Строение атома и периодический закон Д. И. Менделеева

Соли

Соли — это продукты полного или неполного замещения атомов водорода кислоты на атомы металла или гидроксильных групп основания на кислотный остаток.

Основная реакция препаративного получения солей — взаимодействие кислоты и основания. По полноте этой ре­акции соли делятся на нормальные (или средние), кислые и основные.

К нормальным, или средним, солям относятся продукты полного замещения атомов водорода кислоты на атомы ме­талла или гидроксильных групп основания на кислотный ос­таток. Например:

Са(ОН)₂ + 2HNO₃ = Са(NO₃)₂ + 2Н₂О

Са(ОН)₂ + 2Н⁺ + 2NO₃^- = Са²⁺ + 2NO₃^- + 2Н₂О

Здесь все (две, а не одна) гидроксильные группы основания Са(ОН)₂ замещены на кислотный остаток NO_3-

2NaОН + Н₂СO₃ =Na₂СO₃ + Н₂O

2Na⁺+20Н^-+Н₂СО₃ = 2Na⁺++Н₂O

Здесь все (два, а не один) атомы водорода кислоты Н₂СО₃ замещены на атомы металла Na.

Изображение графических формул нормальных солей (как и вообще солей) удобнее начинать с построения кислотного остатка. Например, для силиката бария ВаSiO₃ кислотный остаток имеет вид:

O-

O=Si

O-

В отличие от электронейтральной молекулы кислоты он по­терял два атома водорода. Этот кислотный остаток обеими своими свободными связами в молекуле ВаSiO₃ связан с атомом бария, который имеет степень окисления 2⁺:

O

O=Si Ba

O

Кислые соли являются продуктом неполного замещения атомов водорода кислоты на металл. Их могут образовывать лишь многоосновные кислоты. В состав кислой соли будет входить кислотный остаток, содержащий хотя бы один атом водорода. Например: Н₂SО₄ — серная кислота, Na₂SО₄ — нор­мальная соль, NаНSО₄ — кислая соль. Кислотный остаток. НSО₄ ^- образовался при отщеплении от кислоты одного атома водорода. Если кислота трехосновная, она может образовы­вать два ряда кислых солей, соответствующих замене на ато­мы металла одного или двух атомов водорода. Например, фосфорная кислота Н₃Р0₄ может образовывать кислые соли, с различными кислотными остатками:

NаН₂РО₄ и Nа₂НРО₄, Са(Н₂РО₄)₂, СаНРО₄.

При графическом изображении кислых солей удобно сначала представить кислотный остаток, учитывая, что в него входит незамещенный атом водорода, а затем к свободной валентности присоединить атом металла:

H O

C=O

Na O

Основные соли занимают промежуточное положение между основаниями и солями, а значит, содержат, кроме атомов металла и кислотных остатков, гидроксильные группы, связанные с металлом. Они являются продуктом неполного замещения гидроксильных групп гидроксида (двух- и более) кислотным остатком. Например: СаОНС1, СuОНN0₃ и т. д. В этих солях количество кислотных остатков равно количест­ву замещенных ОН^- — групп, так как это соли одноосновных кислот.

Если гидроксид трехкислотный, то он может образовы­вать два основных остатка. Например, А1(0Н)₃ образует А1(ОНи А1OН²⁺. Заряды этих ионов равны количеству гидроксильных групп, недостающих до электронейтральной молекулы гидроксида. С любой кислотой в этом случае мо­жет образовываться два ряда солей, формулы которых будут зависеть от заряда кислотного остатка. Для HNO₃ и Н₂СО₃ получим: А1(ОН)₂NO₃ и [А1(0Н)₂]₂СО₃; А1OН(NO₃)₂ и АlOНСO₃.

При изображении графических формул основных солей надо четко представить, из каких и скольких основных и кис­лотных остатков состоит данная соль. Например, гидроксо-карбонат кальция имеет формулу (СаОН)₂СО₃ и состоит из двух основных остатков — Са — О —Н и одного кислотного

O-

O=C

O-

Сочетая их вместе, получаем правильную графическую формулу:

О — Са — О — Н

O=C

О — Са — О — Н

Мы выяснили особенности строения молекул трех основ­ных типов солей. Однокислотное основание может с одноос­новной кислотой образовать лишь одну среднюю (нормаль­ную) соль, с двухосновной кислотой — одну среднюю и одну кислую соль, с трехосновной — одну среднюю и две кислых и т. д. Например, в зависимости от взятых соотношений NаОН и Н₃РО₄, можно получить:

ЗNаОН + Н₃РО₄ = Nа₃РО₄ + 3Н₂О

2NаОН + Н₃РО₄ = Nа₂НРО₄+2Н₂О

NаОН + Н₃РО₄ = NаН₂РО₄+Н₂О

Аналогично, одноосновная кислота может образовать с двухкислотным основанием одну среднюю и одну основную соль, с трехкислотным — одну среднюю и две основные соли и т. д. Пример:

А1(ОН)₃ + 3НС1 = А1С1₃+3Н₂О

А1(ОН)₃ + 2НС1 = А1OНС1₂ + 2Н₂О

А1(ОН)₃ + НС1 = А1(ОН)₂С1 + Н₂О

Многоосновные кислота и основание могут дать, кроме средней соли, и кислые, и основные. Так, при взаимодействии Са(ОН)₂ и Н₃РО₄ могут быть получены: одна нормальная соль Са₃(РО₄)₂, две кислые соли Са(Н₂РО₄)₂ и СаНРО₄, од­на основная соль (СаОН)₃РО₄.

