Az oxidok oldhatósága vízben. I.1 Oxidok. Alapfogalmak és definíciók. Kémiai kölcsönhatások a közepes sók osztályára

A modern kémiai tudomány sokféle ágat képvisel, és ezek mindegyike az elméleti alapon túl nagy alkalmazotti, gyakorlati értékkel bír. Bármihez is nyúlsz, körülötted minden vegyi termék. A fő szakaszok szervetlen és szerves kémia... Nézzük meg, hogy mely fő anyagok osztályozhatók szervetlennek, és milyen tulajdonságokkal rendelkeznek.

A szervetlen vegyületek fő kategóriái

Ezek a következők:

1. Oxidok.
2. Só.
3. Alapok.
4. Savak.

Mindegyik osztályt sokféle szervetlen természetű vegyület képviseli, és az emberi gazdasági és ipari tevékenység szinte bármely szerkezetében fontosak. Tanulmányozzuk az ezekre a vegyületekre jellemző összes fő tulajdonságot, a természetben és a befogadásban iskolai tanfolyam kémia hibátlanul, 8-11.

Van egy általános táblázat az oxidokról, sókról, bázisokról, savakról, amely példákat mutat be az egyes anyagokra és azok aggregációs állapotára, amelyek a természetben vannak. A kémiai tulajdonságokat leíró kölcsönhatások is megjelennek. Az egyes osztályokat azonban külön és részletesebben is megvizsgáljuk.

Vegyületek csoportja - oxidok

4. Reakciók, amelyek következtében az elemek CO-t változtatnak

Me + n O + C = Me 0 + CO

1. Reagens víz: savképződés (SiO 2 kizárás)

KO + víz = sav

2. Reakciók bázisokkal:

CO 2 + 2CsOH = Cs 2 CO 3 + H 2 O

3. Reakciók bázikus oxidokkal: sóképződés

P 2 O 5 + 3MnO = Mn 3 (PO 3) 2

4. OVR reakciók:

CO 2 + 2Ca = C + 2CaO,

Kettős tulajdonságokat mutatnak, a sav-bázis módszer elve szerint kölcsönhatásba lépnek (savakkal, lúgokkal, bázikus oxidokkal, savas oxidokkal). Nem lépnek kölcsönhatásba a vízzel.

1.Savakkal: sók és víz képződése

AO + sav = só + H 2 O

2.Bázisokkal (lúgokkal): hidroxo komplexek képződése

Al 2 O 3 + LiOH + víz = Li

3. Reakciók savas oxidokkal: sók előállítása

FeO + SO 2 = FeSO 3

4. Reakciók RO-val: sóképződés, fúzió

MnO + Rb 2 O = kettős só Rb 2 MnO 2

5. Fúziós reakciók lúgokkal és alkálifém-karbonátokkal: sóképzés

Al 2 O 3 + 2LiOH = 2LiAlO 2 + H 2 O

Nem képeznek sem savakat, sem lúgokat. Szűk specifikus tulajdonságok megjelenítése.

Mindegyik magasabb oxid, amelyet fémek és nemfémek is képeznek, vízben oldódnak, erős savat vagy lúgot adnak.

Szerves és szervetlen savak

A klasszikus hangzásban (az ED pozíciói alapján - elektrolitikus disszociáció - a savak olyan vegyületek, amelyek vizes közegben An - savmaradékok H + kationjaira és anionjaira disszociálnak. Ma azonban a savakat vízmentes körülmények között is alaposan tanulmányozzák, ezért A hidroxidok sokféle elmélete létezik.

Az oxidok, bázisok, savak, sók empirikus képletei csak szimbólumokból, elemekből és indexekből állnak, amelyek az anyagban lévő mennyiségüket jelzik. Például a szervetlen savakat a H + savas maradék n- képlettel fejezzük ki. Szerves anyag más elméleti leképezésük van. Az empirikus mellett lehetőség van egy teljes és rövidített szerkezeti képlet felírására is, amely nemcsak a molekula összetételét és mennyiségét tükrözi, hanem az atomok elrendezésének sorrendjét, egymáshoz való viszonyát, ill. a karbonsavak fő funkciós csoportja a COOH.

A szervetlen savakban az összes savat két csoportra osztják:

• oxigénmentes - HBr, HCN, HCL és mások;
• oxigén tartalmú (oxosavak) - HClO 3 és minden, ahol van oxigén.

Ezenkívül a szervetlen savakat stabilitás szerint osztályozzák (stabil vagy stabil - minden, kivéve a szénsavat és a kénes savakat, instabil vagy instabil - szénsavas és kénes). Erősség szempontjából a savak erősek lehetnek: kénsav, sósav, salétromsav, klórsav és mások, valamint gyengék: hidrogén-szulfid, hipoklór és mások.

A szerves kémia sokkal kevesebb változatosságot kínál. A szerves természetű savak közé tartoznak karbonsavak... Az övék közös tulajdonság- egy -COOH funkciós csoport jelenléte. Például HCOOH (hangyasav), CH 3 COOH (ecetsav), C 17 H 35 COOH (sztearinsav) és mások.

Számos olyan sav van, amelyek különösen hangsúlyosak, ha ezt a témát egy iskolai kémiatanfolyamon tárgyaljuk.

1. Só.
2. Nitrogén.
3. Ortofoszforos.
4. Hidrobróm.
5. Szén.
6. Hidrogén-jodid.
7. Kénsav.
8. Ecetsav vagy etán.
9. Bután, vagy olaj.
10. Benzoin.

Ez a 10 sav a kémiában a megfelelő osztály alapvető anyagai mind az iskolai kurzusban, mind az iparban és általában a szintézisben.

A szervetlen savak tulajdonságai

A fő fizikai tulajdonságok közé tartozik mindenekelőtt az aggregáció eltérő állapota. Végül is számos sav van kristályok vagy porok formájában (bórsav, ortofoszforsav) normál körülmények között. Az ismert szervetlen savak túlnyomó többsége különböző folyadék. A forráspont és az olvadáspont is változó.

