Некоторое вещество при обычных условиях является газом. Газ (состояние вещества). Классификация по природе веществ

Неметаллами называют химические элементы, которые образуют в свободном виде простые вещества, они не обладают физическими свойствами металлов. Из 109 химических элементов 87 можно отнести к металлам, 22 являются неметаллами .

При обычных условиях неметаллы могут находится в газообразном, жидком , а также твердом состоянии .

Газами являются гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn. Это все инертные газы . Каждая молекула инертного газа состоит из одного атома. На внешнем электронном уровне у атомов инертных газов (кроме гелия) расположены восемь электронов. У гелия лишь два. Из-за своей химической устойчивости инертные газы можно сравнивать с благородными драгоценными металлами – золотом и платиной, у них также есть и другое название – благородные газы. Подобное название лучше подходит к инертным газам, так как они могут вступать в химические реакции и образовывать химические соединения. В 1962 году стало известно, что ксенон и фтор могут образовывать соединения. С того времени, известно более 150 химических соединений ксенона, криптона, радона с фтором, кислородом, хлором и азотом.

Представление о химической исключительности благородных или инертных газов, оказалось не совсем верным, поэтому вместо ожидаемой нулевой группы инертные газы были отнесены к восьмой группе Периодической системы.

Такие газы как водород, кислород, азот, хлор и фтор образуют двухатомные молекулы, уже знакомые нам H 2 , O 2 , N 2 , CL 2 , F 2 .

Выразить состав вещества можно при помощи химических и математических знаков – химической формулой. Как мы уже знаем, по химической формуле можно вычислить относительную молекулярную массу вещества (Mr). Относительная молекулярная масса простого вещества равна произведению относительной атомной массы на число атомов в молекуле, к примеру, кислорода: O 2

Mr (O 2) = Ar (O) · 2 = 16 · 2 = 32

Тем не менее, кислород может образовывать еще одно газообразное простейшее вещество – озон, в состав молекулы озона входят уже три атома кислорода. Химическая формула O 3 .

Способность атомов одного химического элемента создавать несколько простых веществ называется аллотропией , а эти простые вещества – аллотропными изменениями , их также называют модификациями .

Свойства аллотропных модификаций химического элемента кислорода: простых веществ O 2 и озона O 3 существенно различаются.

Кислород не обладает характерным запахом в отличие от озона (отсюда пришло и название озона – в переводе с греческого языка озон обозначает «пахнущий»). Подобный аромат, можно ощутить во время грозы, газ образуется в воздухе за счет электрических разрядов.

Кислород не обладает цветом в отличие от озона, который можно отличить по бледно-фиолетовому оттенку. Озон обладает бактерицидными свойствами. Он также используется для обеззараживания питьевой воды. Озон может препятствовать прохождению ультрафиолетовых лучей солнечного спектра, они губительны для всех живых организмов на Земле. Озоновый экран (слой), который находится на высоте 20-35 км, защищает все живое от губительных солнечных лучей.

Из 22 простых веществ-неметаллов при обычных условиях в жидкообразном состоянии существует только бром, его молекулы двухатомны. Формула Брома: Br 2 .

Бром представляет из себя тяжелую бурую, с неприятным запахом жидкость (бромос с древнегреческого языка переводится как «зловонный»).

Такие твердые вещества-неметаллы как сера и углерод известны еще с древних времен (древесный уголь).

Твердые вещества-неметаллы также склонны к явлению аллотропии. Углерод может образовывать такие простые вещества, как алмаз, графит и т.п. Различие в строение алмаза и графита заключается в строении кристаллических решеток.

Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
Чтобы получить помощь репетитора – .
Первый урок – бесплатно!

blog.сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Неметаллы - это химические элементы, которые образуют в свободном виде простые вещества, не обладающие физическими свойствами металлов . Из 114 химических элементов 92 относятся к металлам, 22 являются неметаллами. Неметаллы - простые вещества, при обычных условиях могут быть газами, жидкостями и твёрдыми веществами (рис. 46).

Рис. 46.
Простые вещества - неметаллы

Лабораторный опыт № 6
Ознакомление с коллекцией неметаллов

Ознакомьтесь с коллекцией неметаллов. Запишите химические формулы выданных вам неметаллов, расположите их в порядке возрастания:

1. плотности;
2. твёрдости;
3. блеска;
4. интенсивности изменения цвета.

Для выполнения задания используйте приложения 1 и 2, дополнительные источники информации.

Газами являются гелий Не, неон Ne, аргон Аr, криптон Кr, ксенон Хе, радон Rn. Их называют инертными газами. Молекулы инертного газа состоят из одного атома. На внешнем электронном слое у атомов инертных газов (за исключением гелия) восемь электронов. У гелия - два. Своей химической устойчивостью инертные газы напоминают благородные металлы - золото и платину, и у них есть второе название - благородные газы. Это название более подходит к инертным газам, которые всё-таки вступают иногда в химические реакции и образуют соединения. В 1962 г. появилось сообщение о том, что получено соединение ксенона с фтором. Сейчас известно уже более 150 соединений ксенона, криптона, радона с фтором, кислородом, хлором и азотом.

Представление о химической исключительности благородных газов оказалось не очень состоятельным, и потому вместо предполагаемой нулевой группы инертные газы были помещены в VIII группу (VIIIA группу) таблицы Д. И. Менделеева.

