KNOWLEDGE HYPERMARKET


Загальна характеристика неметалічних елементів. Поширення неметалічних елементів у природі. Застосування неметалів

Гіпермаркет Знань>>Хімія>>Хімія 10 клас>> Хімія: Загальна характеристика неметалічних елементів. Поширення неметалічних елементів у природі. Застосування неметалів


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА НЕМЕТАЛІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. НЕМЕТАЛИ ЯК ПРОСТІ РЕЧОВИНИ. ЯВИЩЕ АЛОТРОПІЇ, АЛОТРОПНІ ВИДОЗМІНИ ОКСИГЕНУ І КАРБОНУ. ЗНАЧЕННЯ ОЗОНОВОГО ШАРУ ДЛЯ ЖИТТЯ ОРГАНІЗМІВ НА ЗЕМЛІ. ПОШИРЕННЯ НЕМЕТАЛІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ У ПРИРОДІ, ЗАСТОСУВАННЯ НЕМЕТАЛІВ. ПОНЯТТЯ ПРО АДСОРБЦІЮ.


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ОКСИГЕНУ І СУЛЬФУРУ

Історичні відомості

Про історію відкриття кисню, молекули якого складаються з елемента Оксигену, ви довідалися ще у 8 класі. Тепер ознайомтеся з деякими історичними відомостями про сірку, що складається з елемента Сульфуру.

Сірка відома людині з давніх-давен. Легендарний давньогрецький поет Гомер, який жив між XII і VIII ст. до н. є. і вважається автором епічних поем «Іліада» і «Одіссея», зазначає, що сірка застосовувалась для куріння під час релігійних обрядів. Вона входила до складу славнозвісного в історії стародавнього світу грецького вогню. Секретом його виготовлення володіли грецькі царі протягом чотирьох віків. У 941 р. під стінами Царграду було знищено флот київського князя Ігоря. Літописець, розповідаючи про цю подію, зазначає, що греки пускали вогонь, ніби блискавку на небі, яка спалювала воїнів Ігоря, через що вони не змогли подолати греків. Про найдавніше знайомство людини з сіркою свідчить і походження її назви (від санскритського1 слова «сіра», що означає світло-жовтий).

Оксиген і Сульфур — елементи VI групи періодичної системи, входять до складу головної підгрупи.

• За положенням, яке займають Оксиген і Сульфур у періодичній системі, обґрунтуйте будову їхніх атомів і запишіть електронні формули.

Санскрит — стародавня мова Індії.

Електронна будова

Що ж видно з електронних формул Оксигену 1s22s24 і Сульфуру 1s22s263s24, які ви щойно записали?

Вони показують, що в атомах Оксигену і Сульфуру на зовнішньому електронному шарі міститься по 6 електронів (див. підкреслене в електронних формулах) — ns2np4. В атомах Оксигену ці 6 зовнішніх електронів розміщуються на орбіталях двох типів — s i p (одна s- і три р- орбіталі):

 8O   n = 2

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓


За рахунок двох неспарених р -електронів атом Оксигену, як правило, утворює два ковалентні зв'язки. При цьому він

                                                                                                  -2        -2         -2
проявляє ступінь окиснення -2, наприклад Н20, Fe203, H2S04.

У сполуках з найбільш електронегативним елементом — Флуором Оксиген виявляє позитивний ступінь окиснення, наприклад у фториді
                   +2-1
оксигену О F2.                                                                                                                                                            +1  -1                                     

Існують сполуки, що містять зв'язок Оксиген — Оксиген (О—О), на приклад пероксид гідрогену Н2 02 або пероксид барію

   +2-1

Ва O2. Ступінь окиснення Оксигену в таких сполуках дорівнює, як вважається, -1.

На відміну від Оксигену, який міститься у другому періоді періодичної системи і електрони в його атомах розміщені на двох електронних шарах (а електрони другого шару — на s- і р- орбіталях), Сульфур міститься у третьому періоді. Це означає, що електрони в атомах Сульфуру розміщені на трьох електронних шарах, а електрони третього шару можуть розміщуватись на s-, p- і d- орбіталях (якщо атом перебуває у збудженому стані).

