Kimya a4. Yeni materyal öğrenme

Teorik kısım

Çevreyle kimyasal veya elektrokimyasal etkileşim sonucu metallerin kendiliğinden yok olmasına korozyon denir. Kendiliğinden korozyon işlemlerinin nedeni, saf metallerin bileşiklerine göre serbest enerjisinin fazlalığıdır, yani. metallerin termodinamik kararsızlığı. Termodinamik kararsızlık derecesine göre tüm metaller 5 gruba ayrılabilir:

Artan termodinamik kararsızlığa sahip metaller - nötr ortamlarda bile paslanır. Elektrokimyasal seride aktiviteler Li ve Fe arasında yer almaktadır.

Metaller termodinamik olarak kararsızdır - oksijenin bulunmadığı nötr ortamlarda (Cd, In, Co, Ni, Mo, Pv, W) kararlıdır.

Orta termodinamik stabiliteye sahip metaller - oksijenin yokluğunda asidik ve nötr ortamlarda stabildir (Bi, Sв, Cu, Ad).

Termodinamik stabilitesi yüksek metaller - Hd, Pd, Ir, Pt.

Tam stabiliteye sahip metal Au'dur.

Korozyon süreçlerinin mekanizmasının incelenmesi ve buna karşı koruma yöntemlerinin geliştirilmesi büyük pratik öneme sahiptir.

Korozyon süreçlerinin mekanizmasına göre korozyon kimyasal ve elektrokimyasal olarak ikiye ayrılır.

Kimyasal korozyon, elektrik akımını iletmeyen ortamlar için tipiktir: gaz korozyonu - metal yüzeyinde nem yoğunlaşması olmayan gazlarda ve buharlarda, genellikle yüksek sıcaklıklarda; sıvı - elektrolit olmayan çözeltilerde (organik sıvılar).

Elektrokimyasal korozyon, galvanik hücrelerdeki işlemlere benzer şekilde eşleştirilmiş bir anodik-katot işlemidir. Galvanik hücrenin çalışmasında olduğu gibi, elektrokimyasal korozyon sırasında metalin anodik oksidasyonu ve oksitleyicinin (depolarizer) katodik indirgenmesi meydana gelir.Metallerin elektrokimyasal korozyonunun nedeni, metallerin kimyasal ve faz bileşimindeki heterojenliği, metallerin varlığıdır. yabancı maddeler ve filmler, makro ve mikrogalvanik hücrelerin oluşumuna yol açar. Metalin oksidasyonu sonucunda anottan katoda akan elektronlar metali polarize eder ve bu elektronları bağlayan oksitleyici ajan depolarizatör görevi görür. Oksitleyici madde H + iyonları (H3O +) ise, bu tür korozyona hidrojen depolarizasyon korozyonu denir. En basit haliyle aşağıdaki denklemlerle ifade edilebilir:

A: Ben - ne = Ben n+

K: 2H + + 2e = H2 veya

2H 3 Ö + + 2e = H 2 + 2H 2 Ö

Oksitleyici madde oksijen ise, bu tür korozyona oksijen depolarizasyonu ile korozyon denir ve aşağıdaki denklemlerle ifade edilir:

A: Ben - ne = Ben n+

K: O2 + 2H2O + 4e = 4OH - pH=7 veya pH>7'de veya

pH'ta O 2 + 4H + = 2H 2 O<7

Termodinamik korozyon olasılığı DG işareti ile belirlenir ve reaksiyonun Gibbs enerjisi doğrudan galvanik hücrenin EMF'si ile ilişkili olduğundan, korozyon olasılığı elemanın EMF'sinin işareti ile belirlenebilir.

Korozyon işlemlerinin hızı ve doğası, hem metalin doğasından hem de aşındırıcı ortamın doğasından etkilenir.

Oksijen indirgeme hızıyla kontrol edilen metal korozyonuyla mücadele etmek için, çözeltiye bir indirgeyici madde eklenerek veya çözeltinin üzerindeki oksijen basıncının düşürülmesiyle oksijen konsantrasyonu azaltılmalıdır.