Гелием, по легкости уступающим только водороду, но, в отличие от последнего, негорючим, т. е. не представляющим пожарной опасности, заполняют аэростаты и дирижабли (рис. 47).

Рис. 47.
Воздушные шары и дирижабли заполняют гелием

Неон используют для изготовления световой рекламы (рис. 48). Вспомните образное выражение «улицы города были залиты неоном».

Газы водород, кислород, азот, хлор, фтор образуют двухатомные молекулы, соответственно - Н 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , F 2 .

Состав вещества изображают на письме, используя химические знаки и цифры - индексы, с помощью химической формулы. По химической формуле, как вы уже знаете, вычисляют относительную молекулярную массу вещества (Мr). Относительная молекулярная масса простого вещества равна произведению относительной атомной массы на число атомов в молекуле, например кислорода O 2:

Мr(02) = Аr(0) × 2 = 16 × 2 = 32.

Однако элемент кислород образует ещё одно газообразное простое вещество - озон, в состав молекул которого входят уже три атома кислорода. Химическая формула озона 0 3 , а его относительная молекулярная масса: Мr(03) = 16 × 3 = 48.

Свойства аллотропных модификаций химического элемента кислорода - простых веществ кислорода O 2 и озона O 3 - различны. Кислород не имеет запаха, а озон пахнет (отсюда и его название - в переводе с греческого озон означает «пахнущий»). Этот запах, аромат свежести, можно почувствовать во время грозы, так как озон образуется в малых количествах в воздухе в результате электрических разрядов.

Кислород - газ без цвета, а озон имеет бледно-фиолетовый цвет. Озон более бактерициден (лат. цидао - убивать), чем кислород. Поэтому озон применяют для обеззараживания питьевой воды. Озон способен удерживать ультрафиолетовые лучи солнечного спектра, губительные для всего живого на Земле, и потому озоновый слой, располагающийся в атмосфере на высоте 20-35 км, защищает жизнь на нашей планете (на рисунке 49 вы видите фотографию, сделанную из космоса с помощью искусственного спутника Земли, где области пониженного содержания озона в атмосфере («озоновые дыры») обозначены белым цветом).

Рис. 49.
«Озоновые дыры» в атмосфере Земли

Из простых веществ - неметаллов при обычных условиях жидкостью является только бром, молекулы которого двухатомны. Формула брома Вr 2 . Это тяжёлая бурая, с неприятным запахом жидкость (отсюда и название, так как бромос с древнегреческого переводится как «зловонный»).

Некоторые твёрдые вещества - неметаллы известны с древнейших времён - это сера и углерод (в форме древесного угля, алмаза и графита).

У твёрдых веществ - неметаллов также наблюдается явление аллотропии. Так, элемент углерод образует такие различные по внешнему виду простые вещества, как алмаз, графит (рис. 50). Причина отличия свойств алмаза и графита состоит в строении кристаллических решёток этих веществ, которые вы рассмотрите несколько позднее.

Рис. 50.
Аллотропные видоизменения углерода и области их применения

Элемент фосфор имеет две аллотропные модификации: фосфор красный (им покрывают боковую сторону спичечного коробка) и фосфор белый. Последний имеет четырёхатомную молекулу, состав его отражается формулой Р 4 .

Твёрдым веществом - неметаллом является кристаллический иод с двухатомной молекулой I 2 . Не путайте его со спиртовым раствором иода - йодной настойкой, которая имеется в каждой домашней аптечке.

Кристаллический иод и графит не похожи на остальные простые вещества - неметаллы, они имеют металлический блеск.

Чтобы показать относительность деления простых веществ на основании их физических свойств на металлы и неметаллы, рассмотрим аллотропию химического элемента олова Sn. При комнатной температуре обычно существует бета-олово (β-Sn). Это всем известное белое олово - металл, из которого раньше отливали оловянных солдатиков (рис. 51, а) (вспомните сказку X. К. Андерсена «Стойкий оловянный солдатик»). Оловом покрывают изнутри консервные банки (рис. 51, б). Оно входит в состав такого известного сплава, как бронза, а также припоя (рис. 51, в).

Рис. 51.
Области применения олова:
а - игрушки; б - производство консервных банок; в - припой

При температуре ниже +13,2 °С более устойчиво альфа-олово (α-Sn) - серый мелкокристаллический порошок, имеющий скорее свойства неметалла. Процесс превращения белого олова в серое быстрее всего идёт при температуре, равной -33 °С. Это превращение получило образное название «оловянная чума».

Сравним теперь простые вещества - металлы и неметаллы с помощью таблицы 3.

Таблица 3
Простые вещества

Ключевые слова и словосочетания

1. Благородные газы.
2. Аллотропия и аллотропные видоизменения, или модификации.
3. Кислород и озон.
4. Алмаз и графит.
5. Фосфор красный и белый.
6. Белое и серое олово.
7. Относительность деления простых веществ на металлы и неметаллы.

Работа с компьютером

1. Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
2. Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока - сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

Вопросы и задания

1. Рассмотрите этимологию названий отдельных благородных газов.
2. Почему химически неверно поэтическое выражение «В воздухе пахло грозой»?
3. Запишите схемы образования молекул: Na 2 , Br 2 , O 2 , N 2 . Каков тип химической связи в этих молекулах?
4. Какой тип химической связи должен быть в металлическом водороде?
5. Экспедиция полярного исследователя Р. Скотта к Южному полюсу в 1912 г. погибла из-за того, что потеряла весь запас горючего: оно находилось в запаянных оловом баках. Какой химический процесс лежал в основе этого?