Отже, на відміну від атома Оксигену атом Сульфуру (ізольований, хімічно не зв'язаний) на зовнішньому електронному шарі має вільні орбіталі, на які можуть переходити електрони під час збудження атома, коли із затратою деякої енергії відбувається розпаровування електронних пар для утворення хімічних зв'язків з іншими атомами.

Таким чином, в атомі Сульфуру електрони на зовнішньому електронному шарі можуть розмішуватися так:

збуджені стани атома
Атом Сульфуру, в якому є 2, 4 або 6 неспарених електронів, може виявляти у сполуках ступінь окиснення -2, +4, +6.
                          -2        +4       +6         +6            +6
Наприклад: H2S;  S02;  S03; H2S04; Na2S04.

Атом Сульфуру порівняно з атомом Оксигену має більший радіус (чому?) і виявляє меншу електронегативність.

Поясніть, як ви розумієте поняття «радіус атома». Від чого залежать розміри атомів?
Пригадайте, що таке електронегативність. Порівняйте елементи Оксиген і Сульфур за електронегативністю. Обґрунтуйте її відмінність.
ПОНЯТТЯ ПРО АЛОТРОПІЮ. ОЗОН

Хімічні елементи у вільному стані існують у формі простих речовин. Так, елемент Оксиген утворює дві прості речовини — кисень 02 та озон 03.

• Пригадайте, що являє собою кисень 02, які характерні властивості він має, для чого використовується і яку роль відіграє у природі.

Озон. Якщо на кисень подіяти електричним розрядом, то з'являється характерний запах свіжості — утворюється газуватий озон:

302 ⇔203;     ΔH = 283,6 кДж.

Кисень поглинає енергію і перетворюється на озон, а озон самовільно розкладається, утворюючи кисень.

Обидві прості речовини — кисень 02 і озон 03 — утворені одним і тим самим хімічним елементом — Оксигеном, а властивості у них різні (табл. 1).

Явище існування хімічного елемента у вигляді двох або кількох простих речовин, різних за властивостями і будовою, називається алотропією, а самі прості речовини — алотропними формами (модифікаціями).

Отже, кисень 02 і озон 03 — алотропні форми елемента Оксигену.

Порівняння властивостей кисню 02 й озону 03 засвідчує, що окисна активність озону вища, ніж кисню. Наприклад, вже за звичайних умов він окиснює багато які малоактивні прості речовини (срібло, ртуть тощо):

8Ag + 203 = 4Ag20 + 02

Таблиця 1. Властивості кисню й озону

Властивості простих речовин

Прості речовини

кисень

Прості речовини

озон

 Агрегатний стан за звичайних умов
 Газ  Газ   
 Колір
 Безбарвний
 Синій
 Запах  
 Без запаху 
 Різкий, своєрідний
 Розчинність (у 100 об'ємах Н20 при 200С)  3 об'єми  49 об'ємів
 Густина газу за н. у.
 1,43 г/л  
 2,14 г/л
 Температура кипіння  -193 °С
 -112 °С
 Температура плавлення
 -219 °С  -192 °С
 Фізіологічна дія
 Неотруйний
 Дуже отруйний
 Хімічні властивості
 Окисник
 Дуже сильний окисник
 Реакційна здатність
 Висока
 Дуже висока


Підвищена окисна здатність озону (порівняно з киснем) пояснюється низькою енергією відриву атома Оксигену від молекули озону 03, і в реакціях окиснення беруть участь саме ці атоми Оксигену.

Застосування озону зумовлене його винятковими окисними властивостями. Озон використовується для озонування питної води, що значно ефективніше, ніж хлорування; для знешкодження промислових стічних вод; вибілювання тканин, мінеральних масел; як дезінфікуючий засіб у медицині; як окисник ракетного палива.

Зверніть увагу на фізіологічну дію озону: він отруйний для людини, тварин і рослин. Невеликі концентрації озону в повітрі створюють відчуття свіжості, але вдихання повітря навіть із зовсім малою концентрацією озону викликає подразнення дихальних шляхів, кашель, блювоту, запаморочення, стомленість.

