Elementul chimic nr. 30
4. Structura electronică a atomului.
4.2. Oferiți o explicație a semnificației fizice a tuturor indiciilor unui element chimic dat în sistemul DI. Mendeleev (numărul de serie, numărul perioadei, numărul grupului, aparținând grupului "A" sau "B"). Determinați posibilitatea "eșecului de electroni".
Numărul de ordine al elementului chimic în sistemul periodic este 30. Masa molară a elementului este de 65,39 g / mol.
. Aceasta înseamnă că atomul de zinc neutru conține 30 de electroni, încărcarea nucleului atomului de zinc este de asemenea 30. Zincul se află în a patra perioadă a sistemului. Aceasta înseamnă că există patru straturi de electroni în atomul de zinc, pe care sunt localizați electronii. Zincul se află în cel de-al doilea grup al tabelului periodic. În atomul de zinc, subsolul 3 este complet umplut, care acum conține 10 electroni. Zincul aparține unui subgrup sau grupului "B".
Eșecul sau descoperirea unui electron pentru zinc este imposibil, având în vedere că acesta are un subsol complet umplut. Eșecul unui electron este caracteristic cuprului, argintului, numărul de electroni d este de asemenea egal cu 10, dar s-electronul este doar unul. Acest lucru poate fi explicat prin creșterea stabilității energetice a structurilor electronice care corespund substraturilor energetice complet umplete. Trecerea unui electron într-un atom de cupru de la 4s la un subsol 3d conduce la formarea unei suprafețe complet suprapuse, și aceasta este favorabilă din punct de vedere energetic. Zincul 3d - sub nivelul este umplut și electronul nu are unde să meargă.
4.3. Selectați subsolurile valențelor din formula electronică a atomului elementului chimic, determinați dacă elementul chimic aparține tipului de elemente s-, p-, d-, f.
Să arătăm aranjamentul electronilor de valență în atomul de zinc. După cum se poate observa din formula electronică, zincul se referă la d-elementele, deoarece umple suprafața inferioară.
În figura de mai sus, dispunerea electronilor de valență este identificată printr-o elipsă.
4.4. Scrieți seturi de numere cuantice pentru toți electronii de valență.
Atomul de zinc va avea doi electroni de valență. Să scriem seturile de numere cuantice pentru acești electroni. Principalul număr cuantic este 4 și elementul chimic se află în a patra perioadă a sistemului periodic de elemente chimice. Deoarece în zinc, electronii de valență se află doar pe s-subsol, atunci numărul său cuanttic orbital are valoarea 0. Din moment ce acești electroni vor fi 2, vor avea rotiri opuse ms = ± 1/2. Deoarece ml = 0, atunci elementul nu va avea alte sublevels, cu excepția s-subsub.
Seturile de numere cuantice vor avea forma:
4.5. Determinați dacă elementul chimic aparține metalelor sau nemetalilor, prezice magnitudinea stării de oxidare.
Deoarece zincul se află în cel de-al doilea grup al sistemului periodic, el aparține metalelor. În reacțiile chimice, va avea proprietăți metalice. Pentru metale, reculul electronilor este mai acceptabil. Prin urmare, zincul poate renunța la doi electroni cu un subsol. Prin urmare, zincul va prezenta o stare de oxidare de +2. În legătură cu ecranarea substratului 3d și umplerea acestuia, electronii din acesta nu vor participa la procesele chimice și, prin urmare, zincul va avea doar o stare de oxidare de +2.
4.6. Distribuiți electronii de valență ai atomului elementului chimic peste celulele energetice, în conformitate cu principiul celor mai puțină energie și regula Gund.
În conformitate cu principiul celui mai mic nivel de energie, doi electroni de valență ai atomului de zinc vor fi localizați pe substraturile 4s, deoarece au mai puțină energie decât oricare alt subsol. Norma lui Hund spune că starea stabilă a unui atom corespunde unui astfel de aranjament de electroni în substratul energetic, la care valoarea absolută a spinului total al unui atom este maximă. Prin urmare, am putea conta. Că într-o celulă vor fi electroni cu rotiri la fel de îndreptate. Dar acest lucru contrazice principiul Pauli. Prin urmare, aranjamentul electronilor pentru zinc va fi la fel ca în figura de mai jos:
4.7. Progresează tipul de hibridizare a orbitalilor atomici de valență în formarea compușilor binari (fluoruri, cloruri, etc.).
