От водорода до мейтнерия: неорганика на ладони. Книга первая: металлы и неметаллы главных подгрупп таблицы Менделеева

Свойства пероксида как восстановителя

Пероксид водорода находит широкое применение в медицине и промышленности. В виде 3%-ного водного раствора известен как антисептическое средство. Все мы замечали, наверное: капнешь перекись на ранку, и ранка начинает «пузыриться», чуть ли не шипит. Это происходит распад перекиси и выделение кислорода, который рану дезинфицирует. А затевает реакцию фермент каталаза, содержащийся в крови.

Свойства пероксида как кислоты

В промышленности используются концентрированные растворы пероксида водорода, называемые пергидролями. Они помогают отбеливать ткани, бумагу, осветлять старые слои красок на картинах, а в смеси с моющими средствами пригодны для уборки, дезинфекции. Только очень важно при работе с пергидролем беречь кожу, чтобы не получить сильный ожог. Кроме того, пергидроль взрывоопасен.

Ой, еще про одно известное применение пероксида водорода не сказали. Многие женщины знают, что он входит в состав красок для волос в качестве осветляющего пигмент волос компонента.

Глава 5.

Фтор. Господин окислитель

Следующим на повестке дня станет химический элемент, который по праву заслужил обращение «господин окислитель». Этот элемент, как многие, наверное, догадались – фтор. Я заметила, что в большинстве учебников по химии фтору уделяется мало внимания, да и в заданиях ЕГЭ он находится в тени своих «собратьев» по группе – хлора, брома, йода. Попробую «реабилитировать» фтор, ведь каждый достоин внимания и заботы.

Месторасположение фтора в Таблице Д. И. Менделеева – пересечение «2 период, VIIA группа» (как в морском бое). Фтор открывает собой группу галогенов – сильнейших окислителей.

В состав атома фтора входит ядро (в нем 9 протонов, 10 нейтронов) и 9 электронов, которые вращаются вокруг ядра, разместившись на двух уровнях.

До завершения внешнего энергетического уровня (до 8 электронов) фтору не хватает всего 1 электрона. Ему проще «принять» электрон от другого элемента и так завершить свой уровень, чем «отдавать» кому-то 7 своих электронов и затрачивать на это колоссальную энергию. Прибавьте к этому малый радиус атома – и вот она, окислительная природа фтора, элемента с самой высокой электроотрицательностью. Электроотрицательность, условно говоря, способность элемента «перетягивать» на себя чужие электроны. Поэтому степень окисления фтора в соединениях равна -1.

Молекула фтора состоит из двух атомов, соединенных друг с другом ковалентной неполярной связью. При обычных условиях фтор – это газ зеленовато-желтого цвета с резким запахом. Тяжелее воздуха. Ядовит! При температурах ниже минус 188 градусов переходит в жидкое состояние. В виде жидкости неограниченно растворяется в жидких кислороде, озоне.

В соревнованиях по электроотрицательности среди элементов фтору присуждается кубок и безоговорочное первое место

Фтор по своей природе очень реакционноспособен. Реакции протекают с выделением большого количества тепла, вплоть до горения, взрыва.

Как всегда для наглядности разделим реакции на группы.

1) Реакции с неметаллами

Фтор взаимодействует со всеми неметаллами за исключением гелия, неона и аргона.

Причем часто в результате образуются продукты переменного химического состава, смесь веществ с разным «набором» атомов. Для удобства числовые индексы при элементах принимают за «Х» и «У».

Даже криптон, ксенон и радон перед фтором не устояли. Они также взаимодействуют с ним

2) Реакции с металлами

Фтор вступает в реакции с большинством металлов. С щелочными и щелочно-земельными происходит воспламенение, причем на холоду, а с остальными – реакции при незначительном нагревании или при комнатной температуре. Даже сама платина «фторируется», но при высоких температурах.

3) Реакции со сложными веществами

Фторирование платины

Представляете, и стекло способно медленно разлагаться в атмосфере фтора! Реакция ускоряется в присутствие воды.

Обратите внимание: с оксидами неметаллов фтор может реагировать по одному из двух путей – либо замещать собой кислород в оксиде, либо присоединяться к некоторым оксидам

Получение фтора в промышленности?

Спрашивали? Отвечаем! Получают фтор электролизом расплава смеси KF-HF.

Хранят фтор в аппаратах из никеля, его сплавов, латуни, нержавеющей стали. Важно, чтобы металл или сплав реагировал с фтором с образованием пленки фторида металла, нерастворимой для остального фтора в аппарате.

