Фізичні властивості

Оксид карбону(IV), або вуглекислий газ, С0₂ за звичайних умов — безбарвний газ, без запаху, важчий за повітря в 1,5 раза, доволі добре розчиняється у воді, особливо під тиском, легко перетворюється на рідину навіть за кімнатної температури і невеликого тиску (5 МПа). Зріджений С0₂ зберігають у стальних балонах. Якщо його швидко вилити з балона, вуглекислий газ випаровується, внаслідок чого частина газу перетворюється на снігоподібну масу. Твердий вуглекислий газ називають сухим льодом.

Оксид карбону СО, або чадний газ, — безбарвний, без запаху, погано розчиняється у воді, важко перетворюється на рідину (за нормального тиску і температури -191,5 °С), трохи легший за повітря.

Обчисліть відносні молекулярні маси вуглекислого та чадного газів і порівняйте їх з усередненою відносною молекулярною масою повітря, яка дорівнює 29. Чи залежить густина газу від його молекулярної маси?

Вуглекислий газ С0₂ у великих кількостях шкідливий для людіни і тварин, спричинює запаморочення, може викликати ядуху, тому приміщення, де перебувають люди, треба часто провітрювати.

Чадний газ СО — дуже отруйний. Він утворює стійку сполуку з гемоглобіном крові, внаслідок чого кров втрачає властивість переносити кисень в організмі, і настає кисневе голодування. У людини з'являються сильний головний біль, нудота, вона може знепритомніти і навіть померти!

Особливо небезпечно заводити автомобіль у гаражі за зачиненими дверима... Це рівнозначно самогубству! Заслінку в печі можна закривати тільки тоді, коли вугілля вже не горить полум'ям, а лише слабко жевріє...

Оксид силіцію(ІV) SiO₂, або діоксид силіцію, — тверда речовина, кристалічна, безбарвна, тугоплавка (t _пл. 1728 °С), у воді не розчиняється (пригадайте білий річковий пісок).

Чому ж така велика відмінність у властивостях діоксиду силіцію SiO₂ і діоксиду карбону С0₂ (за звичайних умов С0₂ — газ, а Sі0₂ — тверда тугоплавка речовина), адже за хімічним складом ці оксиди є аналогами?

Щоб зрозуміти причину відмінності їхніх властивостей, пригадайте, що властивості речовини залежать від її будови. Отже, причина відмінності властивостей оксиду карбону (IV) і оксиду силіцію (IV) полягає у відмінності будови цих речовин. Оксид карбону (IV) складається з молекул С0₂, тобто має молекулярні кристалічні ґратки, а оксид силіцію (IV) — атомні кристалічні ґратки, кожна структурна одиниця яких являє собою тетраедр з атомом Силіцію в центрі та атомами Оксигену по кутах. Це можна пояснити тим, що атом Силіцію має більший радіус, ніж атом Карбону. Навколо нього може розміститись не два, а чотири атоми Оксигену, кожний з яких з'єднується з двома атомами Силіцію. Відповідне розміщення атомів можна зобразити на площині схемою:

Така будова оксиду силіцію (IV) й обумовлює його високу твердість і тугоплавкість.

Отже, відмінністю у будові кристалічних ґраток пояснюється відмінність властивостей діоксидів карбону й силіцію.

Хімічні властивості

Оксид карбону (ІV) С0₂ і оксид силіцію (ІV) Sі0₂ — солетвірні кислотні оксиди, а оксид карбону (ІІ) СО — несолетвірний оксид.

1. Взаємодія з водою. Якщо у пробірку з водою (1 — 2 мл) додати 1—2 краплі розчину лакмусу, а потім пустити туди вуглекислий газ, лакмус змінить своє забарвлення, і розчин почервоніє. Це пояснюється тим, що С0₂ взаємодіє з водою з утворенням нестійкої карбонатної кислоти:

H₂O + CO₂ ⇔ H₂CO₃

Знаючи закономірності зміщення хімічної рівноваги, зазначте, в якому напрямі можна змістити рівновагу в реакції, рівняння якої наведено вище:

а) підвищуючи тиск; б) підвищуючи температуру.

Оксид силіцію (IV) SiO₂ хоча й належить до кислотних оксидів, але з водою не реагує. Відповідна йому силікатна кислота H₂Si0₃ утворюється іншим шляхом (вивчатиметься пізніше).

2. Взаємодія з основами і основними оксидами. Оксид карбону (IV) С0₂ реагує з лугами у водних розчинах та з твердими лугами і основними оксидами за звичайних умов, утворюючи солі — карбонати:

Са(ОН)₂ + С0₂ - СаС0₃↓ + Н₂0

СаО + С0₂ = СаС0₃

Оксид силіцію (IV) Si0₂ взаємодіє з твердими лугами та основними оксидами під час сплавляння, утворюючи солі — силікати:

2NaOH + Si0₂ = Na₂Si0₃ + Н₂0

BaO + Si0₂ = BaSi0₃

Оксид карбону(ІІ) CO як несолетвірний оксид зазначених вище реакцій не дає (солей не утворює). Йому притаманні інші властивості:

а) здатність горіти васильково-синім полум'ям, виділяючи велику кількість теплоти:

2СО + О = 2С0₂, Δ H = -572 кДж,

через що його використовують (разом з іншими газами) як газувате паливо (у доменному виробництві); б) здатність відновлювати метали з оксидів (під час нагрівання):

Fe₃0₄ + 4СО = 3Fe + 4С0₂↑

Зазначена властивість використовується під час виплавляння металів із руд.