Fiecare atom de fluor care face parte din această moleculă are un electron neparticipat, care participă la crearea unei legături covalente. Atomul de zinc în starea non-excitat de electroni nepereche nu are deloc:
Prin urmare, pentru a participa la compusul chimic, atomul de zinc trebuie să intre într-o stare excitat :.
Atomul de zinc excitat rezultat are doi electroni neparticipati, norul de electroni al unui electron corespunde cu starea 4s, iar celalalt cu starea 4p. Cu o cheltuială de energie, în loc de orbita originară a leului, se pot forma două orbite hibride echivalente (sp-orbitale). Atomul de zinc din compușii binari va prezenta sp-hibridizare. Sp-orbitalele hibride vor fi alungite în direcții opuse, după cum se arată în figură.
Fig. 1. Structura moleculei ZnF2.
5. Combinația acestui element chimic cu nemetalele.
5.2. Cu halogeni.
Gazul fluor, bromul, clorul, iodul nu reacționează cu zincul la rece. Dar, în prezența vaporilor de apă, reacția poate continua cu aprinderea metalului și eliberarea unei cantități mari de căldură (pentru fluor, 172 kcal, pentru clor 95,6 kcal pe mol de zinc)
În reacția cu halogeni se obțin derivați halogeni ai zincului: fluoruri, cloruri, bromați.
Cu azot, chiar și în vapori, zincul nu reacționează, dar reacționează destul de ușor la o căldură roșie cu amoniac cu evoluția nitrură de zinc.
Zincul nu reacționează direct cu carbonul, iar carbură de zinc poate fi obținută numai prin reacții intermediare. Carbura de zinc poate fi obținută prin încălzirea zincului într-un curent de acetilenă la temperaturi de circa 200-300 ° C.
Carbura de zinc este un compus destul de instabil care se descompune ușor cu apă și acizi.
6. Oxizi și hidroxizi ai unui element chimic dat.
6.1. Scrieți un număr de oxizi ai acestui element chimic (prognozat prin formula electronică și covalența).
Pentru zinc, gradul de oxidare este +2. prin urmare, zincul are un singur oxid: ZnO. Alți oxizi de zinc nu sunt cunoscuți. Existența peroxidului de ZnO2 este posibilă. covalența zincului în peroxid este de două, structura moleculei sale este prezentată în figură.
Covalența zincului în oxidul ZnO este de două ori.
Vom scrie formula electronică pentru ZnO:
6.2. Probați natura oxizilor (bazic, acid, amfoteric) cu valoarea EO. și regula proprietăților chimice ale unui număr de oxizi.
În al doilea subgrup secundar al sistemului periodic, pe lângă zinc, cadmiu și mercur sunt de asemenea prezente. Toate aceste metale au oxizi de bază, cadmiul prezintă, de asemenea, proprietăți amfoterice. Prin urmare, se poate prezice că oxidul de zinc va avea, de asemenea, proprietăți amfoterice.
Luați în considerare electronegativitatea oxidului de zinc:
Diferența dintre electronegativitățile pentru ZnO este de 3,5 - 1,8 = 1,7. Pentru oxizii bazici Na2O, CaO, BaO, această diferență este de aproximativ 2,5, iar pentru oxizii de acid SO2, SO3, P2O5, aproximativ 1h1,3. după cum se vede oxidul de zinc se află în mijlocul acestor valori, ca metal, acesta va avea proprietăți amfoterice.
6.3. Notați hidroxizii adecvați (baze și acizi). Determinați dacă aparțin electroliților puternici sau slabi.
Pentru zinc, doar un hidroxid este caracteristic.
Deoarece zincul este bivalent, formula hidroxidului de zinc este: Hidroxidul de zinc este eliberat din soluțiile de săruri de zinc sub acțiunea alcalinelor sub forma unui precipitat amorf alb. Când este în picioare, dobândește treptat o structură cristalină. Rata de cristalizare depinde de soluția de sare din care cristalizează. Astfel, din soluțiile de cloruri, hidroxidul de zinc cristalizează mult mai repede decât din soluțiile de nitrați.