АЗ. В ряду галогенов Р - С1 - Вг -1 слева направо элект­ роотрицательность:

а) увеличивается б) уменьшается в) не изменяется

г) сначала увеличивается, затем уменьшается

А4. В ряду элементов С - N - О - Р электроотрицатель­ ность:

а) наибольшая для фтора б) наименьшая для фтора

в) не меняется г) изменяется периодически

А5. Электроотрицательность в ряду элементов с элект­ ронными конфигурациями...2 s 1 - ...2 s 2 2р s 2 2р4- ...2 s 2 2р5: а) растет б) уменьшается в) не изменяется г) сначала увеличивается, затем уменьшается

А6. Электроотрицательность элементов возрастает сле­ ва направо в ряду:

а) Н, С, N, О б)С, Li, Ве, В в)Р, Si, А1,Мg г)F, С1,Вг, I

А7. Электроотрицательность элементов сначала растет, а затем уменьшается в ряду:

а) О, F, С б) Н, Nа, N в)С1,Вг, I г)Nа, Са, А1

А8. Ионная связь образуется:

а) между элементами с одинаковой электроотрицательностью за счет образования общих электронных пар

б) если электроотрицательность элементов резко-разли­чается

в) если электроотрицательность элементов различается незначительно

г) электроотрицательность не имеет значения

А9. Химическая связь в молекуле хлороводорода:

а) ионная б) металлическая в) ковалентная неполярная

г) ковалентная полярная

А10. Химическая связь какого типа возникает между ще­лочными металлами и галогенами:

а) металлическая б) ионная в) ковалентная полярная г) ковалентная

АИ. Укажите ковалентную полярную связь:

а)Н-Н б) С1-С1 в) N а-С1 г) С-С1

А12. Укажите символ элемента, атом которого может об­разовать ионную и металлическую связи:

а) К б) О в)С1 г) Si

А13. Химическая связь образована двумя общими элект­ронными парами в молекуле:

а)Н2 б)02 в) N 2 г)С12

А14. Химическая связь в молекуле азота:

а)тройная б)двойная в)простая г)полуторная

А15. Ионная и ковалентная полярная химические связи имеются в веществе:

а) SiO 2 б) КОН в) N аС1 г)С12

А16. Наиболее прочная химическая связь в соединении: а)02 б)Н2 в) N 2 г)НВг

А17. В каком случае общие электронные пары в химичес­кой связи смещены к кислороду:

а) СО б)О F 2 в)02 г)03

А18. Определите, в каком ряду во всех веществах все свя­зи ковалентные полярные:

а)02,К1, N 2 б)НС1,СН4, N Н3 в) Н2О, КОН, РН3 г) А1, N аС1, СаСО3

А19. Укажите, электронные орбитали какого типа пере­крываются при образовании молекулы хлороводо-рода: а) 8 ир б)рир в) 8 И 8 Г) 8 И д

А20. Определите, в какой - молекуле все связи о-типа:

а)К2 б)Н2О в) С2Н4 г)С6Н6

А21. Укажите молекулу с двумя я-связями:

а) С2Н5ОН б) С2Н2 в)СН4 г)С2Н4

А22. Между атомами элементов с порядковыми номерами 11 и 17 образуется химическая связь: а) металлическая б) ионная в) ковалентная неполярная

г) ковалентная полярная

А23. Молекула оксида углерода (IV ) содержит связи:

а) 1о> и 1л б) 2с и 2к в) 1а и 2п г) 2а и 1л

А24. Укажите соединение, в котором ковалентная связь между атомами образуется по донорно-акцепторному механизму:

а)КС1 б)Ш4С1 в) СН3С1 г)М8С12

А25. Определите, между молекулами какого вещества возможно образование водородных связей:

а) СН3ОН б) СН2О в) С2Н4 г)Н2

А26. Кристаллическую решетку атомного типа имеет:

а) ромбическая сера б) белый фосфор в) кислород г) кремнезем

А27. Молекулярную решетку имеют вещества с химичес­кой связью:

а) ковалентной полярной б) ионной в) металлической

г) с любым типом связи

А28. Тип кристаллической решетки вещества, образован­ ного металлом и галогеном:

а) атомная б) молекулярная в) ионная г) атомно-ионная (металлическая)

А29. Железо имеет кристаллическую решетку:

а) металлическую б) молекулярную в) ионную г) атомную

АЗО. Самую высокую температуру кипения имеет:

а) медь б) белый фосфор в) карбонат кальция г)хлороводород

А31. Тип кристаллической решетки вещества, которое хо­ рошо проводит электрический ток, пластично, не прозрачно:

а) атомная б) металлическая в)ионная г) молекулярная

А32. Наибольшую температуру плавления имеет вещест­ во, формула которого:

а) РЬ б)СН4 в) 5Ю2 г)КР

АЗЗ. Укажите ряд, в котором слева направо возрастает температура плавления веществ:

а)НС1-Н2О-МаС1 б) Н2О - Ре - К2 в)КР-А1-Вг2 г)Н2-Ш-СН4

А34. Определите, у какого вещества при обычных усло­виях структурными единицами являются ионы:

а) вода б) кислород в) железо г) поваренная соль

А35. Укажите ряд, в котором прочность ионной связи уве­личивается слева направо:

б)МаС1-СаС12-А1С13 в) СаСО3 - КС1 - СаС12 г)1ЛС1-КаС1-КС1

81. Какая химическая связь существует между атомами в соединении 1ЧН3? (Название типа связи запишите в именительном падеже .)

