Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Лашевська

§ 20. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном. Особливості водних розчинів цих сполук, їхнє застосування

Після опрацювання цього параграфа ви зможете:

  • наводити приклади сполук неметалічних елементів з Гідрогеном;
  • складати рівняння реакцій, які характеризують особливості водних розчинів гідроген хлориду, гідроген сульфіду, амоніаку та обґрунтовувати ними практичне значення сполук неметалічних елементів з Гідрогеном;
  • порівнювати особливості водних розчинів гідроген хлориду, гідроген сульфіду, амоніаку.

Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном - молекулярні речовини з ковалентними зв’язками різного ступеня полярності. Їхні хімічні формули та назви наведено в таблиці 20.1.1

Таблиця 20.1. Формули та назви найпростіших бінарних сполук неметалічних елементів з Гідрогеном2

Період

Група

ІІІА

IVA

VA

VIA

VIIA

2

2Н61

диборан

CH4

метан

NH3

амоніак

Н2O

вода

HF

гідроген флуорид фтороводень

3

SiH4

силан

РН3

фосфін

H2S

гідроген сульфід сірководень

HCl

гідроген хлорид хлороводень

4

AsH3

арсин

H2Se

гідроген селенід селеноводень

НВr

гідроген бромід бромоводень

5

Н2Те

гідроген телурид телуроводень

НІ

гідроген йодид йодоводень

1 Найпростішої сполуки Бору ВН3 не виявлено.

2 Жирним шрифтом виокремлено ті назви та хімічні формули, які потрібно запам’ятати.

Зіставивши кількісний склад найпростіших сполук з Гідрогеном елементів IVA-VIA груп, нескладно виявити таку закономірність: кількість атомів Гідрогену навколо атома неметалічного елемента дорівнює різниці між числом 8 і номером групи періодичної системи. Причину цього потрібно шукати в будові атомів цих елементів.

Поясніть утворення ковалентних зв’язків у летких сполуках Нітрогену, Сульфуру та Хлору з Гідрогеном. Запишіть електронні формули їхніх молекул.

Як упливає електронна та просторова будова молекул неметалічних елементів з Гідрогеном на фізичні властивості цих сполук? Потрібного умовою виникнення водневих зв’язків є достатня полярність валентних зв’язків атомів Гідрогену в молекулах.

1. За рисунком 4.8 порівняйте значення електронегативності Гідрогену, Нітрогену, Сульфуру та Хлору, а за рисунком 5.4 - радіуси їхніх атомів. Проаналізувавши просторову будову молекул амоніаку, гідроген сульфіду та гідроген хлориду (рис. 20.1), зробіть висновок, чи полярні молекули цих речовин. Поясніть чому. За потреби скористайтеся інформацією, наведеною в параграфі 6. У молекулі якої із цих речовин зв’язки найменш полярні?

Рис. 20.1. Моделі молекул амоніаку (1), гідроген сульфіду (2) та гідроген хлориду (3)

2. Проаналізуйте графіки залежності температур кипіння летких сполук хімічних елементів з Гідрогеном, зображені на рисунку 6.4. Використавши результати виконання попереднього завдання, висловте припущення, між молекулами якої з речовин - амоніаку, гідроген сульфіду чи гідроген хлориду - є водневі зв’язки. Обґрунтуйте свою думку. Визначте за цими графіками, у якому агрегатному стані перебувають амоніак, гідроген сульфід, гідроген хлорид за звичайних умов.

За 0 °С та тиску 105 Па розчинність у воді амоніаку становить 899 г/л, гідроген хлориду - 823 г/л, а розчинність гідроген сульфіду мізерно мала. Про що це може свідчити? Зокрема, про те, що полярність хімічних зв’язків у молекулах гідроген сульфіду недостатня для утворення водневих зв’язків між ними та молекулами води. Натомість дуже висока розчинність амоніаку та гідроген хлориду у воді свідчить про взаємодію між молекулами цих речовин з молекулами води.

Щоб переконатися в тому, що амоніак добре розчиняється у воді, виконаємо простий, але ефектний дослід. Суху пробірку із цим газом щільно закоркуємо гумовою пробкою, крізь яку проходить голка шприца. Наберемо в шприц воду, до якої попередньо добавимо кілька крапель спиртового розчину фенолфталеїну (рис. 20.2.А). Під’єднаємо шприц до голки та злегка посунемо поршень, щоб витиснути краплю розчину. Цього досить, аби частина амоніаку миттєво розчинилася і в пробірці виник вакуум. Тож далі поршень шприца рухатиметься самоходом (рис. 20.2.Б), утвориться фонтанчик рідини малинового кольору, яка швидко заповнить усю пробірку (рис. 20.2.В, Г).