Hidrojen salınımı ile korozyon hızı, sıcaklığın düşürülmesi, H + konsantrasyonunun azaltılması ve metallerin, hidrojen salınımını katalize eden yabancı maddelerden (Co, Ni, Pt, vb.) arındırılmasıyla yavaşlatılabilir.

Bazen korozyon anodik reaksiyonlarla kontrol edilebilir; bu genellikle pasivasyon yeteneğine sahip metallerde (Ni, Cr, Al, Ti vb.) gözlenir ve bu da korozyonun keskin bir şekilde engellenmesine yol açar.

Aksine, bazı iyonlar, örneğin Cl iyonları, metalleri aktive ederek pasifleşmelerini önler. Cl iyonlarının aktive edici etkisi, metal yüzeyindeki yüksek adsorbe edilebilirlikleri, oksit filmlerinin tahrip edilmesi ve metal klorürlerin yüksek çözünürlüğü ile açıklanmaktadır. Kliyonların Fe, Cr, Al, Ni vb. korozyonu üzerinde özellikle büyük etkisi vardır.

Korozyon oranını etkileyen faktörler aynı zamanda aşağıdaki gruplara ayrılan korozyondan korunma yöntemlerinin seçimini de belirler:

metallerin doğasını değiştirmek (alaşım);

aşındırıcı ortamın özelliklerinde değişiklik (oksijenin havasının alınması, pH değerinde değişiklik, inhibitörlerin eklenmesi vb.);

koruyucu kaplamalar (metalik ve metalik olmayan);

elektrokimyasal koruma (koruyucu ve katodik koruma).

Bunlardan bazılarına bakalım. Metal kaplamalar korozyona karşı koruyucu etkisinin niteliğine göre anodik (kaplama metali korunandan daha aktiftir) ve katodik (kaplama metali korunandan daha az aktiftir) olabilir.

Bu kaplamaların bütünlüğü zarar görürse, ilk durumda kaplamanın kendisi tahrip olacak, ikinci durumda ise korunan metal korozyona uğrayacaktır. Bu nedenle anodik kaplamalar, örneğin Zn, Cr, Cd vb. çelik kaplamalar için daha güvenilirdir. Kalaylama (Sn kaplama), bakır kaplama, gümüş kaplama, nikel kaplama, demiri veya diğer daha aktif metalleri yalnızca bu kaplamalar kusurluysa korur. özgür.

Korunan yapının (yer altı boru hatları, kablolar, gemi gövdesi) elektrolit ortamda (yer altı toprak suyu, deniz suyu) bulunduğu durumlarda koruyucu koruma kullanılır. Özü, ortaya çıkan galvanik sistemde bir anot görevi gören koruyucunun korunan yapısına daha aktif bir metalin eklenmesinde yatmaktadır.

Katodik koruma (elektrik koruma) durumunda, korunan yapı harici bir akım kaynağının negatif kutbuna, pozitif kutbuna ise başka bir metal (herhangi bir aktivite) bağlanır. Bu durumda korunan yapı, ortaya çıkan elektroliz sisteminde katot görevi görerek onun tahrip olmasını engeller.

Ders planı

Grup IV A'nın elemanlarının genel özellikleri.

Karbon ve silikon

Hedef:

Eğitici:Öğrencilerde 4. grupta yer alan elementler hakkında genel bir fikir oluşturmak, temel özelliklerini incelemek, biyokimyasal rollerini ve elementlerin ana bileşiklerinin kullanımını dikkate almak.

Gelişimsel: yazılı ve sözlü konuşma, düşünme becerilerini ve edinilen bilgileri çeşitli görevleri çözmek için kullanma becerisini geliştirmek.

Eğitim: Yeni şeyler öğrenme ihtiyacı duygusunu geliştirin.

