Хемија а4. Учење нов материјал

Теоретски дел

Спонтаното уништување на металите како резултат на хемиска или електрохемиска интеракција со околината се нарекува корозија. Причината за спонтани процеси на корозија е вишокот на слободна енергија во чистите метали во однос на нивните соединенија, т.е. термодинамичка нестабилност на металите. Според степенот на термодинамичка нестабилност, сите метали можат да се поделат во 5 групи:

Метали со зголемена термодинамичка нестабилност - кородираат дури и во неутрални средини. Во електрохемиската серија, активностите се наоѓаат помеѓу Li и Fe.

Металите се термодинамички нестабилни - тие се стабилни во неутрални средини во отсуство на кислород (Cd, In, Co, Ni, Mo, Pv, W).

Метали со средна термодинамичка стабилност - стабилни во кисела и неутрална средина во отсуство на кислород (Bi, Sv, Cu, Ad).

Метали со висока термодинамичка стабилност - Hd, Pd, Ir, Pt.

Метал со целосна стабилност - Au.

Проучувањето на механизмот на процесите на корозија и развојот на методи за заштита од него е од големо практично значење.

Според механизмот на корозивни процеси, корозијата се дели на хемиска и електрохемиска.

Хемиската корозија е типична за медиуми кои не спроведуваат електрична струја: гас - во гасови и пареи без кондензација на влага на металната површина, обично на високи температури; течност - во раствори на не-електролити (органски течности).

Електрохемиската корозија е поврзан процес на анодна-катода, сличен на процесите во галванските ќелии. Како и кај работата на галванска ќелија, при електрохемиска корозија се јавува анодна оксидација на металот и катодна редукција на оксидирачкиот агенс (деполаризатор).Причина за електрохемиската корозија на металите е хетерогеноста на металите во хемискиот и фазен состав, присуството на нечистотии, филмови, што доведува до формирање на макро- и микрогалвански клетки. Како резултат на оксидацијата на металот, електроните, кои доаѓаат од анодата до катодата, го поларизираат, а оксидирачкиот агенс што ги врзува овие електрони служи како деполаризатор. Ако јоните H + (H 3 O +) се оксидирачки агенс, тогаш таквата корозија се нарекува корозија на водородна деполаризација. Во својата наједноставна форма, може да се изрази со равенките:

О: Јас - не \u003d Мене n +

K: 2H + + 2e = H 2 или

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

Ако оксидирачкиот агенс е кислород, тогаш таквата корозија се нарекува корозија со деполаризација на кислородот и се изразува со равенките:

О: Јас - не \u003d Мене n +

K: O 2 + 2H 2 O + 4e \u003d 4OH - при pH \u003d 7 или pH> 7 или

O 2 + 4H + \u003d 2H 2 O на pH<7

Термодинамичката можност за корозија се одредува со знакот DG, а бидејќи Гибсовата енергија на реакцијата е директно поврзана со ЕМП на галванската ќелија, можноста за корозија може да се утврди со знакот на ЕМП на ќелијата.

И природата на металот и природата на корозивниот медиум влијаат на брзината и природата на процесите на корозија.

За борба против корозија на метал контролирана од брзината на намалување на кислородот, концентрацијата на кислород треба да се намали со внесување на средство за намалување во растворот или со намалување на притисокот на кислородот над растворот.

Стапката на корозија со еволуцијата на водород може да се забави со намалување на температурата, намалување на концентрацијата на H + , чистење на металите од нечистотии кои ја катализираат еволуцијата на водородот (Co, Ni, Pt, итн.).

Понекогаш корозијата може да се контролира и со анодни реакции, обично се забележува на проодни метали (Ni, Cr, Al, Ti, итн.), што доведува до остра инхибиција на корозија.

Некои јони, на пример, Cl - јони, напротив, ги активираат металите, спречувајќи ја нивната пасивација. Активирачкиот ефект на јоните на Cl се објаснува со нивната висока адсорпција на металната површина, уништувањето на оксидните филмови и високата растворливост на металните хлориди. Cl јоните имаат особено големо влијание врз корозијата на Fe, Cr, Al, Ni итн.