A savak súlyos égési sérüléseket okozhatnak, mivel olyan erővel rendelkeznek, amely elpusztítja a szerves szöveteket és a bőrt. A savak kimutatására indikátorokat használnak:

• metilnarancs (normál környezetben - narancs, savakban - piros),
• lakmusz (semlegesen - lila, savakban - piros) vagy mások.

A legfontosabb kémiai tulajdonságok közé tartozik az egyszerű és összetett anyagokkal való kölcsönhatás képessége.

Kémiai tulajdonságok szervetlen savak

Amivel interakcióba lépnek	Példa reakció
1. Egyszerű anyagokkal, fémekkel. Előfeltétel: a fémnek az EHRNM-ben kell állnia a hidrogén előtt, mivel a hidrogén utáni fémek nem képesek kiszorítani a savak összetételéből. A reakció során mindig hidrogéngáz és só képződik.
2. Alapokkal. A reakció eredménye só és víz. Az erős savak és a lúgok ilyen reakcióit közömbösítési reakcióknak nevezzük.	Bármilyen sav (erős) + oldható bázis = só és víz
3. Amfoter hidroxidokkal. Alsó sor: só és víz.	2HNO 2 + berillium-hidroxid = Be (NO 2) 2 (átlagos só) + 2H 2 O
4. Bázikus oxidokkal. Alsó sor: víz, só.	2HCL + FeO = vas(II)-klorid + H 2 O
5. Amfoter oxidokkal. A nettó hatás só és víz.	2HI + ZnO = ZnI 2 + H 2 O
6. Gyengébb savak által képzett sókkal. A nettó hatás a só és a gyenge sav.	2HBr + MgCO 3 = magnézium-bromid + H 2 O + CO 2

Fémekkel való kölcsönhatás során nem minden sav reagál egyformán. Az iskolai kémia (9. osztály) az ilyen reakciók nagyon sekély tanulmányozását foglalja magában, azonban még ezen a szinten is figyelembe veszik a tömény salétrom- és kénsav sajátos tulajdonságait a fémekkel való kölcsönhatás során.

Hidroxidok: lúgok, amfoter és oldhatatlan bázisok

Oxidok, sók, bázisok, savak – ezeknek az anyagoknak a kémiai természete közös, a kristályrács szerkezete miatt, valamint kölcsönös befolyásolás atomok a molekulákban. Míg azonban az oxidokra nagyon konkrét definíciót lehetett adni, addig a savakra és bázisokra nehezebb.

Csakúgy, mint a savakat, az ED elmélete szerint a bázisokat is olyan anyagoknak nevezzük, amelyek képesek vizesoldatМе n + fémkationokra és ОН - hidroxocsoportok anionjaira bomlik.

• Oldható vagy lúgos ( erős alapok, változó Az I., II. csoport fémei alkotják. Példa: KOH, NaOH, LiOH (vagyis csak a fő alcsoportok elemeit veszik figyelembe);
• Enyhén oldódik vagy nem oldódik (közepes erősségű, ne változtassa meg az indikátorok színét). Példa: magnézium, vas (II), (III) és mások hidroxidja.
• Molekuláris (gyenge bázisok, vizes közegben reverzibilisen disszociálnak ionok-molekulákká). Példa: N 2 H 4, aminok, ammónia.
• Amfoter hidroxidok (kettős bázikus savas tulajdonságokat mutatnak). Példa: berillium, cink és így tovább.

Minden képviselt csoport az iskolai kémia tanfolyamon, az „Alapok” részben található. A 8-9. fokozatú kémia magában foglalja a lúgok és a rosszul oldódó vegyületek részletes tanulmányozását.

Az alapok főbb jellemző tulajdonságai

A természetben minden lúg és rosszul oldódó vegyület szilárd kristályos állapotban van. Ugyanakkor olvadáspontjaik általában alacsonyak, és a rosszul oldódó hidroxidok hevítéskor lebomlanak. Az alapok színe eltérő. Ha a lúg fehér, akkor a rosszul oldódó és molekuláris bázisok kristályai nagyon eltérő színűek lehetnek. A legtöbb ebbe az osztályba tartozó vegyület oldhatósága a táblázatban látható, amely bemutatja az oxidok, bázisok, savak, sók képleteit, bemutatja azok oldhatóságát.

A lúgok a következőképpen változtathatják meg az indikátorok színét: fenolftalein - málna, metilnarancs - sárga. Ezt a hidroxilcsoportok szabad jelenléte biztosítja az oldatban. Ezért a rosszul oldódó bázisok nem adnak ilyen reakciót.

Az egyes báziscsoportok kémiai tulajdonságai eltérőek.

Kémiai tulajdonságok
Lúgok	Gyengén oldódó bázisok	Amfoter hidroxidok
I. Kölcsönhatás a KO-val (összesen - só és víz): 2LiOH + SO 3 = Li 2 SO 4 + víz II. Kölcsönhatásba lép savakkal (sóval és vízzel): normál semlegesítési reakciók (lásd savak) III. Kölcsönhatásba lép az AO-val, hogy sóból és vízből hidroxo komplexet képezzen: 2NaOH + Me + n O = Na 2 Me + n O 2 + H 2 O vagy Na 2 IV. Amfoter hidroxidokkal kölcsönhatásba lépve hidroxót képez komplex sók: Ugyanaz, mint az AO-val, csak víz nélkül V. Oldható sókkal kölcsönhatásba lépve oldhatatlan hidroxidok és sók keletkeznek: 3CsOH + vas(III)-klorid = Fe (OH) 3 + 3CsCl Vi. Vizes oldatban cinkkel és alumíniummal reagálva sókat és hidrogént képezve: 2RbOH + 2Al + víz = komplex hidroxidionnal 2Rb + 3H 2	I. Melegítéskor lebomlanak: oldhatatlan hidroxid = oxid + víz II. Reakciók savakkal (összesen: só és víz): Fe (OH) 2 + 2HBr = FeBr 2 + víz III. Interakció a KO-val: Me + n (OH) n + KO = só + H 2 O	I. Reagáljon savakkal sót és vizet képezve: (II) + 2HBr = CuBr 2 + víz II. Reagál lúgokkal: összes só és víz (állapot: fúzió) Zn (OH) 2 + 2CsOH = só + 2H 2 O III. Erős hidroxidokkal reagálnak: sók keletkeznek, ha a reakció vizes oldatban megy végbe: Cr (OH) 3 + 3RbOH = Rb 3

Ez a legtöbb bázis kémiai tulajdonsága. A bázisok kémiája meglehetősen egyszerű, és minden általános törvénynek engedelmeskedik szervetlen vegyületek.

