Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Ярошенко

Тема 4

НЕОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ І ЇХНІ ВЛАСТИВОСТІ

Вивчивши цю тему, ви збагатите свою компетентність з хімії знаннями про:

  • фізичні й хімічні властивості простих речовин неметалів і металів;
  • зумовленість властивостей неметалів і сполук неметалічних елементів, металів і сполук металічних елементів будовою атомів;
  • алотропні модифікації речовин неметалічних елементів;
  • адсорбцію й адсорбенти;
  • леткі сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном;
  • мінеральні добрива;
  • будівельні матеріали;
  • якісні реакції;
  • кислотні дощі;
  • властивості основних класів неорганічних сполук;
  • найпоширеніші гідроксиди — гідроксиди Натрію і Кальцію;
  • вплив нітратів і чадного газу на організм людини.

У процесі вивчення теми формуватимуться й удосконалюватимуться ваші предметні уміння:

  • називати речовини за сучасною українською номенклатурою;
  • планувати й виконувати експериментальні дослідження;
  • здійснювати розрахунки за хімічними формулами й рівняннями хімічних реакцій;
  • розв'язувати експериментальні задачі на визначення та розпізнавання речовин;
  • висловлювати судження про біологічну роль хімічних елементів та їхніх сполук

§ 15. Неметали: загальна характеристика, фізичні властивості, застосування. Адсорбція

НЕМЕТАЛІЧНІ ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ В ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ. Загалом відомо 22 неметалічних хімічних елементи. Усі вони у природі здатні існувати у вільному стані, тобто, у вигляді однієї або кількох простих речовин. Про це ви дізнаєтеся більше в наступному параграфі.

Попрацюйте групами

Завдання 1. Скористайтеся періодичною системою хімічних елементів (мал. 26) та ознайомтеся з назвами й символами всіх неметалічних елементів (виділені рожевим і жовтим кольором).

Мал. 26. Розміщення неметалічних елементів у періодичній системі хімічних елементів

Завдання 2. Користуючись малюнком 26, установіть:

  • Чи властиве неметалічним елементам розміщення на початку періодів? Який виняток існує?
  • Чи властиве неметалічним елементам розміщення в кінці періодів? Який виняток існує?
  • У головних чи побічних підгрупах розміщені неметалічні елементи в періодичній системі? До s-, р- чи d-елементів вони належать?

Завдання 3. Після проведеної пошукової діяльності сформулюйте загальний висновок про місце неметалічних елементів у періодичній системі.

НАЗВИ І ФОРМУЛИ НЕМЕТАЛІВ. Прості речовини, утворені атомами неметалічних елементів, мають загальну назву неметали. Про неметали — водень, кисень, азот, хлор, бром — ви дізнались в основній школі. За сучасною українською хімічною номенклатурою назви неметалів пишуть з малої літери й вони не завжди збігаються з назвами відповідних їм неметалічних елементів. Дізнайтеся про це більше, опрацювавши таблицю 5, і зверніть увагу, що не всі неметали мають одноатомні молекули.

Таблиця 5

Назви неметалів і неметалічних елементів за сучасною українською хімічною номенклатурою

хімічний елемент

Проста речовина

Хімічний елемент

Проста речовина

Символ

Назва

Назва

Молекулярна формула

Символ

Назва

Назва

Молекулярна формула

H

Гідроген

водень

Н2

Br

Бром

бром

Вr2

N

Нітроген

азот

N2

I

Йод

йод

І2

O

Оксиген

кисень

озон

O2

O3

C

Карбон

вуглець (графіт, алмаз,

карбін)

С

F

Флуор

фтор

F2

Si

Силіцій

силіцій

Si

Cl

Хлор

хлор

Cl2

S

Сульфур

сірка

S

ПОШИРЕННЯ НЕМЕТАЛІВ У ПРИРОДІ. Неметали більш поширені в природі, аніж метали, проте у вільному стані трапляються не всі. Неметали азот, кисень, інертні гази — це основні речовини у складі повітря. Поклади самородної сірки в Передкарпатті — одні з найбільших у світі. Промисловим родовищем графіту в Україні є Завалівське родовище, сировину якого використовує Маріупольський графітовий комбінат. У деяких регіонах України виявлені поклади порід, які можуть містити алмази (зокрема, у Житомирській області, на Волині), проте промислові родовища поки що не розвідані.