Рис. 20.2. А. Спиртовий розчин фенолфталеїну (1). Шприц, наповнений водою з індикатором (2). Заповнена амоніаком пробірка, закоркована пробкою з голкою від шприца (3). Б. Досить краплини води, аби значна частина амоніаку розчинилася й у пробірці утворився вакуум. В. «Природа не терпить порожнечі», тож рідина всмоктується в пробірку, а поршень шприца рухається самоходом. Г. Яке середовище водного розчину амоніаку?

Зміна кольору фенолфталеїну свідчить, що розчинення амоніаку супроводжується появою в розчині гідроксид-іонів. Звідки вони там виникли, ви дізналися, опрацювавши параграф 4.

Такий самий дослід можна провести й з гідроген хлоридом, використавши не фенолфталеїн (поясніть чому), а розчин універсального індикатора. Зміна його кольору (на який саме?) свідчитиме про появу катіонів Гідрогену в розчині гідроген хлориду. Адже внаслідок взаємодії молекул гідроген хлориду з молекулами води відбувається його електролітична дисоціація. Хлоридна кислота - водний розчин гідроген хлориду - є сильною кислотою. Натомість гідроген сульфід дисоціює в незначному ступені, сульфідна кислота є слабкою.

Складіть рівняння: а) реакції амоніаку з водою; б) електролітичної дисоціації гідроген хлориду; в) першої стадії електролітичної дисоціації гідроген сульфіду; г) реакції амоніаку з гідроген хлоридом; д) реакції амоніаку з гідроген хлоридом у водному розчині в повній та скороченій йонних формах; е) реакцій хлоридної кислоти з магнієм, купрум(ІІ) оксидом, калій гідроксидом, цинк гідроксидом, натрій карбонатом, аргентум(І) нітратом; є) сульфідної кислоти з натрій гідроксидом (з утворенням кислої та середньої солей) та плюмбум(ІІ) нітратом.

Цікаво і пізнавально

Сірководень - безбарвний, дуже отруйний горючий газ з характерним неприємним запахом тухлих яєць. Запах відчувається за дуже низького вмісту (0,00047 частинок на мільйон) та пригнічує нюх. Цей газ утворюється в результаті вулканічної активності, є складником природного газу й деяких вод. Людське тіло виробляє невелику кількість його як сигнальної молекули.

Застосування гідроген хлориду, гідроген сульфіду, амоніаку зумовлено їхніми фізичними та хімічними властивостями. У повсякденному житті трапляється чимало хімічних реакцій за участі хлоридної кислоти. Вона - складник шлункового соку, який сприяє денатурації та набряканню білків, подальшому перетравлюванню їжі. Аби нейтралізувати надмірну кислотність шлункового соку, використовують різноманітні антацидні препарати, які здебільшого містять карбонати Кальцію, Магнію, гідроксиди Магнію та Алюмінію.

Для очищення від шару оксидів поверхню металів обробляють хлоридною кислотою. Реакцію між хлоридною кислотою та карбонатами Кальцію та Магнію геологи використовують для експрес-виявлення карбонат-іонів у складі мінералів. Сантехніки застосовують хлоридну кислоту для видалення накипу - карбонатів Кальцію та Магнію під час промивання системи парового опалення.

Гідроген хлорид використовують в органічному синтезі для добування хлорорганічних сполук, а хлоридну кислоту - у хімічних лабораторіях та промисловості, зокрема для добування хлоридів. Потрібно зважати на те, що перевищення гранично припустимого вмісту гідроген хлориду в повітрі спричиняє катари верхніх дихальних шляхів, руйнування зубів, виразки на слизовій носової порожнини. Дія хлороводню на слизові оболонки та шкіру призводить до важких хімічних опіків і порушень дихання. Викиди гідроген хлориду шкодять живій природі, сприяють руйнуванню металевих конструкцій, архітектурних споруд і пам’ятників.

Рис. 20.3. Водний розчин амоніаку має бути в кожній аптечці!

Усім відомий нашатирний спирт - водний розчин амоніаку (рис. 20.3) - з давніх-давен використовували як слабкий луг під час обробляння та фарбування вовни. Сучасні виробництва нейлону й капрону, очищення й фарбування бавовни, вовни та шовку також потребують значних обсягів амоніаку. Рідкий амоніак застосовують як добриво (рис. 20.4).