A szervetlen sók osztálya. Osztályozás, fizikai tulajdonságok

Az ED helyzete alapján a sókat szervetlen vegyületeknek nevezhetjük, vizes oldatban Ме + n fémkationokra és An n- savmaradékok anionjaira disszociálnak. Így lehet elképzelni a sókat. A kémia definíciója többet ad, de ez a legpontosabb.

Ezenkívül kémiai természetüknél fogva az összes sót a következőkre osztják:

• Savas (hidrogénkationt tartalmaz). Példa: NaHSO 4.
• Bázikus (hidroxilcsoportot tartalmaz). Példa: MgOHNO 3, FeOHCL 2.
• Közeg (csak egy fémkationból és egy savmaradékból áll). Példa: NaCL, CaSO 4.
• Dupla (két különböző fémkationt tartalmaz). Példa: NaAl (SO 4) 3.
• Komplex (hidroxokomplexek, akvakomplexek és mások). Példa: K 2.

A sóképletek tükrözik kémiai természetüket, és beszélnek a molekula minőségi és mennyiségi összetételéről is.

Az oxidok, sók, bázisok, savak különböző oldhatósági tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek a megfelelő táblázatban találhatók.

Ha arról beszélünk az összesítés állapota sók, akkor észre kell venni a monotonitásukat. Csak szilárd, kristályos vagy porszerű állapotban léteznek. A színválaszték meglehetősen változatos. A komplex sók oldatai általában világos, telített színűek.

Kémiai kölcsönhatások a közepes sók osztályára

Hasonló kémiai tulajdonságaik vannak: bázis, sav, só. Az oxidok, amint azt már említettük, ebben a tényezőben némileg eltérnek tőlük.

Összességében 4 fő kölcsönhatástípus különböztethető meg a közepes sók esetében.

I. Kölcsönhatás savakkal (csak ED szempontjából erős) másik só és gyenge sav képződésével:

KCNS + HCL = KCL + HCNS

II. Reakciók oldható hidroxidokkal sók és oldhatatlan bázisok megjelenésével:

CuSO 4 + 2LiOH = 2LiSO 4 oldható só + Cu (OH) 2 oldhatatlan bázis

III. Interakció mással oldható só oldhatatlan só képződésével és oldható:

PbCL 2 + Na 2 S = PbS + 2NaCL

IV. Reakciók az EHRNM-ben a sót alkotó fémtől balra álló fémekkel. Ebben az esetben a reakcióba lépő fém normál körülmények között nem léphet kölcsönhatásba vízzel:

Mg + 2AgCL = MgCL 2 + 2Ag

Ezek a kölcsönhatások fő típusai a közepes sókkal. A komplex, bázikus, kettős és savas sók képletei önmagukért beszélnek a megjelenített kémiai tulajdonságok sajátosságairól.

Az oxidok, bázisok, savak, sók képletei tükrözik a szervetlen vegyületek ezen osztályainak összes képviselőjének kémiai lényegét, és emellett képet adnak az anyag nevéről és annak nevéről. fizikai tulajdonságok... Ezért különös figyelmet kell fordítania az írásukra. A vegyületek hatalmas választékát kínálja számunkra egy csodálatos tudomány - a kémia. Az oxidok, bázisok, savak, sók csak egy részét képezik a hatalmas választéknak.

3

1 Moszkva állam Technikai Egyetemőket. N.E. Bauman

2 Első Moszkva Állam Orvostudományi Egyetemőket. ŐKET. Sechenov

3 Moszkvai Állami Pedagógiai Egyetem

A kobaltot és vasat tartalmazó acélok felületéről származó oxidlerakódások maratási problémái mindig is fennálltak gyakorlati jelentőségeés relevánsak voltak. Miután megvizsgálta nagyszámú A szerzők szerint a probléma egyes aspektusait még nem vizsgálták teljes körűen (például az elektrolit oldatok jellemzőinek befolyását, ezen tényezők hatásmechanizmusának azonosítását). A kobalt és a vas-oxidok széles körben használatosak különféle katalizátorokként kémiai folyamatok(metán és szén-monoxid oxidációja, paraffinok dehidrogénezése stb.). Tulajdonságaik a felület sajátosságaitól függenek, ami meghatározza az oxidoldódás kinetikáját. A végrehajtott kísérleti kutatás Az ásványi savak (különösen a H2SO4) hatása a heterogén reakció sebességére (savas közegben Co3O4 és Fe3O4) feltárta a korlátozó szakasz természetét, amely az ilyen típusú felületi vegyületek képződésében - és ezek későbbi alakulásában áll. elektrolit oldattá alakul át. Az oxidok oldódási görbéinek szisztematikus elemzését is kidolgozták a kinetikai paraméterek kiszámításához: aktiválási energia és reakciósorrend a hidrogénionok és a szulfátionok esetében.

kobalt-oxid

Vas-oxid

kinetika

pusztulás

modellezés

Barton - Stransky modell

Hougen-Watson módszer

1. Bokstein B.S., Mendelev M.I., Pokhvisnev Yu.V. Fizikai kémia: termodinamika és kinetika. - M .: "MISIS" Kiadó, 2012. - 258 p.

2. Butler J. Ionegyensúlyok. - L .: Kémia, 1973 .-- 448 p.

3. Delmont B. Heterogén reakciók kinetikája. - M .: Mir, 1972 .-- 555 p.

4. Barre P. Heterogén folyamatok kinetikája. - M .: Mir, 1976 .-- 400 p.

5. Kiselev M.Yu. A pirit oldásának mechanizmusa és kinetikája elektrokémiai klórozással // Izvestiya vysshikh oktatási intézmények... Bányászati ​​Lap. - 2010. - 4. sz. - P. 101–104.