Добування оксиду карбону(ІУ). У лабораторних умовах С0₂ добувають дією хлоридної кислоти на мармур:

СаС0₃ + 2НСl = СаСl₂ + Н₂0 + С0₂↑

Запишіть рівняння даної реакції у повній і скороченій йонних формах.

У промисловості оксид карбону(ІV) добувають прожарюванням вапняку:

СаС0₃ = СаО + С0₂↑

Застосування. Вуглекислий газ С0₂ застосовують під час виробництва соди, цукру, для газування води, гасіння пожеж (наприклад, содові вогнегасники). Сухий лід використовують для зберігання продуктів, які швидко псуються.

Діоксид силіцію SiO₂ у вигляді піску широко застосовують у будівництві, для добування скла, кераміки, порцеляни, фаянсу, цегли, цементу, абразивів¹. У вигляді кварцу Sі0₂ використовують у радіотехніці, в акустоелектроніці, в оптичному приладобудуванні. Синтетичний діоксид силіцію Sі0₂ («біла сажа») застосовується як наповнювач у виробництві гуми.

Абразиви (фр. abrasif — шліфувальний, від лат. abrado — зіскоблюю) — природні або штучні матеріали високої твердості.

Сульфатна кислота H₂S0₄ (безводна, 100%-ва) — важка безбарвна оліїста рідина. Густина її концентрованого розчину (w(H₂S0₄) = 98%) за звичайних умов 1,84 г/см³. Вона нелетка, запаху не має. Надзвичайно гігроскопічна. Активно вбирає вологу. Змішується з водою у будь-яких співвідношеннях. Розчинення сульфатної кислоти у воді супроводжується виділенням великої кількості теплоти, що може призвести до закипання води і розбризкування кислоти.

Сульфатна кислота — їдка рідина, тому треба остерігатись, щоб вона не потрапила на шкіру й одяг. А якщо це сталося, треба швидко змити її великою кількістю води, після чого нейтралізувати розчином соди і знову змити водою. Пам'ятайте таке правило:

Не можна воду доливати до концентрованої сульфатної кислоти! Для розбавляння кислоту треба доливати до води невеликими порціями.

Хімічні властивості сульфатної кислоти багато в чому залежать від її концентрації. В лабораторіях та промисловості використовують розбавлену і концентровану сульфатну кислоту, хоча такий поділ дещо умовний.

Розбавлена сульфатна кислота виявляє всі хімічні властивості, характерні для кислот.

1. Дисоціація кислоти. Сульфатна кислота двохосновна, належить до сильних кислот. У водних розчинах вона дисоціює на йони за двома ступенями (за першим — практично повністю):

I ступінь Н₂S0₄ ⇔ Н⁺+ НSО^-₄ — гідросульфат-іон

II ступінь НS0_-4 ⇔ Н⁺ + S0^2-₄ — сульфат-іон

Ось чому в процесі нейтралізації розчинів сульфатної кислоти Н₂S0₄ утворюються два ряди солей: середні солі — сульфати і кислі солі — гідросульфати.

2. Взаємодія з основами. Якщо у пробірку з розбавленою сульфатною кислотою добавити дві-три краплі фіолетового лакмусу, розчин набуває червоного забарвлення (кисле середовище). Потім у цю пробірку доливатимемо краплями розчин гідроксиду натрію доти, доки вміст пробірки набуде фіолетового забарвлення (нейтральне середовище):

2NaОН + Н₂S0₄ = Nа₂SО₄ + 2Н₂0

^{сульфат натрію}

Якщо ж розчину лугу Na0Н не вистачає для нейтралізації усієї кислоти, то сіль, що утворюється, буде кислою:

Na0H + Н₂S0₄ = NаНS0₄ + Н₂0

^{гідросульфат натрію}

Отже, гідросульфати утворюються тоді, коли кислота береться у надлишку.

Більшість сульфатів добре розчиняються у воді. Малорозчинним є сульфат кальцію CaS0₄, ще менше розчиняється сульфат плюмбуму PbS0₄ і практично нерозчинній є сульфат барію BaS0₄ (див. таблицю розчинності).

3. Взаємодія з оксидами металів. Сульфатна кислота реагує з основними та амфотерними оксидами, утворюючі солі, наприклад:

MgO + H₂S0₄ = MgS0₄ + Н₂0

ZnO + H₂S0₄ = ZnS0₄ + H₂0

4. Взаємодія з солями. Сульфатна кислота сильна і нелетка, одна з найстійкіших із відомих мінеральних кислот. Вона може вступати в реакцію обміну з солями, утвореними слабкішими або леткими кислотами і навіть сильними кислотами, якщо вони менш стійкі:

Na₂C0₃ + H₂S0₄ = Na₂S0₄ + С0₂↑ + H₂0

2KN0₃ + H₂S0₄ = K₂S0₄ + 2HN0₃↑

2KCl0₄ + H₂S0₄ = K₂S0₄ + 2HCl0₄

BaCl₂ + H₂S0₄ = BaS0₄↓+ 2НСl↑

Останнє рівняння відображує якісну реакцію на кислоту та її солі, бо утворюється нерозчинний у воді сульфат барію BaS0₄.

Сульфатна кислота може взаємодіяти із своїми солями — сульфатами. При цьому середні солі — сульфати перетворюються на кислі солі гідросульфати:

Na₂SO₄ + H₂S0₄ = 2NaHS0₄

Усі реакції, рівняння яких наведені у пункті 4, є реакціями йонного обміну. Напишіть їх у повній і скороченій йонних формах.

Дата добавления: 2015-05-24