Факторите кои влијаат на стапката на корозија го одредуваат изборот на методи за заштита од корозија, кои се поделени во следните групи:

менување на природата на металите (легирање);

промена на својствата на корозивната средина (кислород обезвоздушување, промена на pH вредноста, воведување инхибитори итн.);

заштитни премази (метални и неметални);

електрохемиска заштита (заштитна и катодна заштита).

Ајде да се задржиме на некои од нив. Според природата на заштитното дејство од корозија, металните облоги се анодни (металот за обложување е поактивен од заштитениот) и катоден (металот за обложување е помалку активен од заштитениот).

Доколку се наруши интегритетот на овие премази, во првиот случај самата обвивка ќе биде уништена, во вториот случај заштитениот метал ќе кородира. Затоа, анодните премази се посигурни, на пример, за челични облоги Zn, Cr, Cd, итн. Каласирањето (облога со Sn), бакарното обложување, среброто, никелот го штити железото или друг поактивен метал само ако овие облоги се дефектни бесплатно.

Заштитната заштита се користи во случаи кога заштитената конструкција (подземни цевководи, кабли, трупот на бродот) се наоѓа во електролитна средина (подземна почва, морска вода). Нејзината суштина лежи во прицврстувањето на заштитената структура на заштитникот - поактивен метал, кој, дејствувајќи како анода во добиениот галвански систем, се уништува.

Во случај на катодна заштита (електрична заштита), конструкцијата што треба да се заштити е поврзана со негативниот пол на надворешен извор на струја, а другиот метал (која било активност) е поврзан со позитивниот пол. Во овој случај, заштитената структура делува како катода во добиениот систем за електролиза, што го спречува неговото уништување.

План за лекција

Општи карактеристики на елементите од IV А група.

Јаглерод и силициум

Цел:

Образовни:да формираат кај учениците општа идеја за елементите што ја сочинуваат 4-та група, да ги проучат нивните основни својства, да ја разгледаат нивната биохемиска улога и употребата на главните соединенија на елементите.

Развивање:развиваат вештини за пишување и зборување, размислување, способност за користење на стекнатото знаење за решавање на различни задачи.

Негување:развиваат чувство за потреба од нови знаења.

За време на часовите

Повторување на опфатената тема:

Колку елементи се неметали? Наведете го нивното место во PSCE?

Кои елементи се органогени?

Наведете ја состојбата на агрегација на сите неметали.

Колку атоми сочинуваат неметални молекули?

Кои оксиди се нарекуваат што не формираат сол? Напиши формули за оксиди на неметали кои не формираат сол.

Cl 2 → HCl → CuCl 2 → ZnCl 2 → AgCl

Напиши ја последната равенка на реакција во јонска форма.

Додадете можни равенки за реакција:

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 =

Запишете ги равенките на реакцијата за интеракцијата на азот со а) калциум; б) со водород; в) со кислород.

Направете синџир на трансформации:

N 2 → Li 3 N → NH 3 → НЕ → НЕ 2 → HNO 3

При разградување на 192 g амониум нитрит со реакција NH 4 NO 2 \u003d N 2 + 2H 2 O, се добиени 60 l азот. Најдете го излезот на производот од теоретски можното.

Учење нов материјал.

Групата 4 А вклучува p-елементи: јаглерод, силициум, германиум, калај и олово. Разликувајќи се во бројот на енергетските нивоа, нивните невозбудени атоми имаат 4 електрони на надворешното ниво. Поради зголемувањето на групата од врвот до дното на бројот на пополнети електронски слоеви и големината на атомот, привлекувањето на надворешните валентни електрони кон јадрото е ослабено, па затоа, неметалните својства на елементите во подгрупата се ослабени од врвот до дното и металните својства се зајакнати. Сепак, јаглеродот и силициумот значително се разликуваат во својствата од другите елементи. Овие се типични неметали. Германиумот има метални карактеристики, додека калајот и оловото преовладуваат над неметалните.

Во природа јаглеродсе јавува во слободна состојба во форма на дијамант и графит. Содржината на јаглерод во земјината кора е околу 0,1%. Тој е дел од природните карбонати: варовник, мермер, креда, магнезит, доломит. Јаглеродот е главната состојка на органските материи. Јагленот, тресетот, нафтата, дрвото и природниот гас обично се сметаат за запаливи материјали што се користат како гориво.

