4

Turşular (hidrofluorik turşu və nitrat turşusu qarışığı istisna olmaqla) silikona heç bir təsir göstərmir. Lakin qələvi metal hidroksidlərində həll olunur:

Si + NaOH + H 2 O=Na 2 SiO 3 + 2H 2

Elektrik sobasında yüksək temperaturda qum və koks qarışığı silisium karbid əmələ gətirir. SiC- karborund:

SiO 2 + 2C =SiC+ CO 2

Daş daşları və daşlama çarxları silisium karbidindən hazırlanır.

Metalların silikonla birləşmələri adlanır silisidlər:

Si + 2 Mg = Mg 2 Si

Maqnezium silisidi hidroklor turşusu ilə müalicə edildikdə, silisiumun ən sadə hidrogen birləşməsi alınır. silan -SiH 4 :

Mg 2 Si+ 4NSl = 2 MdCl 2 + SiH 4

Silan, havada alışan, xoşagəlməz qoxu olan zəhərli qazdır.

Silikon birləşmələri. silisium– bərk, odadavamlı maddə. Təbiətdə iki formada yayılır kristal və amorf silisium. Silisik turşusu- zəif turşudur, qızdırıldıqda asanlıqla suya və silikon dioksidə parçalanır. O, ya tərkibində su olan jelatinli kütlə şəklində, ya da kolloid məhlul (sol) şəklində əldə edilə bilər. Silisium turşusu duzları adlandırılır silikatlar. Təbii silikatlar olduqca mürəkkəb birləşmələrdir, onların tərkibi adətən bir neçə oksidin birləşməsi kimi təsvir olunur. Yalnız natrium və kalium silikatları suda həll olunur. Onlar çağırılır həll olunan şüşə, və onların həlli - maye şüşə.

Konsolidasiya üçün tapşırıqlar.

2. Mümkün reaksiya tənliklərini əlavə edin və məsələni həll edin.

Krossvord.

Pşaquli haqqında: 1. Karbon turşusu duzu.

Üfüqi: 1. Yer üzündəki ən sərt təbii maddə. 2. Tikinti materialı. 3. Xəmir hazırlamaq üçün istifadə olunan maddə. 4. Silisiumun metallarla birləşmələri. 5. PS kimyəvi elementlər qrupunun 1V əsas yarımqrupunun elementi. 6. Tərkibində hidrogen olan karbon turşusunun duzları. 7. Təbii silisium birləşməsi.

Ev tapşırığı: səh.210 – 229.