82. К атомам какого элемента смещены общие электронные пары в соединении ОР2? (В ответе укажите название элемента в именительном падеже.)

83. За счет электронов какого энергетического уровня осуществляется связь в соединении N2? (Укажите номер уровня арабской цифрой.)

84. Укажите число а-связей, существующих в молекуле толуола. (Ответ запишите арабской цифрой).

85. Запишите формулу вещества, в молекулах которого наиболее полярные химические связи: хлор, хлорид калия, хлороводород.

86. Какие орбитали участвуют в образовании химичес­кой связи в молекуле фтороводорода? (В ответе запи­шите буквенные обозначения орбиталей в порядке появления их на энергетическом уровне и без про­белов.)

87. Атомы каких элементов второго периода могут обра­зовать водородную связь? (В ответе запишите химич«ские знаки элементов в порядке возрастания их атомных номеров без пробелов.)

88. Некоторое вещество при обычных условиях являет­ся газом, который образует двухатомные молекулы. Переход этого вещества в твердое состояние про­исходит при температуре ниже -210 °С. Какой тип кристаллической решетки образует это вещество в
твердом состоянии? (Название типа решетки запи­шите в именительном падеже.)

89. Кристаллическая решетка какого типа имеется у вещества, если оно хорошо растворимо в воде, имеет высокую температуру плавления и кипения? (Название типа решетки запишите в именительном падеже.)

На сегодняшний день известно о существовании более чем 3 миллионов различных веществ. И цифра эта с каждым годом растет, так как химиками-синтетиками и другими учеными постоянно производятся опыты по получению новых соединений, обладающих какими-либо полезными свойствами.

Часть веществ - это природные обитатели, формирующиеся естественным путем. Другая половина - искусственные и синтетические. Однако и в первом и во втором случае значительную часть составляют газообразные вещества, примеры и характеристики которых мы и рассмотрим в данной статье.

Агрегатные состояния веществ

С XVII века принято было считать, что все известные соединения способны существовать в трех агрегатных состояниях: твердые, жидкие, газообразные вещества. Однако тщательные исследования последних десятилетий в области астрономии, физики, химии, космической биологии и прочих наук доказали, что есть еще одна форма. Это плазма.

Что она собой представляет? Это частично или полностью И оказывается, таких веществ во Вселенной подавляющее большинство. Так, именно в состоянии плазмы находятся:

• межзвездное вещество;
• космическая материя;
• высшие слои атмосферы;
• туманности;
• состав многих планет;
• звезды.

Поэтому сегодня говорят, что существуют твердые, жидкие, газообразные вещества и плазма. Кстати, каждый газ можно искусственно перевести в такое состояние, если подвергнуть его ионизации, то есть заставить превратиться в ионы.

Газообразные вещества: примеры

Примеров рассматриваемых веществ можно привести массу. Ведь газы известны еще с XVII века, когда ван Гельмонт, естествоиспытатель, впервые получил углекислый газ и стал исследовать его свойства. Кстати, название этой группе соединений также дал он, так как, по его мнению, газы - это нечто неупорядоченное, хаотичное, связанное с духами и чем-то невидимым, но ощутимым. Такое имя прижилось и в России.

Можно классифицировать все газообразные вещества, примеры тогда привести будет легче. Ведь охватить все многообразие сложно.

По составу различают:

• простые,
• сложные молекулы.

К первой группе относятся те, что состоят из одинаковых атомов в любом их количестве. Пример: кислород - О 2 , озон - О 3 , водород - Н 2 , хлор - CL 2 , фтор - F 2 , азот - N 2 и прочие.

• сероводород - H 2 S;
• хлороводород - HCL;
• метан - CH 4;
• сернистый газ - SO 2 ;
• бурый газ - NO 2 ;
• фреон - CF 2 CL 2 ;
• аммиак - NH 3 и прочие.

Классификация по природе веществ

Также можно классифицировать виды газообразных веществ по принадлежности к органическому и неорганическому миру. То есть по природе входящих в состав атомов. Органическими газами являются:

• первые пять представителей (метан, этан, пропан, бутан, пентан). Общая формула C n H 2n+2 ;
• этилен - С 2 Н 4 ;
• ацетилен или этин - С 2 Н 2 ;
• метиламин - CH 3 NH 2 и другие.

Еще одной классификацией, которой можно подвергнуть рассматриваемые соединения, является деление на основе входящих в состав частиц. Именно из атомов состоят не все газообразные вещества. Примеры структур, в которых присутствуют ионы, молекулы, фотоны, электроны, броуновские частицы, плазма, также относятся к соединениям в таком агрегатном состоянии.

Свойства газов

Характеристики веществ в рассматриваемом состоянии отличаются от таковых для твердых или жидких соединений. Все дело в том, что свойства газообразных веществ особенные. Частицы их легко и быстро подвижны, вещество в целом изотропное, то есть свойства не определяются направлением движения входящих в состав структур.