Dersler sırasında

İşlenen konunun tekrarı:

Ametaller kaç elementtir? PSHE'deki yerlerini belirtir misiniz?

Hangi elementler organojenik olarak sınıflandırılır?

Tüm metal olmayanların toplanma durumunu belirtiniz.

Ametal moleküller kaç atomdan oluşur?

Hangi oksitlere tuz oluşturmayan denir? Tuz oluşturmayan metal olmayan oksitlerin formüllerini yazın.

Cl 2 → HCl → CuCl 2 → ZnCl 2 → AgCl

Son reaksiyon denklemini iyonik formda yazın.

Olası reaksiyon denklemlerini ekleyin:

1) H2 + Cl2 = 6) CuO + H2 =

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

3) NaCl + Br2 = 8) Al + I2 =

4) Br2 + KI = 9) F2 + H2O =

5) Ca + H2 = 10) SiO2 + HF =

Azotun a) kalsiyum ile etkileşimi için reaksiyon denklemlerini yazın; b) hidrojen ile; c) oksijen ile.

Bir dönüşüm zinciri gerçekleştirin:

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

NH4NO2 = N2 + 2H20 reaksiyonuyla 192 g amonyum nitrit ayrıştırıldığında 60 litre nitrojen elde edildi. Ürünün verimini teorik olarak mümkün olandan bulun.

Yeni materyal öğrenme.

Grup 4A, p elementlerini içerir: karbon, silikon, germanyum, kalay ve kurşun. Enerji seviyelerinin sayısı farklı olduğundan, uyarılmamış atomlarının dış seviyesinde 4 elektron bulunur. Yukarıdan aşağıya doğru gruptaki dolu elektronik katmanların sayısının ve atomun boyutunun artması nedeniyle dış değerlik elektronlarının çekirdeğe çekimi zayıflar, dolayısıyla alt gruptaki elementlerin metalik olmayan özellikleri yukarıdan aşağıya doğru zayıflatılmış ve metalik özellikler güçlendirilmiştir. Ancak karbon ve silikon diğer elementlerden önemli ölçüde farklı özelliklere sahiptir. Bunlar tipik metal olmayanlardır. Germanyum metalik özelliklere sahiptir ve kalay ve kurşunda metalik olmayanlara göre baskındır.

Doğada karbon serbest halde elmas ve grafit halinde bulunur. Yerkabuğundaki karbon içeriği yaklaşık %0,1'dir. Doğal karbonatların bir parçasıdır: kireçtaşı, mermer, tebeşir, manyezit, dolomit. Karbon organik maddenin ana bileşenidir. Kömür, turba, petrol, odun ve doğal gaz genellikle yakıt olarak kullanılan yanıcı maddeler olarak kabul edilir.

Fiziki ozellikleri. Basit bir madde olarak karbon, çeşitli allotropik formlarda bulunur: kristal kafeslerinin yapısıyla açıklanan, tamamen farklı fiziksel özelliklere sahip olan elmas, grafit, karbin ve fulleren. Karabin – ilk olarak 60'lı yıllarda Sovyet kimyagerleri tarafından sentezlenen ve daha sonra doğada bulunan ince kristalli bir kara toz. Hava erişimi olmadan 2800°'ye ısıtıldığında grafite dönüşür. Fulleren - 80'li yıllarda karbon atomlarının oluşturduğu küresel yapılar sentezlendi. fullerenler. Belirli sayıda karbon atomundan (C 60, C 70) oluşan kapalı yapılardır.

Kimyasal özellikler. Kimyasal olarak karbon normal koşullar altında inerttir. Sıcaklık arttıkça reaktivite artar. Yüksek sıcaklıklarda karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen, halojenler, su ve bazı metaller ve asitlerle reaksiyona girer.

Su buharı sıcak kömür veya koktan geçirildiğinde, bir karbon monoksit (II) ve hidrojen karışımı elde edilir:

C + H 2 Ö = CO + H 2 ( su buharı ),

Bu reaksiyon 1200°C'de gerçekleşir, 1000°'nin altındaki sıcaklıklarda oksidasyon meydana gelir. CO 2 :

Ç + 2H 2 Ö= CO 2 + 2 H 2 .