Проте озон може бути не лише шкідливим, а й корисним.

Роль озону в збереженні життя на Землі

Біля поверхні Землі озону мало. Його концентрація у повітрі коливається (вночі менша, вдень більша). Влітку і навесні його в повітрі у 3,5 раза більше, ніж узимку і восени. Над полярними частинами Землі вміст озону в повітрі вищий, ніж над екватором, в атмосфері міст — вищий, ніж у сільській місцевості. 3 віддаленням від поверхні Землі концентрація озону збільшується і досягає максимуму на висоті 20 — 25 км. Там утворюється так званий озоновий шар.

Озоновий шар відіграє значну роль у збереженні життя на нашій планеті. Він затримує найбільш згубну для людини, тварин і рослин частину ультрафіолетової радіації Сонця, яка спричинює онкологічні (ракові) захворювання шкіри. Окрім того, озоновий шар разом з вуглекислим газом С02 поглинає інфрачервоне випромінювання Землі і тим самим запобігає її охолодженню. Так озоновий шар забезпечує збереження життя на Землі.

Виникає запитання, звідки ж береться озон в атмосфері і як саме він захищає нас.

Озон утворюється у верхніх шарах атмосфери внаслідок поглинання киснем ультрафіолетового випромінювання Сонця:

02 + hv → О + О

О + 02 → 03

Крім того, поглинаючи променисту енергію Сонця (фотони), молекули кисню переходять у збуджений стан (помічено зірочкою) і під час дальшої взаємодії зі звичайним киснем також утворюють озон:

02 + hv → 0*2

02 + 02 → 03 + 0

О + 02 → 03

Озон, що утворився, огортає Землю з усіх боків. Але молекули озону існують недовго. Відбувається зворотна реакція фотохімічного розкладу озону, яка, власне, являє собою поглинання озоном фотонів:

03 + hv → 02 + О

Отже, в атмосфері існує цикл озону — збалансовані утворення і розклад його. Результатом існування цього циклу є перетворення ультрафіолетового випромінювання Сонця на теплову енергію. Але для нас головна «заслуга» озону полягає в тому, що він, «жертвуючи собою», поглинає ультрафіолетове випромінювання і тим самим не допускає високоенергетичні фотони Сонця до Землі.

Озоновий шар не є стабільним. Він може самовільно то збільшуватись, то зменшуватись над певною місцевістю по кілька разів на рік. Під впливом природних факторів (фото-хімічного розкладу, виверження вулканів, значного переміщення великих повітряних мас), а більшою мірою під впливом забруднення навколишнього середовища він зазнає руйнування, внаслідок чого утворюються так звані «озонові дірки», які збільшують ультрафіолетове навантаження на все живе на Землі.

Причиною техногенного руйнування озонового шару є забруднення атмосфери оксидами нітрогену, наявність яких у 20 разів збільшує токсичність озону. Так, масове викидання в атмосферу вихлопних газів реактивних літаків, що містять оксиди нітрогену, руйнує озоновий шар. Окрім того, використання хлоро- і флуоровмісних речовин (фреонів) у холодильних машинах також спричинює руйнування озонового шару. Адже фреони, якщо потрапляють в атмосферу, реагують лише з озоном, бо відносно інших речовин вони інертні. Внаслідок цього над місцевістю може утворитися «озонова дірка». 

Над Україною (окрім південної частини) загальний вміст озону за останні 20 років зменшився на 6 %, і утворилася і аномальна зона.  Вам про це слід пам'ятати!  Особливо небезпечна «озонова дірка» влітку. У цей період дуже потерпають очі, тому треба користуватися сонцезахисними окулярами. Варто утримуватися і від загару, щоб не зашкодити шкірі.

Як ви гадаєте, чому кисень і озон, що складаються з одного й того самого хімічного елемента, мають різні властивості, тобто у чому полягає суть алотропії?

Алотропія кисню й озону зумовлена різною кількістю атомів Оксигену в молекулах речовин — 02 і 03.