Можно обозначить самые главные физические свойства газообразных веществ, которые и будут отличать их от всех остальных форм существования материи.

1. Это такие соединения, которые нельзя увидеть и проконтролировать, ощутить обычными человеческими способами. Чтобы понять свойства и идентифицировать тот или иной газ, опираются на четыре описывающих их все параметра: давление, температура, количество вещества (моль), объем.
2. В отличие от жидкостей газы способны занимать все пространство без остатка, ограничиваясь лишь величиной сосуда или помещения.
3. Все газы между собой легко смешиваются, при этом у этих соединений нет поверхности раздела.
4. Существуют более легкие и тяжелые представители, поэтому под действием силы тяжести и времени, возможно увидеть их разделение.
5. Диффузия - одно из важнейших свойств этих соединений. Способность проникать в другие вещества и насыщать их изнутри, совершая при этом совершенно неупорядоченные движения внутри своей структуры.
6. Реальные газы электрический ток проводить не могут, однако если говорить о разреженных и ионизированный субстанциях, то проводимость резко возрастает.
7. Теплоемкость и теплопроводность газов невысока и колеблется у разных видов.
8. Вязкость возрастает с увеличением давления и температуры.
9. Существует два варианта межфазового перехода: испарение - жидкость превращается в пар, сублимация - твердое вещество, минуя жидкое, становится газообразным.

Отличительная особенность паров от истинных газов в том, что первые при определенных условиях способны перейти в жидкость или твердую фазу, а вторые нет. Также следует заметить способность рассматриваемых соединений сопротивляться деформациям и быть текучими.

Подобные свойства газообразных веществ позволяют широко применять их в самых различных областях науки и техники, промышленности и народном хозяйстве. К тому же конкретные характеристики являются для каждого представителя строго индивидуальными. Мы же рассмотрели лишь общие для всех реальных структур особенности.

Сжимаемость

При разных температурах, а также под влиянием давления газы способны сжиматься, увеличивая свою концентрацию и снижая занимаемый объем. При повышенных температурах они расширяются, при низких - сжимаются.

Под действием давления также происходят изменения. Плотность газообразных веществ увеличивается и, при достижении критической точки, которая для каждого представителя своя, может наступить переход в другое агрегатное состояние.

Основные ученые, внесшие вклад в развитие учения о газах

Таких людей можно назвать множество, ведь изучение газов - процесс трудоемкий и исторически долгий. Остановимся на самых известных личностях, сумевших сделать наиболее значимые открытия.

1. в 1811 году сделал открытие. Неважно, какие газы, главное, что при одинаковых условиях их в одном объеме их содержится равное количество по числу молекул. Существует рассчитанная величина, имеющая название по фамилии ученого. Она равна 6,03*10 23 молекул для 1 моль любого газа.
2. Ферми - создал учение об идеальном квантовом газе.
3. Гей-Люссак, Бойль-Мариотт - фамилии ученых, создавших основные кинетические уравнения для расчетов.
4. Роберт Бойль.
5. Джон Дальтон.
6. Жак Шарль и многие другие ученые.

Строение газообразных веществ

Самая главная особенность в построении кристаллической решетки рассматриваемых веществ, это то, что в узлах ее либо атомы, либо молекулы, которые соединяются друг с другом слабыми ковалентными связями. Также присутствуют силы ван-дер-ваальсового взаимодействия, когда речь идет о ионах, электронах и других квантовых системах.

Поэтому основные типы строения решеток для газов, это:

• атомная;
• молекулярная.

Связи внутри легко рвутся, поэтому эти соединения не имеют постоянной формы, а заполняют весь пространственный объем. Это же объясняет отсутствие электропроводности и плохую теплопроводность. А вот теплоизоляция у газов хорошая, ведь, благодаря диффузии, они способны проникать в твердые тела и занимать свободные кластерные пространства внутри них. Воздух при этом не пропускается, тепло удерживается. На этом основано применение газов и твердых тел в совокупности в строительных целях.

Простые вещества среди газов

Какие по строению и структуре газы относятся к данной категории, мы уже оговаривали выше. Это те, что состоят из одинаковых атомов. Примеров можно привести много, ведь значительная часть неметаллов из всей периодической системы при обычных условиях существует именно в таком агрегатном состоянии. Например:

• фосфор белый - одна из данного элемента;
• азот;
• кислород;
• фтор;
• хлор;
• гелий;
• неон;
• аргон;
• криптон;
• ксенон.

Молекулы этих газов могут быть как одноатомными (благородные газы), так и многоатомными (озон - О 3). Тип связи - ковалентная неполярная, в большинстве случаев достаточно слабая, но не у всех. Кристаллическая решетка молекулярного типа, что позволяет этим веществам легко переходить из одного агрегатного состояния в другое. Так, например, йод при обычных условиях - темно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском. Однако при нагревании сублимируются в клубы ярко-фиолетового газа - I 2 .

К слову сказать, любое вещество, в том числе металлы, при определенных условиях могут существовать в газообразном состоянии.

Сложные соединения газообразной природы

Таких газов, конечно, большинство. Различные сочетания атомов в молекулах, объединенные ковалентными связями и ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, позволяют сформироваться сотням различных представителей рассматриваемого агрегатного состояния.