Endüstriyel açıdan önemli bir süreç, su gazının metanole (metil alkol) dönüştürülmesidir:

CO + 2H 2 = CH 3 O

Yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında karbon metallerle etkileşime girebilir ve karbür, Bunlar arasında, su veya asitle etkileşime girdiklerinde hangi gazın açığa çıktığına bağlı olarak "metanitler" ve "asetilenitler" ayırt edilir:

SaS 2 + HC1 = CaCl2 2 + C 2 H 2

Al 4 C 3 + 12 H 2 Ö = 2 Al(AH) 3 ↓ + 3 CH 4

Kireç CaO ve kok kömürünün hava erişimi olmayan elektrikli fırınlarda ısıtılmasıyla elde edilen kalsiyum karbür büyük pratik öneme sahiptir:

CaO + 3C = CaC 2 + CO

Kalsiyum karbür asetilen üretmek için kullanılır:

SaS 2 + 2 H 2 Ö= Ca(OH) 2 + C 2 H 2

Ancak karbon, indirgeyici özellikler sergilediği reaksiyonlarla karakterize edilir:

2 ZnO + C = Zn+ CO 2

Ckarbon birleşmesi.

Karbon monoksit (CO) karbon monoksittir. Endüstriyel olarak karbondioksitin yüksek sıcaklıkta sıcak kömür üzerinden geçirilmesiyle üretilir. Laboratuvar koşullarında CO, konsantre sülfürik asidin ısıtıldığında formik asit üzerindeki etkisiyle elde edilir (sülfürik asit suyu uzaklaştırır):

UNSOUN =H 2 Ö+ CO

Karbon monoksit (CO2) karbondioksittir. Atmosferde karbondioksit hacimce %0,03 veya kütlece %0,04'tür. Volkanlar ve kaplıcalar atmosferi besliyor ve son olarak insanlar fosil yakıtları yakıyor. Atmosfer, atmosferden 60 kat daha fazla karbondioksit içeren okyanus suyuyla sürekli olarak gaz alışverişi yapar. Karbondioksitin spektrumun kızılötesi bölgesinde güneş ışığını iyi emdiği bilinmektedir. Böylece karbondioksit oluşur Sera etkisi ve küresel sıcaklığı düzenler.

Laboratuvar koşullarında hidroklorik asidin mermer üzerindeki etkisi ile karbondioksit üretilir:

CACO 3 + 2 HC1 = CaCl2 2 + H 2 Ö+ CO 2

Karbondioksitin yanmayı desteklememe özelliği yangın söndürme cihazlarında kullanılmaktadır. Basınç arttıkça karbondioksitin çözünürlüğü keskin bir şekilde artar. Gazlı içeceklerin üretiminde kullanımının temeli budur.

Karbonik asit yalnızca çözelti halinde bulunur. Çözelti ısıtıldığında karbon monoksit ve suya ayrışır. Asidin kendisi kararsız olmasına rağmen asitin tuzları stabildir.

Karbonat iyonuna verilen en önemli reaksiyon, seyreltik mineral asitlerin (hidroklorik veya sülfürik) etkisidir. Aynı zamanda tıslama ile karbondioksit kabarcıkları salınır ve bir kalsiyum hidroksit (kireç suyu) çözeltisinden geçirildiğinde kalsiyum karbonat oluşması sonucu bulanıklaşır.

Silikon. Oksijenden sonra yeryüzünde en çok bulunan elementtir. Yer kabuğunun kütlesinin %25,7'sini oluşturur. Bunun önemli bir kısmı silikon oksit ile temsil edilir. silis kum veya kuvars formunda oluşur. Çok saf formda silikon oksit, adı verilen bir mineral olarak oluşur. kaya kristali.Çeşitli yabancı maddelerle renklendirilmiş kristal silikon oksit, değerli ve yarı değerli taşları oluşturur: akik, ametist, jasper. Doğal silikon bileşiklerinin bir diğer grubu silikatlardır - türevleri Silisik asit.