Рис. 20.4. Внесення в ґрунт рідкого амоніаку

Здатність амоніаку реагувати з кислотами використовують для виробництва нітрогеновмісних добрив - амоній нітрату, амоній сульфату, сечовини (карбаміду) тощо. У нафтохімічній промисловості амоніаком нейтралізують кислі відходи виробництва.

Під час випаровування рідкого амоніаку поглинається багато теплової енергії, потрібної для руйнування водневих зв’язків між його молекулами, тому амоніак сильно охолоджується. Тож його використовують як холодоагент у холодильних установках.

У медицині водний розчин амоніаку - засіб для надання першої допомоги в разі запаморочення. Адже в малих дозах пара амоніаку стимулює дихальний центр. Важливо пам’ятати, що підвищений уміст амоніаку в повітрі призводить до хронічних отруєнь організму. Поміж наслідків впливу великих доз амоніаку - сильне подразнення слизових оболонок, хімічні опіки, рефлекторне зупинення дихання тощо. Каталітичне окиснення амоніаку використовують у промисловому виробництві нітратної кислоти.

Гідроген сульфід - дуже токсична сполука, що обмежує його застосування. В аналітичній хімії його та сульфідну кислоту використовують для осадження важких металів, сульфіди яких малорозчинні. У медицині - у складі природних і штучних сірководневих ванн, а також деяких мінеральних вод (рис. 20.5). Також його застосовують для добування сульфатної кислоти, сірки, сульфідів.

Рис. 20.5. Головним лікувальним чинником курорту «Синяк» (Закарпаття) є Синяцька сірководнева вода, синюватий відтінок якої й зумовив назву санаторію

https://www.youtube.com/watch?v=X1BktOPsc7g

https://www.youtube.com/watch?v=ttF0atEChG8

ПРО ГОЛОВНЕ

• Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном - молекулярні речовини з ковалентними полярними зв’язками.

• У найпростіших бінарних сполуках кількість атомів Гідрогену навколо атома неметалічного елемента дорівнює різниці між числом 8 і номером групи періодичної системи.

• Амоніак і гідроген хлорид добре розчиняються у воді, а гідрогенсульфід - малорозчинна кислота.

• У водному розчині амоніаку лужне середовище, водний розчин гідроген сульфіду - слабка сульфідна кислота, водний розчин гідроген хлориду - сильна хлоридна кислота.

• Бінарні сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном мають неабияке практичне значення.

Перевірте себе

  • 1. Перетворіть розповідні речення рубрики ПРО ГОЛОВНЕ на питальні. Чи можете ви відповісти на ці запитання без допомоги підручника?

Застосуйте свої знання й уміння

  • 2. Поясніть, чому: а) амоніак збирають витісненням повітря в суху пробірку, розташовану отвором вниз, а гідроген хлорид - у суху пробірку, розташовану отвором догори; б) одним із заходів долікарської допомоги ураженому парою амоніаку є інгаляція слабким розчином лимонної або оцтової кислоти; в) коли людину вкусила мурашка, слід прикласти до місця укусу ватку, змочену водою, до якої добавлено трохи нашатирного спирту.
  • 3. Для нейтралізації витоків гідроген хлориду рятувальники використовують водні розчини натрій гідроксиду, натрій карбонату, кальцій гідроксиду з масовою часткою розчиненої речовини 5 %. Який з розчинів (за однакової маси їх) нейтралізує найбільше гідроген хлориду? Відповідь обґрунтуйте.
  • 4. Для нейтралізації витоків амоніаку використовують водний розчин з масовою часткою хлоридної кислоти 10 %. Який об’єм (м3) амоніаку (н. у.) можна нейтралізувати таким розчином масою 100 кг?
  • 5. Висловте припущення, чому: а) унаслідок пропускання сірководню крізь кров вона набуває брудного чорно-зеленого кольору; б) у разі отруєння гідроген сульфідом рекомендовано промивати носоглотку водним розчином харчової соди (натрій гідрогенкарбонату); в) здатність сірководню пригнічувати нюх робить цю речовину особливо небезпечною?
  • 6. Спрогнозуйте характер середовища у водних розчинах: а) амоній хлориду; б) амоній сульфіду; в) калій хлориду; г) натрій сульфіду. Підтвердьте свої міркування рівняннями гідролізу солей.

Творча майстерня

  • 7. На прикладах бінарних сполук неметалічних елементів з Гідрогеном поясніть, як розрахувати суму збору за забруднення навколишнього середовища. 8. Уявіть, що вам доручено написати до шкільної газети інформаційну замітку про практичне значення бінарних сполук неметалічних елементів з Гідрогеном. Випробуйте себе в ролі журналіста чи журналістки й зробіть це.