Примерами именно сложных веществ среди газов могут быть все соединения, состоящие из двух и более разных элементов. Сюда можно отнести:

• пропан;
• бутан;
• ацетилен;
• аммиак;
• силан;
• фосфин;
• метан;
• сероуглерод;
• сернистый газ;
• бурый газ;
• фреон;
• этилен и прочие.

Кристаллическая решетка молекулярного типа. Многие из представителей легко растворяются в воде, образуя соответствующие кислоты. Большая часть подобных соединений - важная часть химических синтезов, осуществляемых в промышленности.

Метан и его гомологи

Иногда общим понятием "газ" обозначают природное полезное ископаемое, которое представляет собой целую смесь газообразных продуктов преимущественно органической природы. Именно он содержит такие вещества, как:

• метан;
• этан;
• пропан;
• бутан;
• этилен;
• ацетилен;
• пентан и некоторые другие.

В промышленности они являются очень важными, ведь именно пропан-бутановая смесь - это бытовой газ, на котором люди готовят пищу, который используется в качестве источника энергии и тепла.

Многие из них используются для синтеза спиртов, альдегидов, кислот и прочих органических веществ. Ежегодное потребление природного газа исчисляется триллионами кубометров, и это вполне оправданно.

Кислород и углекислый газ

Какие вещества газообразные можно назвать самыми широко распространенными и известными даже первоклассникам? Ответ очевиден - кислород и углекислый газ. Ведь это они являются непосредственными участниками газообмена, происходящего у всех живых существ на планете.

Известно, что именно благодаря кислороду возможна жизнь, так как без него способны существовать только некоторые виды анаэробных бактерий. А углекислый газ - необходимый продукт "питания" для всех растений, которые поглощают его с целью осуществления процесса фотосинтеза.

С химической точки зрения и кислород, и углекислый газ - важные вещества для проведения синтезов соединений. Первый является сильным окислителем, второй чаще восстановитель.

Галогены

Это такая группа соединений, в которых атомы - это частицы газообразного вещества, соединенные попарно между собой за счет ковалентной неполярной связи. Однако не все галогены - газы. Бром - это жидкость при обычных условиях, а йод - легко возгоняющееся твердое вещество. Фтор и хлор - ядовитые опасные для здоровья живых существ вещества, которые являются сильнейшими окислителями и используются в синтезах очень широко.

Главная составляющая часть атмосферы Земли. Слово «Азот», предложенное французским химиком А.Лавуазье в конце 18 века, греческого происхождения. «Азот» означает «Безжизненный». Именно так считал Лавуазье, а также его современники. Элемент азот образует простое вещество, которое при обычных условиях является газом, без цвета, запаха и вкуса. Этот газ был выделен из воздуха в 1772 году Резерфордом и Шееле. Этот газ не поддерживал дыхания и горения, поэтому и был так назван. Однако дышать чистым кислородом постоянно человек не может. Даже больным дают чистый кислород только непродолжительное время. Называть его безжизненным не совсем правильно. Все растения подкармливают азотом, калием, фосфором, внося минеральные удобрения. Азот входит в состав важнейших органических соединений, в том числе таких важных, как белки и аминокислоты. Для человека чрезвычайно полезна относительная инертность этого газа. Будь он более склонен к химическим реакциям, атмосфера Земли не могла бы существовать в том виде, в каком она существует. Сильный окислитель кислород вступил бы с азотом в реакцию, и образовались бы ядовитые оксиды азота. Но если бы азот нельзя было связать ни при каких условиях, не было бы и жизни на Земле. На долю азота приходится около 3% от массы человеческого организма. Не связанный азот применяется широко. Это самый дешевый из газов, химически инертных в обычных условиях, поэтому в тех процессах металлургии и большой химии, где надо защищать активное соединение или расплавленный металл от взаимодействия с кислородом воздуха , создают чисто азотные защитные атмосферы. Под защитой азота хранят в лабораториях легко окисляющиеся вещества. В металлургии азотом насыщают поверхности некоторых металлов и сплавов, чтобы придать им большую твердость и износоустойчивость. Широко известно, например, азотирование стали и титановых сплавов.

Жидкий азот (температуры плавления и кипения азота: -210*С и -196*С) используют в холодильных установках.

Малая химическая активность азота объясняется, прежде всего, строением его молекулы. В молекуле между атомами азота тройная связь. Чтобы разрушить молекулу азота, необходимо затратить очень большую энергию – 954,6 кДж\моль. Без разрушения молекулы азот в химическую связь не вступит. При обычных условиях с ним способен вступить в реакцию только литий, образуя нитрид.

Атомарный азот намного активнее, но даже при 3000*С не наблюдается заметного разложения молекул азота на атомы.

Соединения азота имеют огромное значение для науки и для многих отраслей промышленности. Ради получения связанного азота человечество идет на огромные энергетические затраты. Основным способом связывания азота в промышленных условиях остается синтез аммиака. Сам аммиак используется ограниченно и обычно в виде водных растворов. Но аммиак, в отличие от атмосферного азота, довольно легко вступает в реакции присоединения и замещения . И окисляется он легче, чем азот. Поэтому аммиак и стал исходным продуктом для получения большинства азотсодержащих веществ. Известны пять оксидов азота. В промышленности широко применяется азотная кислота. Ее соли – нитраты, используются в качестве удобрений.