6. Kortsenstein N.M., Samuylov E.V. Térfogatkondenzáció heterogén reakciókban // Kolloid folyóirat. - 2013. - T. 75, 1. sz. - 84 p.

7. Kolesnikov V.A., Kapustin V.A., Kapustin Yu.I., Isaev M.K., Kolesnikov A.V. A fém-oxidok ígéretes anyagok az elektrokémiai folyamatokhoz // Üveg és kerámia. - 2016. - 12. szám - P. 23–28.

8. Yakusheva E.A., Gorichev I.G., Atanasyan T.K., Izotov A.D. Kobalt-oxidok (Co3O4, Co2O3) oldódási kinetikájának vizsgálata H2SO4, HCl, EDTA és pH különböző koncentrációinál // Volgograd: Abstracts of XIX Mend. Kongresszusa az általános és alkalmazott kémiáról. - 2011 .-- T. 3 - P. 366.

9. Yakusheva E.A., Gorichev I.G., Atanasyan T.K., Liner Yu.A. A kobalt-oxidok oldódásának kinetikája savas környezet// Fémek. - 2010. - 2. szám - P. 21–27.

10. Yakusheva E.A., Goricsev I.G., Atanasyan T.K., Plakhotnaya O.N., Goryacheva V.N. Kobalt és réz-oxidok kénsavban való oldódásának kinetikai folyamatainak modellezése Vestnik MGTU im. N.E. Bauman. Ser. Természettudományok... - 2017. - 3. sz. - P. 124-134.

Az oxidfázisok oldódásának kísérleti vizsgálatai lehetővé teszik a szilárd fázis savas közegben való viselkedési folyamatainak részletes leírását, az oxidok felületén előforduló jelenségek magyarázatát, azok sav-bázis figyelembevételével. jellemzőit és az oldódási mechanizmust, valamint topokémiai reakciókat szimulálni.

A tanulmány célja a Co3O4 és Fe3O4 kénsavban való oldódási folyamatának tanulmányozásából és modellezéséből áll.

Anyagok és kutatási módszerek

A kutatáshoz 500 mg tömegű, d = 80-100 μm-es mintákat vettünk. Az oxidokat röntgendiffrakciós, infravörös és termikus analízissel azonosítottuk.

A fém-oxidok szilárd mintáinak savas közegben való oldódási mechanizmusának tisztázása érdekében a kísérletet egy berendezésben (0,5 l térfogatú termosztált reaktorban) végeztük a szilárd minták oldódási kinetikájának tanulmányozására, kizárva az ellenőrizetlen anyagok hatását. a vizsgált jelenséget befolyásoló tényezők. A kísérlet hőmérséklete 363 K. A kísérletet különböző pH-értékeken és ásványi sav koncentrációkon végeztük.

A reakcióedényből bizonyos időközönként Schott üvegszűrővel mintát vettek a folyékony fázisból. A kobalt ionok koncentrációját spektrofotometriásan (UF-3100 spektrofotométer) ammónium-tiocianáttal, vasat pedig o-fenantrolinnal határoztuk meg.

A kapott kísérleti adatokat a savkoncentrációnak a kobalt-oxid Co3O4 és Fe3O4 oldódási sebességére gyakorolt ​​hatásáról az ábra mutatja. 1 (pontok - kísérleti adatok, vonalak - szimulációs eredmény). Az oldott anyag a frakcióját a következő egyenlettel számítottuk ki: a = Dt / D∞.

Rizs. 1. a) a Co3O4 oldott oxid arányának időfüggősége különböző kénsavkoncentrációknál (mol / l): 1 - 10,0; 2 - 5,93; 3 - 2,97; 4-1,0; 5 - 0,57; 6 - 0,12; T = 363,2 K; b) az oldott Fe3O4-oxid arányának időfüggősége a kénsav különböző koncentrációinál (mol / l): 1 - 10,3; 2 - 7,82; 3 - 3,86; 4 - 2,44; T = 293 K

Kutatási eredmények és tárgyalásuk

Kinetikai paraméterek számítása. A kísérleti kinetikai adatok elemzését a heterogén kinetika egyenletek felhasználásával végeztük, ami lehetővé tette a különböző ionok reakciói sorrendjének (ni), a fajlagos oldódási sebesség (Wi) meghatározását, annak az oldat koncentrációjától való függését. , valamint a reakciók aktiválási energiája (Ea).

A heterogén reakciók kinetikája azon alapul, hogy a részecskék felületének időbeni feloldódása során bekövetkező változásait kötelező figyelembe venni, emellett általában heterogén reakciók a sebesség időbeli állandósága jellemzi (1).

Ebben az esetben az oxid oldódási sebessége a következő egyenlettel ábrázolható:

ahol Wi a fajlagos oldódási sebesség; f (α) egy olyan függvény, amely figyelembe veszi az oxidfelület időbeli változását.

Az oldódási mechanizmus tisztázására és ennek a jelenségnek a szimulálására a Barton-Stransky modellt alkalmaztuk (2):

, (2)

ahol A konstans. Értéke egyenesen arányos egy oxidrészecske felületén lévő aktív centrumok számával.

A W és A változók értékének megtalálásához nemlineáris regresszióanalízis módszereit alkalmaztuk, ill számítógépes program MathCad.

Asztal 1

A Co3O4 és Fe3O4 oxidok fajlagos oldódási sebessége a H2SO4 koncentrációtól függően

A táblázat és az ábra adataiból. 2 (pontok - kísérleti adatok, vonalak - a (3) egyenlet szerinti modellezés eredménye) ebből következik, hogy a Co3O4 kobalt-oxid gyorsabban oldódik kénsavban, mint a vas-oxid Fe3O4. A reakció sorrendje a hidrogénionokban kifejezve a két oxid esetében körülbelül 0,5. (az összes eredményt a Barton - Stransky modell alapján kapjuk).