физички својства.Јаглеродот како едноставна супстанца постои во неколку алотропни форми: дијамант, графит, карабин и фулерен, кои имаат остро различни физички својства, што се објаснува со структурата на нивните кристални решетки. Карбин -ситно-кристален црн прав, првпат синтетизиран во 60-тите од советските хемичари, подоцна пронајден во природата. Кога ќе се загрее до 2800º без воздух, се претвора во графит. Фулерен -во 80-тите беа синтетизирани сферични структури формирани од јаглеродни атоми, наречени фулерени.Тие се затворени структури кои се состојат од одреден број јаглеродни атоми - C 60, C 70.

Хемиски својства.Хемиски, јаглеродот е инертен во нормални услови. Реактивноста се зголемува со зголемување на температурата. На високи температури, јаглеродот комуницира со водород, кислород, азот, халогени, вода и некои метали и киселини.

Кога водена пареа поминува низ врел јаглен или кокс, се добива мешавина од јаглерод моноксид (II) и водород:

В + Х 2 О = CO + Х 2 (водена пареа ),

Оваа реакција се одвива на 1200º, на температури под 1000º се јавува оксидација до ПА 2 :

C + 2Х 2 О= CO 2 + 2 Х 2 .

Индустриски важен процес е конверзија на воден гас во метанол (метил алкохол):

CO + 2Х 2 = CH 3 ДАЛИ Е ТОЈ

Под влијание на високи температури, јаглеродот е способен да комуницира со метали, формирајќи карбид,меѓу нив, се разликуваат „метаниди“ и „ацетилениди“, во зависност од тоа кој гас се ослободува кога тие се во интеракција со вода или киселина:

CaS 2 + HCl = CaCl 2 + В 2 Х 2

Ал 4 В 3 + 12 Х 2 О = 2 Ал(О) 3 ↓ + 3 CH 4

Од големо практично значење е калциум карбидот, кој се добива со загревање на вар CaO и кокс во електрични печки без воздушен пристап:

CaO + 3C = CaC 2 + CO

Калциум карбид се користи за производство на ацетилен:

CaS 2 + 2 Х 2 О= Ca(OH) 2 + В 2 Х 2

Сепак, јаглеродот се карактеризира со реакции во кои покажува намалувачки својства:

2 ZnO + В = Zn+ CO 2

Вјаглеродни соединенија.

Јаглерод моноксид (CO) е јаглерод моноксид. Во индустријата се добива со поминување на јаглерод диоксид преку врел јаглен на висока температура. Во лабораториски услови, CO се добива со дејство на концентрична сулфурна киселина на мравја киселина кога се загрева (сулфурната киселина ја одзема водата):

UNSD =Х 2 О+ CO

Јаглерод моноксид (CO 2) е јаглерод диоксид. Во атмосфера на јаглерод диоксид, 0,03% по волумен или 0,04% по маса е мал. Вулканите и топлите извори ја снабдуваат атмосферата и, конечно, едно лице согорува фосилни горива. Атмосферата постојано разменува гасови со океанската вода, која содржи 60 пати повеќе јаглерод диоксид од атмосферата. Познато е дека јаглеродниот диоксид добро го апсорбира сончевото зрачење во инфрацрвениот регион на спектарот. Така се создава јаглерод диоксид ефектот на стаклена градинаи ја регулира глобалната температура.

Во лабораториски услови, јаглерод диоксид се произведува со дејство на хлороводородна киселина на мермер:

СаCO 3 + 2 HCl = CaCl 2 + Х 2 О+ CO 2

Својството на јаглерод диоксидот да не поддржува согорување се користи во уредите за гаснење пожари. Со зголемување на притисокот, растворливоста на јаглерод диоксид нагло се зголемува. Ова е основа за неговата употреба во производството на газирани пијалоци.

Јаглеродна киселина постои само во раствор. Кога растворот се загрева, тој се распаѓа на јаглерод моноксид и вода. Солите на киселината се стабилни, иако самата киселина е нестабилна.