Endüstride silikon, elektrikli fırınlarda silikon oksidin kok ile indirgenmesiyle elde edilir:

SiO 2 + 2 C = Si + 2 CO

Laboratuvarlarda indirgeyici madde olarak magnezyum veya alüminyum kullanılır:

SiO 2 + 2Mg = Si + 2MgO

3 SiO 2 + 4Al = Si + 2Al 2 Ö 3 .

En saf silikon, silikon tetraklorürün çinko buharı ile indirgenmesiyle elde edilir:

SiCl 4 + 2 Zn = Si + 2 ZnCl 2

Fiziki ozellikleri. Kristalin silikon, çelik gibi parlaklığa sahip, koyu gri renkli, kırılgan bir maddedir. Silisyumun yapısı elmasınkine benzer. Silikon yarı iletken olarak kullanılır. Işık enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sözde güneş panelleri ondan yapılır. Silikon, metalurjide yüksek ısı direnci ve asit direncine sahip silikon çelikleri üretmek için kullanılır.

Kimyasal özellikler. Kimyasal özellikler açısından silikon, karbon gibi metal değildir, ancak büyük bir atom yarıçapına sahip olduğu için metalik olmaması daha az belirgindir.

Normal koşullar altında silikon kimyasal olarak oldukça inerttir. Doğrudan yalnızca flor ile reaksiyona girerek silikon florür oluşturur:

Si + 2 F 2 = SiF 4

Asitlerin (hidroflorik asit ve nitrik asit karışımı hariç) silikon üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Ancak alkali metal hidroksitlerde çözünür:

Si + NaOH + H 2 Ç=Na 2 SiO 3 + 2 saat 2

Elektrikli fırında yüksek sıcaklıklarda kum ve kok karışımı silisyum karbür üretir SiC– karborundum:

SiO 2 + 2C =SiC+ CO 2

Bileme taşları ve taşlama taşları silisyum karbürden yapılmıştır.

Metallerin silikonlu bileşiklerine denir silisitler:

Si + 2 Mg = Mg 2 Si

Magnezyum silisit hidroklorik asit ile muamele edildiğinde silikonun en basit hidrojen bileşiği elde edilir silan –SiH 4 :

Mg 2 Si+ 4NSben = 2 MDCl 2 + SiH 4

Silan, havada yanıcı, hoş olmayan bir kokuya sahip zehirli bir gazdır.

Silikon bileşikleri. Silika– katı, refrakter bir madde. Doğada iki şekilde dağılır kristal ve amorf silika. Silisik asit- zayıf bir asittir; ısıtıldığında kolayca su ve silikon dioksite ayrışır. Su içeren jelatinimsi bir kütle formunda veya koloidal bir çözelti (sol) formunda elde edilebilir. Silisik asit tuzları arandı silikatlar. Doğal silikatlar oldukça karmaşık bileşiklerdir; bileşimleri genellikle çeşitli oksitlerin birleşimi olarak tasvir edilir. Suda yalnızca sodyum ve potasyum silikatlar çözünür. Arandılar çözünür cam, ve onların çözümü – sıvı cam.

Konsolidasyon görevleri.

2. Olası reaksiyon denklemlerini ekleyin ve sorunu çözün.

Bulmaca.

Pdikey hakkında: 1. Karbonik asit tuzu.

Yatay olarak: 1. Dünyadaki en sert doğal madde. 2. İnşaat malzemesi. 3. Hamur yapımında kullanılan madde. 4. Metalli silikon bileşikleri. 5. PS kimyasal element grubunun ana alt grubu 1V'nin elemanı. 6. Hidrojen içeren karbonik asit tuzları. 7. Doğal silikon bileşiği.

Ev ödevi: s.210 – 229.