Rizs. 2. a) a sebesség logaritmusának (log W) függése a koncentráció logaritmusától (log C (H2SO4)), ha Co3O4-et kénsavban oldunk; b) a sebesség logaritmusának (log W) függése a koncentráció logaritmusától (log C (H2SO4)) Fe3O4 kénsavban való oldásakor

A kapott adatok lehetővé teszik a Co3O4 és Fe3O4 oxidok fajlagos oldódási sebessége és a H2SO4 koncentráció közötti összefüggés leírását az általánosított egyenlettel.

, (3)

ahol ≡, W0 az oldódás sebességi állandója, K1, K2 pedig állandók.

Kobalt és vas-oxidok oldódási mechanizmusának modellezése szervetlen savban. Az oxidok savakban való oldódása a kristályrács felületi hibáinál, az úgynevezett aktív oxidoldódási centrumoknál következik be, amelyek H + ionokat és H + ... A- ionpárokat adszorbeáltak.

A Hougen-Watson módszer lehetővé teszi a pH és a savkoncentráció hatásának szimulálását az oxidok oldódási sebességére.

Ebben az esetben a kobalt és a vas-oxidok oldódási sebességét a következő egyenlet fejezi ki:

Az oxidok felületén feltehetően az oldatban lévőkkel azonos összetételű fémhidroxo-komplexek részecskéi képződnek. A hidroxo-komplexek koncentrációjának kiszámításához az egyenleteket használtuk anyagmérleg hidrogén-, kobalt- és vasionok hidrolízisének reakcióiban; hidrolízis egyenletek minden szakaszra a hidrolízis állandók kiszámításához. A Hougen-Watson módszer feltételezi, hogy az ionok koncentrációjának függése az oxidok felületétől és az oldatban a Langmuir izotermának engedelmeskedik, ami lehetővé teszi az ionok felületi és térfogati koncentrációinak összefüggését ((5) egyenlet).

A Co3O4 és Fe3O4 kobalt-oxidok híg kénsavban való fajlagos oldódási sebességének függését az (5-7) egyenlet fejezi ki.

Az ionok és az ionok koncentrációja a Co3 + és Fe3 + ionok összkoncentrációján keresztül fejezhető ki, ha az oldatban ezek tartalmát megállapítottuk. Ebben az esetben és. Akkor a sebesség az

Ha az oxid oldódási folyamatát szimuláljuk, és feltételezzük, hogy az ionok felületaktív részecskékként működnek, akkor a folyamat sebességének az ionkoncentrációtól való függése így fog kinézni (a1 az ionok száma az oldatban).

A kén és vegyületei.

Berendezések, reagensek:

Kén (kis darabok), kén (por), redukált vas, nátrium-szulfit száraz, tömény kénsav, réz, nátrium-hidroxid, fenolftalein, fukszin, cukor, kristályos kálium-permanganát, alkohol, réz(II)-oxid.

Nagy kémcsövek - 5 db, kis kémcsövek - 6 db, kémcsőtartó állvány, gyűjtőállvány, mozsár és mozsártörő, kis tégely, kis lombik gázkivezető csővel és csepptölcsérrel, kis üveg , üvegrudak keveréshez, lombik, vatta, porcelán poharak, csempe elektromos.

A kén és tulajdonságai

A kén olvasztásának jellemzői.

A kémcsőbe kis kéndarabokat helyezünk térfogatának 1/3-ára (a kénes szín kevésbé alkalmas erre a célra, mivel olvadáskor erős habzás figyelhető meg). A kénes csövet addig melegítjük, amíg a kén megolvad (119 "C). További melegítés hatására a kén elsötétül és sűrűsödni kezd (maximális sűrűsödés 200" C-on). Ebben a pillanatban a kémcső egy pillanatra megfordul a lyukkal lefelé, és a kén nem ömlik ki. Erősebb melegítésnél is a kén ismét cseppfolyósodik, és 445 "C-on felforr. A forrásban lévő ként a kémcsővel körkörös mozdulatokat végezve vízzel egy pohárba vagy kristályosítóba öntik. A műanyag kén megszilárdul a vízben. Ha eltávolítod. a vízből (üvegrúd segítségével) akkor úgy nyúlik, mint a gumi.

A kén és a vas vegyületének reakciója.

a) A kísérletet kémcsőben végezzük. Először 7: 4 arányban anyagok keverékét készítjük el

(Ar (Fe): Ar (S) = 56:32). Például elég 3,5 g vasat és 2 g ként bevenni. A kapott keverékben megkülönböztethetők az egyes kén-, vasrészecskék és ezen anyagok színe. Ha a keverékből egy keveset egy pohár vízbe dobunk, akkor a kén lebeg (vízzel nem nedvesítve), a vas pedig lesüllyed (vízzel nedvesítve).

A keverék mágnessel szétválasztható. Ehhez óraüvegen vagy papírral letakart üveglapon mágnest visznek a keverékhez, ami magához vonzza a vasat, a kén az órán marad

üveg. A keveréket egy kémcsőbe töltjük, amelyet az állvány lábába enyhén ferdén rögzítünk, és felmelegítjük. Elegendő a reakció kezdetét (vörösen izzó melegítés) a keverék egyik helyén elérni, és a reakció magától folytatódik (a folyamat exoterm). A kapott vas-szulfid kivonásához törje fel a kémcsövet. Tehát két anyagból, ha azokat a számításoknak megfelelő mennyiségben vettük, egy anyagot kaptunk, amely az eredeti anyagoktól eltérő tulajdonságokkal rendelkezik.

Lehetséges problémák a kísérlet során

1. A kísérlethez csak redukált vasat kell venni. Közönséges fűrészpor használatakor a reakció nem megy végbe, mivel minden szemcsét a legvékonyabb vas-oxid film borítja, amely

megzavarja a vas és a kén érintkezését.

2. A reakció nem megy végbe, vagy csak elszigetelt villanások figyelhetők meg, ha a keverék rosszul keveredett, és a kén és a vas nem érintkezik megfelelően.

3. A reakció nem megy végbe, ha a vas szemcséi nagyon nagyok, ezért a kénnel való érintkezési felülete kicsi.

Kén(IV)-oxid és kénsav.