Азот образует еще одну кислоту – азотистую. Некоторые микроорганизмы могут связывать азот воздуха. Это почвенные азотфиксирующие бактерии.

Латинское название азота «нитрогениум» введено в 1790 году Ж.Шапталем, означает

«рождающий селитру».

В О Д О Р О Д № 1 Н 1

На долю водорода на Земле, включая воду и воздух, приходится около 1% по массе. Это распространенный и жизненно важный элемент. Он входит в состав всех растений и животных, а также в состав самого распространенного на Земле вещества – воды.

Водород – самый распространенный элемент Вселенной. Он стоит в начале длинного и сложного процесса синтеза элементов в звездах.

Солнечная энергия – основной источник жизни на Земле. А первооснова этой энергии – термоядерная реакция, происходящая на Солнце в несколько стадий . При этом выделяется огромное количество энергии. Человеку удалось воспроизвести на Земле не очень точное подобие главной солнечной реакции. В земных условиях мы можем заставить вступить в такую реакцию только тяжелые изотопы водорода – дейтерий и тритий. Обычный же водород – протий – с массой 1 здесь нам не подвластен.

В периодической системе элементов водород занимает особое место. Это элемент, с которого начинается периодическая система. Он обычно стоит в 1 группе над литием. Потому что у атома водорода один валентный электрон. Но в современных изданиях таблицы водород помещают в 7 группе над фтором, так как у водорода находят общее с галогенами. К тому же водород способен давать соединение с металлами – гидрид металла. Практически из них наиболее важно соединение лития с тяжелым водородом дейтерием. У изотопов водорода физические и химические свойства сильно различаются, поэтому их достаточно просто разделить. Элемент водород образует простое вещество, которое называется тоже водород. Это газ, бесцветный, без вкуса и запаха. Он самый легкий из газов, в 14,4 раза легче воздуха. Водород становится жидким при -252,6*С и твердым при -259,1*С. В обычных условиях химическая активность водорода невелика, он реагирует с фтором и хлором. Но при повышенной температуре водород взаимодействует с бромом, йодом, серой, селеном, теллуром, а в присутствии катализаторов – с азотом, образуя аммиак. Смесь 2 объемов водорода и 1 объема кислорода называют гремучим газом. Она при поджигании сильно взрывается. При горении водород образует воду. При высокой температуре водород способен «изъять» кислород из многих молекул, в том числе из большинства оксидов металлов. Водород – это великолепный восстановитель. Но так как этот восстановитель дорогой и работать с ним не просто, для восстановления металлов его применяют ограниченно. Водород широко используют в процессе гидрогенизации – превращения жидких жиров в твердые. Крупнейшими потребителями водорода остаются производства аммиака и метилового спирта. Все больший интерес в наши дни проявляют к водороду как к источнику тепловой энергии. Это связано с тем , что при сгорании чистого водорода выделяется больше тепла, чем при сжигании такого же количества любого горючего. К тому же при сжигании водорода не выделяется вредных примесей, загрязняющих атмосферу.

Б Е Р И Л Л И Й №4 Be 2 2

Бериллий был обнаружен в 1798 году знаменитым французским химиком Л.Вокленом в полудрагоценном камне берилле. Отсюда и название элемента. Впрочем, Воклен выделил только новую «землю» - оксид неизвестного металла. Относительно чистый бериллий был получен в виде порошка только через 30 лет независимо Ф.Велером в Германии и Э. Бюсси во Франции.

Долгое время многие химики считали, что бериллий – трехвалентный металл с атомной массой 13,8. Для такого металла не находилось места в периодической системе, и тогда, несмотря на очевидное сходство бериллия с алюминием, Д.И.Менделеев поместил этот элемент во вторую группу, изменив его атомную массу на 9. Вскоре шведские ученые Л.Нильсон и О.Петерсон нашли, что атомная масса бериллия 9,1, что соответствовало предположениям Д.И.Менделеева.

Бериллий – редкий элемент. Из соединений бериллия чаще всего встречается берилл

Be3Al2(SiO3)6. Бериллий входит в состав и других природных соединений. Среди них - драгоценные камни: изумруд, аквамарин, гелиодор, которые использовали для украшений еще в древности.

Чистый бериллий – светло-серый, легкий и хрупкий металл. Бериллий химически активен. Атом его легко отдает свои 2 электрона с внешней оболочки (степень окисления +2). На воздухе бериллий покрывается оксидной пленкой, ВеО, предохраняющей его от коррозии и очень тугоплавкой, а в воде – пленкой Ве(ОН)2, которая также защищает металл. Бериллий реагирует с серной, соляной и другими кислотами. С азотной реагирует только при нагревании. Легко соединяется с галогенами, серой, углеродом.

Во второй половине 20 века бериллий стал необходим во многих отраслях техники. Этот металл и его сплавы отличаются уникальным сочетанием различных свойств. Конструкционные материалы на основе бериллия обладают одновременно и легкостью и прочностью. А также они стойки к высоким температурам. Будучи в 1,5 раза легче алюминия, эти сплавы в то же время прочнее многих специальных сталей. Эти качества и сам бериллий и многие его сплавы не утрачивают при температуре 700 – 800 *С, поэтому они используются в космической и авиационной технике.