Значно більше неметалічних елементів існують у вигляді складних речовин, серед яких домінують оксиди та солі.

Пригадайте з географії основні родовища руд-оксидів і солей.

ЗАГАЛЬНІ ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ НЕМЕТАЛІВ. За нормальних умов неметали — водень Н2, фтор F2, хлор Cl2, кисень O2, озон О3, азот N2 і благородні гази (гелій He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn) — перебувають у газоподібному агрегатному стані, бром Вr2 — рідкому, решта неметалів — тверді речовини.

Неметали (мал. 27 на с. 28) відрізняються за кольором і запахом. Так, водень, кисень, азот — безбарвні гази без запаху; фтор — блідо-жовтий, а хлор — жовто-зелений (до того ж отруйні гази з різким специфічним запахом). Бром — темно-червона отруйна рідина, жовто-бурі пари якої мають різкий, подразливий запах. Фосфор червоний — тверда речовина червоного кольору без запаху, фосфор білий — тверда отруйна речовина білого кольору з характерним часниковим запахом. Серед неметалів твердими без запаху речовинами є сірка (жовтий колір) і йод (чорно-фіолетова речовина з металічним блиском).

Мал. 27. Зразки неметалів: а — хлор; б — червоний фосфор; в — бром; г — йод; д — кисень рідкий; е — азот рідкий

Оскільки неметали за нормальних умов можуть перебувати в різних агрегатних станах, то й температури їх плавлення та кипіння мають широкий діапазон. Газоподібні неметали (водень, кисень, азот) киплять за низьких температур (майже -200 °С). Тверда речовина йод при нагріванні сублімується — відразу переходить із твердого стану в газоподібний. (мал. 28). Для того щоб розплавити сірку, достатньо температури полум'я спиртівки чи сухого пального (мал. 29), тоді як одна з алотропних модифікацій Карбону — алмаз — має температуру плавлення понад 3000 °С.

Мал. 28. Сублімація йоду

Мал. 29. Плавлення сірки

Більшість неметалів не проводять електричний струм, тобто є діелектриками, але існують і винятки. Так, силіцій Si — напівпровідник, а графіт C — провідник електричного струму. Неметали, що за нормальних умов перебувають у твердому стані, погано проводять тепло, крихкі, розчинність у воді не є їхньою характерною загальною властивістю. Серед газоподібних неметалів немає жодного, який би добре розчинявся у воді. Проте багато з них добре розчинні в органічних розчинниках. Найкращу розчинність у воді мають галогени. Розчин брому у воді відомий вам під назвою «бромна вода».

Обчисліть густину за повітрям гелію та хлору. Яка кулька — наповнена за однакових умов гелієм чи хлором — стрімко підніматиметься вгору?

Пригадайте, що вам відомо про застосування кисню. Яка біологічна роль кисню?

Серед газоподібних неметалів чимало легших за повітря.

Неметали мають різноманітне застосування. Ознайомитися з ним допоможе малюнок 30 на с. 80.

АДСОРБЦІЯ. На малюнку 30 в описі застосування вуглецю подано новий для вас термін — адсорбція. Адсорбція — це здатність деяких речовин (адсорбентів), зокрема вуглецю, утримувати на своїй поверхні частинки газу або розчиненої речовини. До того ж адсорбент не змінюється, а лише утримує на своїй поверхні газ чи рідину за рахунок притягувальних сил між окремими частинками. Внаслідок цього концентрація утримуваної речовини в об'ємі, що межує з адсорбентом, зростає.

Адсорбція — вибіркове поглинання речовини з газового чи рідкого середовища поверхнею твердого тіла.