Kén-oxid kinyerése (IV).

a) A szilárd nátrium-szulfitos lombikot csepegtetőtölcsérrel ellátott dugóval zárjuk le. Tömény kénsav adagolásakor (a savat cseppenként kell hozzáadni. Amikor megfigyeljük

erős gázfejlődés, majd a sav hozzáadását leállítjuk) kén-oxid (IV) szabadul fel. A reakció melegítés nélkül megy végbe.

b) Tömény kénsavat adnak a rézhez (forgács, fűrészpor vagy huzal), és felmelegítik. A kén(IV)-oxidot levegőkiszorítással gyűjtik össze.

Kén(IV)-oxid oldódása vízben.

Helyezze a hengert fejjel lefelé, és töltse fel kén-oxiddal (IV). A töltés teljességét úgy szabályozzuk, mint a szén-dioxidégő fáklya. A henger üveggel van lezárva

tányérral és lyukkal leengedjük vízzel kristályosítóba. Amikor a hengert megrázzák, fokozatosan víz kerül bele. A kén(IV)-oxid oldhatósága vízben nagyon magas, és szobakörülmények között átlagosan 40 térfogatrész gáz/1 térfogat víz, ami körülbelül 10 tömeg%. A nagy oldhatóság mindig arra enged következtetni a tanulóknak, hogy ebben az esetben az oldódó gáz és az oldószer között vegyi anyag keletkezik.

reakció.

A kénsav kémiai tulajdonságai.

100-150 ml vizet öntünk egy üvegbe, és kén-oxidot (IV) engedünk át néhány percig, hogy az oldat erős szagú legyen. Ez a palack dugóval van lezárva.

a) A kémcső térfogatának 1/3-át bíborvörösre színezett vízzel töltjük. A színes vízhez kénsavat adunk, és az oldatot keverjük. A kénsav színtelen oldatot ad szerves színezékekkel. Az oldatot felforraljuk. A fukszin színe ismét helyreáll. Miért?

Kénsav

Szilánk elszenesedése.

Amikor a fáklyát tömény kénsavba mártják, megfigyelhető annak elszenesedése, és szabad szén szabadul fel. A vizes öblítés után a fáklyát megmutatják a diákoknak, akik arra a következtetésre jutnak, hogy a kénsav képes eltávolítani a hidrogént és az oxigént az összetett anyagokból, ami megmagyarázza a vele való munkavégzés néhány szabályát.

Ma megkezdjük az ismerkedést a szervetlen vegyületek legfontosabb osztályaival. A szervetlen anyagokat összetételük szerint egyszerű és összetett anyagokra osztják.

OXID	SAV	BÁZIS	SÓ
E x O y	NnA A - savmaradék	én (OH)b OH - hidroxilcsoport	Én n A b

Az összetett szervetlen anyagokat négy osztályba sorolják: oxidok, savak, bázisok, sók. Kezdjük az oxidok osztályával.

OXIDOK

Oxidok - azt összetett anyagok két kémiai elemből áll, amelyek közül az egyik az oxigén, vegyértéke 2. Csak egy kémiai elem - a fluor, oxigénnel kombinálva - nem oxidot, hanem OF 2 oxigénfluoridot képez.
Egyszerűen hívják őket - "oxid + elem neve" (lásd a táblázatot). Ha a vegyérték kémiai elem változó, akkor azt a kémiai elem neve után zárójelben lévő római szám jelzi.

Képlet	Név	Képlet	Név
	szén-monoxid (II)	Fe2O3	vas(III)-oxid
	nitrogén-monoxid (II)	CrO 3	króm(VI)-oxid
Al 2 O 3	alumínium-oxid		cink-oxid
N 2 O 5	nitrogén-monoxid (V)	Mn2O 7	mangán (VII)-oxid

Az oxidok osztályozása

Minden oxid két csoportra osztható: sóképző (bázisos, savas, amfoter) és nem sóképző vagy közömbös.

Fém-oxidok Én x O y			Nem fém oxidok notMe x O y
A fő	Savas	Amfoter	Savas	Közömbös
I, II Nekem	V-VII Nekem	ZnO, BeO, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, Cr 2 O 3	> II nem én	I, II nem én CO, NO, N 2 O

1). Bázikus oxidok Azok az oxidok, amelyeknek a bázisok megfelelnek. Az alapvető oxidok közé tartozik oxidok fémek 1 és 2 csoport is fémek oldalsó alcsoportok vegyértékkel én és II (kivéve a ZnO - cink-oxidot és a BeO-t - berillium-oxid):

2). Savas oxidok Olyan oxidok, amelyeknek a savak felelnek meg. A savas oxidok közé tartozik nemfém oxidok (kivéve a nem sóképző - közömbös), valamint fém-oxidok oldalsó alcsoportok vegyértékével V előtt Vii (Például CrO 3 króm(VI)-oxid, Mn2O7 mangán(VII)-oxid):

3). Amfoter oxidok- ezek oxidok, amelyek bázisoknak és savaknak felelnek meg. Ezek tartalmazzák fém-oxidok fő és kis alcsoportok vegyértékkel III , néha IV valamint a cink és a berillium (pl. BeO, ZnO, Al 2 O 3, Cr 2 O 3).

4). Nem sóképző oxidok- ezek a savakkal és bázisokkal szemben közömbös oxidok. Ezek tartalmazzák nemfém oxidok vegyértékkel én és II (Például N 2 O, NO, CO).

Következtetés: az oxidok tulajdonságainak jellege elsősorban az elem vegyértékétől függ.

Például króm-oxidok:

CrO (II- fő);

Cr 2 O 3 (III- amfoter);

CrO 3 (Vii- savas).

Az oxidok osztályozása

(vízben való oldhatóság alapján)

Savas oxidok	Bázikus oxidok	Amfoter oxidok
Vízben oldódik. Kivétel - SiO 2 (vízben nem oldódik)	Csak az alkáli- és alkáliföldfém-oxidok oldódnak vízben (ezek fémek I "A" és II "A" csoport, kivéve a Be, Mg)	Nem lépnek kölcsönhatásba a vízzel. Vízben nem oldódik

Feladatok teljesítése:

1. Írja le külön kémiai képletek sóképző sav és bázikus oxidok.