Фтор очень токсичный газ. В малых концентрациях его запах напоминает запах хлора, иногда озона. На предприятиях обязательно контролируют предельно допустимую концентрацию фтора в воздухе.

Глава 6

Плавиковая кислота. «Стекло, берегись!»

Каким образом мастера на производстве делают надписи на стекле или наносят на него рисунки? В этом им помогает плавиковая кислота – «гроза» всех стекол. Как у нее это получается?

Плавиковая или, химически говоря, фтористоводородная кислота с формулой HF – одноосновная кислота, состоит из одного атома водорода и одного атома фтора. Водород и фтор соединены между собой ковалентной полярной связью, общая электронная пара смещена к атому фтора (мы помним, что фтор – «чемпион» по электроотрицательности среди всех элементов). При этом молекулы HF объединяются в димеры, образуя молекулярную кристаллическую решетку, каркас из молекул.

Название «плавиковая» появилось от плавикового шпата, фторида кальция – минерала, из которого получают фтороводород. При растворении фтороводорода в воде выделяется тепло. Плавиковая кислота – бесцветная жидкость с резким запахом, тяжелее воды, затвердевает при температуре ниже минус 75 градусов. Не горюча. Если в воду добавить небольшое количество плавиковой кислоты, то такая «вода» замерзнет при более низких температурах.

По степени диссоциации плавиковую кислоту можно отнести к слабым кислотам. Она реагирует с большинством металлов, кроме платины, палладия и золота. Свинец также не растворяется в плавиковой кислоте, благодаря образующейся защитной пленке фторида свинца. Фториды щелочных металлов растворимы в воде, щелочно-земельных – малорастворимы.

Плавиковая кислота разъедает стекло и другие силикатные материалы (кварц, фарфор).

Мастера предварительно покрывают стекло парафином, а потом прорезают на парафине отверстия (контур) будущего рисунка. Эти отверстия обрабатывают плавиковой кислотой, остальное стекло под слоем парафина в безопасности (парафин устойчив к плавиковой кислоте). Логично, что хранят плавиковую кислоту в полиэтиленовой таре.

Стеклянная химическая посуда «боится» присутствия поблизости плавиковой кислоты

Плавиковая кислота в промышленности:

– катализатор в органическом синтезе;

– реактив для растворения силикатов;

– реактив для получения фторидов и фторорганических соединений.

Плавиковая кислота очень ядовита, обладает раздражающим действием, вызывает ожоги. Кроме того, фториды способны связывать кальций в крови, это ведет к нарушению сердечной деятельности, серьезным сбоям в организме человека. Опасность состоит еще и в том, что пагубное действие плавиковой кислоты имеет отложенный эффект, человек поздно обращается за помощью, когда патологический процесс уже запустился. Поэтому так важно работать с кислотой в защитной одежде, респираторе, очках, перчатках и в помещении с хорошей вытяжкой. В случае внештатных ситуаций плавиковую кислоту осторожно дезактивируют, основываясь на свойствах кислот нейтрализовываться щелочами (гашеной известью или содой).

Глава 7

Хлор. «Кто тут главный? – Я тут главный!»

Наш следующий герой – любимец учебников по химии и заданий ЕГЭ, «звезда» группы галогенов – хлор.

Элемент хлор располагается в 3 периоде VIIA группе Периодической системы Д. И. Менделеева. Атом хлора имеет в своем составе 17 протонов и, соответственно – 17 электронов, а вот число нейтронов варьируется. В природе наиболее широко распространены изотопы с массовыми числами 35 и 37 (массовое число = количество протонов + количество нейтронов). Исходя из процентного соотношения изотопов, относительную атомную массу хлора высчитали как равную 35,5. Этот момент необходимо помнить при решении задач.

На внешнем энергетическом уровне у атома хлора – 7 электронов. Принимая еще один электрон, атом приобретает степень окисления -1. Но у атома хлора, в отличие от «соседа сверху» – фтора, есть дополнительные орбитали, а именно, пять d-орбиталей. Хлор ведь в третьем периоде находится. Поэтому при определенных условиях электроны с р- и даже s-подуровней способны «перебегать» на d-орбитали и занимать там единолично «вакантные» места. Электроны – они ведь, как люди, в душе немного эгоисты. Каждому хочется иметь свою комнату, свое жизненное пространство. Одиночные электроны – возможность разнообразить степени окисления и образовать различные соединения с другими атомами.

Хлору проще принять один электрон, довести свой энергетический уровень до завершенности и получить степень окисления, равную -1 (самая распространенная в соединениях). Хлор – сильный окислитель.

Возможные степени окисления для хлора: -1 (принимает электрон), +1, +3, +5 и +7 (отдает свои электроны)