Проте буває й інша причина алотропії — різна структура кристалів. З таким типом алотропії ви ознайомитеся на прикладі сірки.

Сірка за звичайних умов — крихка кристалічна речовина жовтого кольору. Погано проводить теплоту і не проводить електричного струму. У воді не розчиняється, краще розчиняється в деяких розчинниках (у сірковуглеці CS2, бензині, ефірі та ін.).

І в розчинах, і в кристалах сірка складається з циклічних молекул S8, які за формою нагадують корону. Але в кристалах ці молекули можуть бути упаковані по-різному.

Якщо молекули розташовані щільно, утворюється алотропна форма ромбічна сірка. Менш щільне упакування молекул спричинює виникнення іншої алотропної форми — моноклінної сірки.

Різна будова кристалів ромбічної і моноклінної сірки зумовлює різні їхні фізичні властивості. Деякі з них наводяться у таблиці 2.

Якщо сірку розплавити  і швидко охолодити, утворюється ще одна алотропна форма: пластична сірка — коричнева гумоподібна маса. Їй можна надати будь-якої форми, навіть розтягнути в нитку. Ця властивість пластичної  сірки пояснюється тим, що вона не містить молекул S8, а складається з довгих ланцюжків атомів Сульфуру. Ці ланцюжки безладно переплутані між собою. Під час розтягування вони розпрямляються, а якщо випустити — знову скручуються. Цим пояснюється еластичність даної форми. Але пластична сірка дуже нестійка, швидко загусає, твердне, стає крихкою і перетворюється на ромбічну.

Отже, у сірки є дві основні алотропні форми: ромбічна і моноклінна. Обидві вони складаються з молекул S8, a різняться кристалічною будовою.

Таблиця 2. Властивості ромбічної і моноклітинної сірки

 Властивості простих речовин

Сірка

ромбічна

Сірка

моноклінна

 Колір  Лимонно-жовтий  Блідо-жовтий, майже безбарвний
 Густина  2,07 г/см3  1,96 г/см3
 Температура плавлення  112,8 °С  119,3 °С


У природі зустрічаються найбільш стійкі алотропні форми. Так, до складу земної атмосфери входить кисень, бо його молекули стійкіші, ніж молекули озону.

• Згадайте, як утворюється в атмосфері озон, і обґрунтуйте його значення. У чому ви вбачаєте подвійну роль озону в природі — його користь і шкоду?

Сірка зустрічається в природі у вільному стані (самородна сірка), а також у вигляді різних сполук — сульфідів металів, сульфатів тощо.


Лабораторна робота 1

Ознайомлення із зразками сірки та її природних сполук

Розгляньте видані вам зразки сірки та її природних сполук. Для кожного з них запишіть у зошит: 1) назву, 2) хімічну формулу, 3) агрегатний стан, 4) колір, 5) твердість.

Ви довідались, що в природі дуже поширені сполуки сульфуру з різними металами. Багато з них є цінними рудами:

РЬS — свинцевий  блиск,  ZnS — цинкова обманка, Cu2S — мідний блиск, FeS2 — залізний колчедан, або пірит.

Поширені в природі й інші мінерали Сульфуру, в основному сульфати кальцію і магнію. Поклади сполук Сульфуру є в Україні (Львівська область), Туркменістані, Італії, Японії, США та ін.

У природі Нітроген зустрічається як у вільному стані, так і у зв'язаному. У вільному стані Нітроген у вигляді азоту входить до складу повітря (об'ємна частка N2 становить 78 %, масова — 75,6 %). Оскільки азот з повітря витрачається мало, його запаси в атмосфері залишаються сталими. У вигляді неорганічних сполук Нітроген у невеликих кількостях є в ґрунті. Проте у вигляді складних органічних сполук — білків — він увіходить до складу всіх живих організмів, беручи участь у їх життєдіяльності.

На відміну від Нітрогену Фосфор зустрічається в природі тільки в сполуках (чому?). Найважливіші мінерали, до складу яких уходить фосфат кальцію Са3(Р04)2, — це фосфорити и апатити. Найбільше у світі родовище апатитів на Кольському півострові у Хібінських горах.