Бериллий необходим и в атомной технике: он стоек к радиации и выполняет роль отражателя нейтронов.

Недостатками бериллия следует считать его хрупкость и токсичность. Все соединения бериллия ядовиты. Известно специфическое заболевание – бериллиоз, при котором поражаются многие системы живого организма и даже скелет.
Л И Т И Й №3 Li 2 1

петалита LiAl(Si4O10). Этот минерал выглядит как самый обыкновенный камень, и поэтому металл назвали литием, от греческого «литос» - камень. В земной коре лития содержится три тысячных процента от общей массы. Известно около 30 минералов лития, 5 из них имеют промышленное значение.

Литий – самый легкий из металлов, почти вдвое легче воды. Он серебристо-белого цвета, с ярким металлическим блеском. Литий мягок, легко режется ножом. На воздухе он быстро тускнеет, соединяясь с кислородом воздуха. Литий значительно слабее, чем калий или натрий. Реагируя с водой, образует щелочь LiOH.При этом он не воспламеняется, как это происходит в реакции калия с водой . Зато с азотом, углеродом, водородом литий реагирует легче других щелочных металлов. Это один из немногих элементов, которые непосредственно соединяются с азотом.

Некоторые соли лития (карбонат, фторид), в отличие от аналогичных солей его соседей по группе, плохо растворяются в воде. Долгое время и литий, и его соединения почти не находили практического применения. Лишь в 20 веке их стали использовать в производстве аккумуляторов, в химической промышленности как катализаторы, в металлургии. Сплавы лития легки, прочны, пластичны. Но главная область применения лития сегодня – атомная техника.

Один из двух природных изотопов лития с массой 6 оказался самым доступным источником промышленного получения тяжелого изотопа водорода – трития, участвующего в термоядерной реакции. Другой изотоп лития с массой 7 используют в качестве теплоносителя для ядерных реакторов. Дефицит лития в организме человека приводит к психическим расстройствам. Избыток металла в организме вызывает общую заторможенность, нарушение дыхания и сердечного ритма, слабость, сонливость, потерю аппетита, жажду, расстройство зрения, а также дерматит лица и рук.

Б О Р №5 В 2 3

Название «бор» происходит от арабского «бурак» - «бура». Этот элемент впервые выделили из борной кислоты в 1808 году известные французские химики Ж.Гей-Люссак и Л.Тенар. Правда, в полученном ими веществе бора было не больше 70%. Бор 99% -ной чистоты впервые был получен американским химиком Э.Вейнтраубом лишь через 101 год.

В природе бор встречается в основном в виде буры NaB4O7 на 10Н2О,

Кернита Na2B4O7 на 4Н2О и сассолина (природной борной кислоты) Н3ВО3.

Очень чистый бор бесцветен, однако бесцветный бор видели немногие. Из-за примесей мелкокристаллический бор обычно бывает темно-серого, черного или бурого цвета.

При обычной температуре бор взаимодействует только с фтором, при нагревании – с другими галогенами, кислородом, серой, углеродом, азотом, фосфором, с металлами, а из кислот – с азотной и серной. В соединениях он проявляет степень окисления +3.

Известнейшее соединение бора – борная кислота – довольно широко используется в медицине как дезинфицирующее средство. Буру – соль борной кислоты – издавна применяют в производстве специальных сортов стекла. Но не из-за этого бор в наши дни стал элементом очень важным для промышленности.

Природный бор состоит всего из двух изотопов с массами 10 и 11. По химическим свойствам они, как любые изотопы одного элемента, практически неразличимы, но для ядерной физики эти изотопы – антиподы. Физиков, прежде всего, интересует такая характеристика легких изотопов, как способность их ядер захватывать (или, наоборот, не захватывать) нейтроны, образующиеся в ходе цепной ядерной реакции и необходимые для ее поддержания. Оказалось, что легкий изотоп бора с массой 10 принадлежит к числу самых агрессивных «захватчиков» тепловых нейтронов, а тяжелый изотоп бора с массой 11 индифферентен к ним. Каждый из этих изотопов может быть полезен при сооружении атомных реакторов в большей степени, чем природная смесь изотопов этого элемента.

Изотопы бора научились разделять в сложных физико-химических процессах и получать моноизотопные соединения и сплавы. Изотоп бора с массой 11 используют как легирующую добавку в материалах активной зоны реакторов, а из изотопов бора с массой 10 делают управляющие стержни, с помощью которых улавливают избыток нейтронов и таким образом регулируют ход ядерной цепной реакции.

Очень широко применение натрия и его соединений в промышленности. Жидкий натрий служит теплоносителем в атомных реакторах некоторых конструкций. Металлическим натрием восстанавливают из соединений такие ценные металлы, как цирконий, тантал, титан. Первый в мире промышленный способ получения каучука, разработанный Лебедевым С.В., предусматривал использование натриевого катализатора. Участвует натрий и в процессах органического синтеза.

Многие соединения натрия – важные продукты химической промышленности. Это едкий натр, или каустическая сода, или каустик – NaOH. Кальцинированная сода или карбонат натрия. Карбонат натрия образует десятиводный кристаллогидрат, известный под названием кристаллической соды. Широко используется карбонат калия, известный под названием поташ. Элемент назван натрием от арабского «натрун» - сода.