Регенерація адсорбента — відновлення властивостей адсорбента після проведеної адсорбції.

На адсорбційній здатності вуглецю базується його використання в медицині — це пігулки або капсули активованого вугілля. Їх застосовують внутрішньо в разі отруєння.

Ученим Національної академії наук України В. В. Стрелко, В. Г. Ніколаєву, М. Т. Картелю належить створення адсорбентів медичного призначення, зокрема вуглецевих гемосорбентів «КАРБОН». Їх використовують для очищення крові поза організмом у разі отруєнь і різних тяжких захворювань.

В Україні створено Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, учені якого працюють над створенням сорбційних матеріалів для медицини, захисту довкілля.

Переконайтеся в адсорбційній здатності вугілля, виконавши лабораторний дослід з рубрики «Хімія — це життя: сторінка природодослідника».

Мал. 30. Застосування неметалів

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Лабораторний дослід 2

Дослідження адсорбційної здатності активованого вугілля й аналогічних лікарських препаратів

Завдання 1. Виготовте розбавлений розчин чорнила чи йодної настоянки.

Завдання 2. У хімічний стакан помістіть 2-3 пігулки активованого вугілля (відпускається в аптеках без рецепту) і долийте до нього виготовлений розчин, перемішуючи скляною паличкою. Спостерігайте за вмістом стакана. Занотуйте результати спостереження.

Завдання 3. За можливості дослід повторіть з іншими лікарськими препаратами, що мають високу адсорбційну здатність, або подрібненим деревним вугіллям.

Завдання 4. За результатами спостережень зробіть висновок про адсорбційну здатність активованого вугілля й досліджених лікарських препаратів.

На початку ХХ ст. Микола Дмитрович Зелінський використав адсорбційну здатність вуглецю у винайденому ним вугільному протигазі для захисту органів дихання, обличчя й очей людини від дії шкідливих речовин, що потрапили в атмосферу. Завдяки цьому винаходу було врятовано життя сотень тисяч солдатів під час Першої світової війни.

Удосконалений протигаз (мал. 31) застосовується й нині.

Протигаз: 1 — коробка з адсорбентом; 2 — гумовий шолом

Біографічна довідка

Зелінський Микола Дмитрович (1861-1953) — видатний учений українського походження, академік. Наукові дослідження вченого стосуються вуглеводнів, амінокислот і білків, складу нафти й продуктів її переробки, каталізаторів для реакцій органічних сполук. Серед учнів М. Зелінського видатні вчені зі світовим ім'ям, які зробили внесок у різні галузі хімії.

Знаємо, розуміємо

  • 1. Де в періодичній системі розташовані неметалічні елементи? Назвіть найпоширеніші у природі неметалічні елементи.
  • 2. Схарактеризуйте фізичні властивості неметалів. Порівняйте фізичні властивості вуглецю й водню.
  • 3. Дайте визначення адсорбції.

Застосовуємо

  • 1. Запишіть формули неметалів, у яких назва неметалічного елемента збігається з назвою простої речовини.
  • 2. Розташуйте неметали — кисень, азот, фтор — у порядку зростання кількості спільних електронних пар у молекулах. Відповідь підтвердьте записом електронних формул молекул цих речовин.
  • 3. Де більше молекул: у порції йоду масою 25,4 г чи в порції хлору об’ємом 11,2 л (н. у.)?
  • 4. Який об’єм за нормальних умов займуть: а) кисень масою 6,4 г; б) азот кількістю речовини 3 моль?
  • 5. Які з газоподібних неметалів легші за повітря: кисень, водень, фтор, хлор, азот? Відповідь обґрунтуйте.
  • 6. Водень і аргон змішали в рівних об’ємах й утвореною сумішшю заповнили гумову кульку. Чи буде така кулька підніматися до стелі? Відповідь підтвердьте розрахунками.

Працюємо з медійними джерелами

Підготуйте й оприлюдніть на уроці повідомлення про застосування одного з неметалів.