NaOH, AlCl 3, K 2 O, H 2 SO 4, SO 3, P 2 O 5, HNO 3, CaO, CO.

2. Adott anyagok : CaO, NaOH, CO 2, H 2 SO 3, CaCl 2, FeCl 3, Zn (OH) 2, N 2 O 5, Al 2 O 3, Ca (OH) 2, CO 2, N 2 O, FeO, SO 3, Na 2 SO 4, ZnO, CaCO 3, Mn 2 O 7, CuO, KOH, CO, Fe (OH) 3

Írja le az oxidokat és osztályozza őket!

Oxidok beszerzése

Szimulátor "Az oxigén kölcsönhatása egyszerű anyagokkal"

1. Anyagok elégetése (oxidáció oxigénnel)	a) egyszerű anyagok Edzőberendezések	2Mg + O 2 = 2MgO
	b) összetett anyagok	2H 2S + 3O 2 = 2H 2O + 2SO 2
2. Összetett anyagok lebontása (használjon savtáblázatot, lásd a mellékleteket)	a) sók SÓt= BÁZIS-OXID + SAV-OXID	СaCO 3 = CaO + CO 2
	b) Oldhatatlan bázisok én (OH)bt= Én x O y+ H 2 O	Cu (OH) 2 t = CuO + H 2 O
	c) oxigéntartalmú savak NnA =SAV-OXID + H 2 O	H 2 SO 3 = H 2 O + SO 2

Az oxidok fizikai tulajdonságai

Szobahőmérsékleten a legtöbb oxid szilárd halmazállapotú (CaO, Fe 2 O 3 stb.), néhány folyékony (H 2 O, Cl 2 O 7 stb.) és gáz (NO, SO 2 stb.).

Az oxidok kémiai tulajdonságai

BÁZIS OXIDOK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI 1. Bázikus oxid + savas oxid = só (p. Vegyület) CaO + SO 2 = CaSO 3 2. Bázikus oxid + sav = só + H 2 O (p. Csere) 3 K 2 O + 2 H 3 PO 4 = 2 K 3 PO 4 + 3 H 2 O 3. Bázikus oxid + víz = lúg (p. vegyület) Na 2 O + H 2 O = 2 NaOH

SAVOXIDOK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI 1. Sav-oxid + víz = sav (p. Vegyület) C O 2 + H 2 O = H 2 CO 3, SiO 2 - nem reagál 2. Sav-oxid + bázis = só + H 2 O (p. Csere) P 2 O 5 + 6 KOH = 2 K 3 PO 4 + 3 H 2 O 3. Bázikus oxid + savas oxid = só (p. Vegyület) CaO + SO 2 = CaSO 3 4. A kevésbé illékonyak kiszorítják az illékonyabbakat sóikból CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2

AZ AMFOTEROS OXIDOK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI Kölcsönhatásba lépnek savakkal és lúgokkal egyaránt. ZnO + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2 O ZnO + 2 NaOH + H 2 O = Na 2 [Zn (OH) 4] (oldatban) ZnO + 2 NaOH = Na 2 ZnO 2 + H 2 O (fúzió esetén)

Oxidok alkalmazása

Egyes oxidok nem oldódnak vízben, de sok vegyület reakcióba lép a vízzel:

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

CaO + H 2 O = kb( Ó) 2

Az eredmény gyakran nagyon kívánatos és hasznos vegyületek. Például a H 2 SO 4 kénsav, a Ca (OH) 2 oltott mész stb.

Ha az oxidok vízben nem oldódnak, akkor ezt a tulajdonságot is ügyesen használják az emberek. Például a cink-oxid ZnO fehér anyag, ezért fehér olajfesték (cinkfehér) készítésére használják. Mivel a ZnO gyakorlatilag nem oldódik vízben, a cinkfehérrel bármilyen felület festhető, beleértve azokat is, amelyek légköri csapadéknak vannak kitéve. Oldhatatlansága és nem toxicitása lehetővé teszi ennek az oxidnak a felhasználását kozmetikai krémek és púderek gyártásában. A gyógyszerészek összehúzó és szárító port készítenek külső használatra.

A titán(IV)-oxid – TiO 2 ugyanolyan értékes tulajdonságokkal rendelkezik. Neki is van egy jóképű fehér színés titánfehér gyártására használják. A TiO 2 nem csak vízben, hanem savakban sem oldódik, ezért az ebből az oxidból készült bevonatok különösen ellenállóak. Ezt az oxidot adják a műanyaghoz, hogy fehér színt kapjon. A fém és kerámia edények zománcának része.

Króm(III)-oxid - Cr 2 O 3 - nagyon erős, sötétzöld színű, vízben oldhatatlan kristályok. A Cr 2 O 3 -ot pigmentként (festékként) használják dekoratív zöld üveg és kerámia gyártásánál. A sokak által ismert GOI pasztát (a "State Optical Institute" névből rövidítve) optika, fém csiszolására és polírozására használják. termékek, ékszerek.

A króm(III)-oxid oldhatatlansága és erőssége miatt nyomdafestékekben is használják (például bankjegyek színezésére). Általában sok fém oxidjait használják pigmentként sokféle festékhez, bár ez messze nem az egyetlen alkalmazásuk.

Konszolidációs feladatok

1. Írja fel külön a sóképző sav és a bázikus oxidok kémiai képleteit!

NaOH, AlCl 3, K 2 O, H 2 SO 4, SO 3, P 2 O 5, HNO 3, CaO, CO.

2. Adott anyagok : CaO, NaOH, CO 2, H 2 SO 3, CaCl 2, FeCl 3, Zn (OH) 2, N 2 O 5, Al 2 O 3, Ca (OH) 2, CO 2, N 2 O, FeO, SO 3, Na 2 SO 4, ZnO, CaCO 3, Mn 2 O 7, CuO, KOH, CO, Fe (OH) 3

Válasszon a listából: bázikus oxidok, savas oxidok, indifferens oxidok, amfoter oxidok és nevezze el őket.