Схема образования названий кислых и основных солей дана в приложении.

Контрольные задания

10. Составьте формулы высших оксидов элементов, явля­ющихся макроэлементами в питании растений, и формулы высших оксидов для микроэлементов. Изобразите их графи­чески. Укажите характер этих оксидов (кислотный, основной, амфотерный). Напишите возможные реакции их взаимодей­ствия с водой.

11-20. Составьте формулы всех солей, соответствующих кислотам и основаниям, приведенным для вашего задания в таблице 2. Написать уравнения реакций их получения из кислоты и основания в молекулярной и ионной форме. Для амфотерных гидроксидов необходимо составлять формулы их солей, образованных как при реакциях с кислотами, так и с основаниями.

При написании уравнений руководствоваться таблицей ра­створимости и таблицей степеней диссоциации.

Таблица 2

№ задания	Исходные вещества
	KOH	Zn(OH)2	HClO4	H3BO3
	CsOH	Fe(OH)3	HClO3	H2S
	NaOH	Mg(OH)2	H2SO3	H3AsO4
	NH4OH	Cu(OH)2	H2CO3	H2SeO4
	LiOH	Al(OH)3	HBr	H2TeO4
	Sr(OH)2	Fe(OH)3	HC1	H2SiO3
	Ba(OH)2	Ni(OH)3	HClO	H2CO3
	Ca(OH)2	Co (OH) 3	HNO2	H2S2O3
	Fe(OH)2	Ca(OH)2	HNO3	H3PO4
	Ca(OH)2	KOH	HClO3	H2SO4

Методические советы

При изучении этого материала следует усвоить современ­ные взгляды на «корпускулярно-волновое состояние» электро­на в атоме, вероятностный характер распределения плотности электронного облака и квантование поведения электрона по энергии, формам орбиталей и их положению в пространстве. Поскольку каждый электрон в атоме характеризуется собст­венным набором квантовых чисел, то они помогают показать распределение электронов в атоме.

Конечным результатом изучения этой темы является уме­ние составить электронную формулу любого атома, выявить его валентность и возможные степени окисления.

Вопросы для самопроверки

1. Какие вы знаете элементарные частицы? Укажите их основные характеристики.
2. Что такое радиоактивность? Какие виды радиоактив­ных излучений вам известны?
3. Укажите средние размеры атома. Во сколько раз от­личаются размеры ядер от размеров атомов?
4. Какие квантовые числа характеризуют энергию элект­рона в атоме в отсутствие внешних электрических и магнит­ных полей?
5. Каков порядок заполнения орбиталей? Сформулируйте правило Гунда. Какова форма з- и р-электронных облаков?
6. Какое максимальное количество электронов может раз­мещаться на 1з, 2з, Зз-подуровнях? Чему равен угол между р-орбиталями в атоме?
7. Дайте современную формулировку периодического зако­на Д. И. Менделеева. Как его формулировал сам Д. И. Мен­делеев?
8. Что такое периодичность? В чем причина периодичес­кого изменения свойств элементов? Какие главнейшие свой­ства элементов меняются периодически?
9. Каков физический смысл номера периода, номера груп­пы? Дайте определение понятиям группа, период, семейство.
10. Что такое потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность?

Контрольные задания

21-30. Составьте электронные формулы и представьте гра­фически размещение электронов по квантовым ячейкам для указанных в табл. 3 элементов, соответствующих вашему за­данию. Проанализируйте возможности разъединения спа­ренных электронов при возбуждении атомов с образованием валентных электронов в соответствии с теорией спин-валент­ности.

Таблица 3

№ задания	Элементы
	углерод, скандий
	азот, титан
	кислород, ванадий
	фтор, хром
	алюминий, мышьяк
	кремний, бром
	фосфор, калий
	сера, кальций
	хлор, бериллий
	аргон, железо

31-40. Проанализируйте изменения величины зарядов ядер, радиусов атомов, электроотрицательностей и степеней окисле­ния элементов в соответствии с вашим вариантом (см. таб­лицу 4). Каковы закономерности этих изменений при движе­нии по группе сверху вниз или по периоду слева направо? Как изменяется в этом направлении металличность элементов и характер их оксидов и гидроксидов?

Таблица 4

№ задания	Задание
	элементы 2 периода
	элементы 3 периода
	элементы 4 периода
	элементы 5 периода
	элементы 4 B группы
	элементы 2 A группы
	элементы 4 А группы
	элементы 5 А группы
	элементы 6 А группы
	элементы 7 В группы

Дата добавления: 2014-10-22