В Україні родовища фосфоритів зустрічаються у Придністров'ї, на Харківщині, в Чернігівській та Запорізькій областях.

Елемент Фосфор — важлива складова частина організму людини, тварин і рослин. З рослин найбагатші на Фосфор бобові, соняшник і горіхи. В організмі людини Фосфор виявлений в усіх тканинах, особливо у нервовій і кістковій. Він входить до складу деяких ферментів, міститься в зубах, фосфор — життєво важливий елемент для всіх організмів.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ
1. Яке місце у періодичній системі елементів займають Оксиген і Сульфур? Як це пов'язано з будовою їхніх атомів?
2. Чим відрізняється основний стан атома Сульфуру від його збудженого стану?
3. Порівняйте будову атомів елементів Оксигену і Сульфуру, зазначте їхні спільні й відмінні ознаки.
4. Чому атоми Оксигену й Сульфуру здатні виявляти ступінь окислення -2, а ступінь окиснення +4 і +6 —  тільки атоми Сульфуру?
5. Напишіть формули сполук Оксигену та Сульфуру з Кальцієм, Калієм, Алюмінієм. Зазначте ступінь окиснення кожного з елементів і назви сполук.
6. У якому вигляді Нітроген і Фосфор зустрічаються в природі і чому?
7. Що таке алотропія і чим пояснюється існування різних алотропних форм?
8. Що собою являє озон за звичайних умов? З якою метою він застосовується?
9. Схарактеризуйте відомі вам алотропні форми Сульфуру і зазначте, яка з них найбільш стійка.
10. Внаслідок розкладу бертолетової солі КСlO3 (хлорат калію) за наявності оксиду мангану (ІV) добуто кисень об'ємом 6,72 л (н. у.). Маса витраченої при цьому бертолетової солі становить
(а)  24,5 г;                       (в) 245 г;
(б)  2,45 г;                       (г) 0, 245 г.
11. Кисень виділяється під час термічного розкладання ряду сполук. Якщо взяти по 0,5 моль таких сполук, як оксид мерку-рію (ІІ), перманганат калію, бертолетова сіль, нітрат калію (утворюється нітрит калію KN02), то найбільша кількість речовини кисню виділиться під час розкладання
(a) HgO;                       (в) КСlO3;
(б) КМп04;                    (г) KN03.
12. Максимальна маса озону, яка може утворитися з 16 г кисню, становить
(а)  12 г;                         (в) 24 г;
(б)  16 г;                         (г) 32 г.                 


Н.М. Буринська, Л.П. Величко, Хімія, 10 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів  


Онлайн бібліотека з підручниками і книгами з хімії, плани-конспекти уроків по всім предметам, завдання з хімії для 10 класу


Зміст уроку
1236084776 kr.jpg конспект уроку і опорний каркас                      
1236084776 kr.jpg презентація уроку 
1236084776 kr.jpg акселеративні методи та інтерактивні технології
1236084776 kr.jpg закриті вправи (тільки для використання вчителями)
1236084776 kr.jpg оцінювання 

Практика
1236084776 kr.jpg задачі та вправи,самоперевірка 
1236084776 kr.jpg практикуми, лабораторні, кейси
1236084776 kr.jpg рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
1236084776 kr.jpg домашнє завдання 

Ілюстрації
1236084776 kr.jpg ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
1236084776 kr.jpg реферати
1236084776 kr.jpg фішки для допитливих
1236084776 kr.jpg шпаргалки
1236084776 kr.jpg гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
1236084776 kr.jpg зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
1236084776 kr.jpg підручники основні і допоміжні 
1236084776 kr.jpg тематичні свята, девізи 
1236084776 kr.jpg статті 
1236084776 kr.jpg національні особливості
1236084776 kr.jpg словник термінів                          
1236084776 kr.jpg інше 

Тільки для вчителів
1236084776 kr.jpg ідеальні уроки 
1236084776 kr.jpg календарний план на рік 
1236084776 kr.jpg методичні рекомендації 
1236084776 kr.jpg програми
1236084776 kr.jpg обговорення


Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.