Најважната реакција на карбонат јон е дејството на разредените минерални киселини - хлороводородна или сулфурна. Во исто време, меурчиња од јаглерод диоксид се испуштаат со подсвиркват, а кога ќе се помине низ раствор од калциум хидроксид (вар вода), тој станува заматен како резултат на формирање на калциум карбонат.

Силикон.По кислородот, тој е најзастапениот елемент на земјата. Сочинува 25,7% од масата на земјината кора. Значаен дел од него е претставен со силициум оксид, т.н силика, кој се јавува како песок или кварц. Силициум оксид се јавува во многу чиста форма како минерал наречен планински кристал.Кристалниот силициум оксид, обоен со разни нечистотии, формира скапоцени и полускапоцени камења: агат, аметист, јаспис. Друга група на природни силициумски соединенија се силикати - деривати силициумска киселина.

Во индустријата, силициумот се произведува со редукција на силициум оксид со кокс во електрични печки:

SiO 2 + 2 В = Си + 2 CO

Во лабораториите, магнезиумот или алуминиумот се користат како редуцирачки агенси:

SiO 2 + 2Mg = Si + 2MgO

3 SiO 2 + 4Al = Si + 2Al 2 О 3 .

Најчистиот силициум се добива со редукција на силициум тетрахлорид со цинкова пареа:

SiCl 4 + 2 Zn = Си + 2 ZnCl 2

физички својства.Кристалниот силициум е кршлива материја со темно сива боја со челичен сјај. Структурата на силициумот е слична на онаа на дијамантот. Силиконот се користи како полупроводник. Од него се прават таканаречените соларни панели, кои ја претвораат светлосната енергија во електрична енергија. Силиконот се користи во металургијата за добивање силиконски челици со висока отпорност на топлина и отпорност на киселина.

Хемиски својства.Во однос на хемиските својства, силиконот, како и јаглеродот, е неметал, но неговата неметалност е помалку изразена, бидејќи има голем атомски радиус.

Силиконот во нормални услови е хемиски прилично инертен. Директно комуницира само со флуор, формирајќи силициум флуорид:

Си + 2 Ф 2 = SiF 4

Киселините (освен мешавина од флуороводоводно HF и азотна киселина) не делуваат на силициумот. Но, се раствора во хидроксиди на алкални метали:

Si+NaOH+H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2 ч 2

На висока температура во електрична печка, силициум карбид се добива од мешавина на песок и кокс. SiC- карборунд:

SiO 2 + 2C =SiC+ CO 2

Камењата за мелење и мелење тркала се направени од силициум карбид.

Металните соединенија со силициум се нарекуваат силициди:

Си + 2 mg = mg 2 Си

Кога магнезиум силицид се третира со хлороводородна киселина, се добива наједноставното водородно соединение на силициумот силилан -SiH 4 :

mg 2 Си+ 4 HCл = 2 MdCl 2 + SiH 4

Силанот е отровен гас со непријатен мирис, кој самозапалува во воздухот.

силиконски соединенија. Силика- цврста огноотпорна материја. Во природата се јавува во две форми. кристална и аморфна силициум диоксид. Силициумска киселина- е слаба киселина, при загревање лесно се распаѓа на вода и силициум диоксид. Може да се добие и во форма на желатинозна маса што содржи вода и во форма на колоиден раствор (сол). Соли на силициумска киселинаповикани силикати.Природните силикати се прилично сложени соединенија, нивниот состав обично се прикажува како комбинација од неколку оксиди. Само силикати на натриум и калиум се растворливи во вода. Тие се нарекуваат растворливо стакло,и нивно решение - течно стакло.

Задачи за поправање.

2. Додадете можни равенки за реакција, решете ја задачата.

Крстозбор.

Пза вертикална: 1. Сол на јаглеродна киселина.

Хоризонтално: 1. Најтврдата природна супстанција на Земјата. 2. Градежен материјал. 3. Супстанција што се користи за правење тесто. 4. Силиконски соединенија со метали. 5. Елемент на главната подгрупа од 1V група на PS на хемиски елементи. 6. Соли на јаглеродна киселина кои содржат водород. 7. Природно соединение на силициум.

Домашна работа:стр.210 – 229.