3. Fejezd be a CCM-et, jelöld meg a reakció típusát, nevezd meg a reakciótermékeket

Na 2 O + H 2 O =

N 2 O 5 + H 2 O =

CaO + HNO 3 =

NaOH + P 2 O 5 =

K 2 O + CO 2 =

Cu(OH)2 =? +?

4. Hajtsa végre az átalakításokat a séma szerint:

1) K → K 2 O → KOH → K 2 SO 4

2) S → SO 2 → H 2 SO 3 → Na 2 SO 3

3) P → P 2 O 5 → H 3 PO 4 → K 3 PO 4

Egy ilyen gyenge kémiai kölcsönhatás, amelyet VI. típusnak nevezünk, a következő sémával fejezhető ki:

Nekem "" m O n= m [Én ""] Én "+ n [O] Én",

hol vagyok "" m O n- kerámia vagy üveg oxidja; A [Me ""] A Me "és az [O] Me" fém és oxigén szilárd oldatai, amelyek kerámia-oxidot képeznek a vele hegesztendő fémben.

Az ilyen típusú kölcsönhatás a kerámia- vagy üvegoxid és a hegesztendő fém oxidja képződésének Gibbs-energiájában nagy különbséggel valósítható meg.

Az ilyen típusú kölcsönhatás lehetőségére utalnak például az erősítő fázisok (intermetallikus vegyületek, oxidok, karbidok, karbonitridek) koagulációs jelenségei, amelyek a diszperzióval erősített anyagokban a kis részecskék kioldódása miatt magasabb hőmérsékleten lépnek fel. a mátrixban és a nagyok növekedésében. A keményítő és a mátrix közötti kölcsönhatás lehetősége és mértéke meghatározza a kompozit anyagok hőállóságát.

O. Kubashevsky először készített kvantitatív becsléseket a kölcsönhatás mértékére a szilárd oldatok képződése során az A1 2 O 3 és a nikkel közötti VI típusú reakció során szinterezett anyagban, azonos hőmérsékleten (1673 K). A tűzálló oxidok és a diszperziósan erősített anyagok fémmátrixának kölcsönhatásának termodinamikai értékelésére szolgáló eljárás részletes kidolgozását az E.I. Mozzhukhin, akinek számítási eredményeit kielégítően megerősítette az A1 2 O 3 - Mo és A1 2 O 3 - Nb rendszerek kémiai analízise a mátrixfém hőmérsékletén (0,6-0,8) végzett szinterezés után.

A VI típusú reakció a termodinamikai számítások alapjául fogadható el a következő feltételek mellett: az oxigén és a Me "" legalább kis oldhatósága a hegesztett fémben "Me"; az oxid sztöchiometrikus összetétele nem változik, a reakcióban részt vevő oxid alacsonyabb oxidokká való átalakulásának lehetőségének hiánya, a hegesztett fém oldhatóságának hiánya Me "" m Körülbelül n.

Az első feltétel teljesítésének elmulasztása megfosztja a vizsgált egyenlet jelentésétől: a második V típusú reakcióhoz vezet; harmadik, VI típusú reakciók; negyedszer szükségessé teszi a VI reakcióegyenlet kiegészítését egy másikkal, amely figyelembe veszi az Me "ben és Me" szilárd oldat képződését "m ezek együttes oldatának kb.

Ellentétben a fent vizsgált I, II, IV, V típusú reakciókkal, amelyekre a termodinamikai egyensúly fogalma nem alkalmazható, és az áramlás irányát (balról jobbra vagy jobbról balra) teljes mértékben az előjel határozza meg.
, a VI típusú reakció balról jobbra halad, és lefutásának teljességét az egyensúlyi állandó határozza meg, amely megegyezik az oxigén és a Me aktivitásának szorzatával a hegesztendő fémben "" Me". Híg oldatok esetén az aktivitások koncentrációjával egyenlőnek vehető (móltört), és a törvény segítségével színjátszó tömegek, határozzák meg értéküket, azaz. az oldott elemek egyensúlyi koncentrációja szilárd oldatban a hegesztendő fém alapján. A talált értékek és jellemezni fogják a hegesztendő anyagok kölcsönhatásának egyensúlyi fokát.

A VI. típusú reakció termodinamikai számítását a ZnS-Me rendszer példáján, a módszertani jellemzők leírásával a munka tartalmazza. Ennek a számításnak az első közelítésben szereplő eredményei egy hasonló ZnO-Me rendszerre is alkalmazhatók, amely a cink-ferritek hegeszthetőségének elemzése szempontjából mindenképpen érdekes.

A számítás a rézzel való kölcsönhatás reakcióján alapul:

ZnS tv = Cu + [S] Cu (7,29)

A számítási eredmények azt mutatták, hogy amikor a cink-szulfid kölcsönhatásba lép a rézzel, a rézben való oldódás legfeljebb 0,086 at. % kén, ami másfél nagyságrenddel magasabb a kén rézben való oldhatóságának határánál ezen a hőmérsékleten (0,004 at.%), azaz. magasabb, mint amennyi egy telített szilárd oldatban alacsonyabb réz-szulfiddal egyensúlyban van. Ebből az következik, hogy amikor a ZnS kölcsönhatásba lép a rézzel, bizonyos mennyiségű réz-szulfid Cu 2 S képződése termodinamikailag lehetséges.

Következésképpen a rézzel való kölcsönhatás termodinamikai számítása az E.I. Mozzhukhin a (7.29) egyenlet segítségével csak kvalitatív eredményt ad. Ez a technika olyan rendszerekben alkalmazható, amelyekben a tűzálló oxid és a mátrix fémoxid képződésének Gibbs-energiái között a különbség 400 kJ/g oxigénatom nagyságrendű, a vizsgált szulfidrendszerekben ez az érték jóval kisebb.

A kvantitatív eredmények elérése érdekében az alábbiakban e technika továbbfejlesztését ismertetjük.