Hidroxidul de zinc are proprietăți amfoterice (cu predominanța proprietăților de bază), constanta de disociere a bazei este egală cu acidul. Solubilitatea hidroxidului de zinc este egală. Există dovezi că în hidroxidul de zinc proaspăt precipitat este oarecum mai mare și se ridică la.
6.4. Formați ecuațiile reacțiilor, confirmând natura hidroxidelor în ceea ce privește forma moleculară și ionică.
Hidroxidul de zinc are proprietăți amfoterice. Reacționează atât cu acizi, cât și cu alcalii. Cu acizi, hidroxidul de zinc dă săruri de zinc, de exemplu:
Într-o soluție alcalină, hidroxidul de zinc se comportă ca un acid anhidridic, adică trece în soluție sub formă de ioni hidroxi-succinat datorită adăugării de ioni de hidroxil. Sunt cunoscute săruri tri-, tetra- și hexahidroxocinacate, de exemplu:
Unele dintre zincate sunt izolate în stare solidă :. Ele se formează numai cu un exces de alcaline.
Unii dintre compușii obținuți conțin apă critică. În cele mai multe cazuri, acesta din urmă este detașat ușor atunci când este încălzit. Apa legată în mod constitutiv este reținută în astfel de compuși destul de strâns, de exemplu, atunci când apa este încălzită la o temperatură de 465 ° C, nu apare pierdere de apă.
Zincatele pot fi de asemenea obținute prin topirea oxidului de zinc și a oxizilor altor metale, dar zincații astfel obținuți sunt insolubili în apă.
6.5. Scrieți ecuațiile reacțiilor de disociere electrolitică a hidroxizilor.
În soluțiile apoase se disociază în ioni conform ecuației:
Dar din moment ce este ușor solubil, disocierea se realizează nesemnificativ.
7. Poate acest element chimic să formeze compuși complexi? Dacă da, care dintre ele (acizi, baze, săruri)? Dați exemple.
Zincul poate forma compuși complexi. Complexele de zinc se formează cu amoniac, cianuri, hidrazină, tiocianate, precum și cu multe substanțe organice, de exemplu acridină, piramidonă, difenilguanidină, unele coloranți organici. Absența în complexele de zinc a stabilizării câmpului ligand conduce la faptul că stereochimia lor depinde doar de mărimea și de componenta electrostatică și covalentă a legăturii. Complexele de zinc pot fi tetraedrice sau octaedrice.
Cu amoniac, s-au izolat compușii complexi de următoarea compoziție: Complexe cu 6 molecule de amoniac au fost obținute numai în formă uscată.
Un număr semnificativ de complexe de zinc cu compuși organici ai caracterului principal sunt cunoscuți. În funcție de condiții, se pot forma două tipuri de conexiuni. Primul dintre acestea include compuși în care reactivul organic este direct legat la ionul de zinc și formează un complex tipic de extracție. Al doilea tip includ compuși în care cationul bază organică joacă rolul de a da săruri cu alți anioni atsidokompleksnymi zinc. Acești compuși "la natura legăturii cu reactivii organici sunt în esență legați de asociații obișnuiți cu ioni obișnuiți.
Este interesant de notat faptul că prin schimbarea condițiilor de formare a complexelor, în primul rând mediul acid este adesea imposibil să se respecte complexele de conversie reciprocă introducere ( „ammoniates“) în complexele de „săruri de amoniu“ de tip și vice-versa.
Hidrații de hidrazină din compoziție, care au o rezistență considerabilă din soluțiile complexelor hidrogen sulfurat, nu precipită sulfura de zinc. Primul dintre ele este slab solubil în apă, insolubil în alcool.
8. Scrieți ecuațiile pentru reacțiile de hidroliză a sării în prima etapă în formă moleculară și ionică, ținând seama de toate echilibrele. Se calculează pH-ul mediului prin hidroliza acestei sări (0,01 mol / l). Cum de a consolida hidroliza?
Sarurile de zinc sunt ușor hidrolizate.
Luați în considerare hidroliza azotatului de zinc.
Ca urmare a hidrolizei azotatului de zinc, obținem sarea de bază, azotatul de zinc de bază.
Când această sare este hidrolizată, obținem ioni, apoi pH <7. Раствор будет иметь кислую реакцию.
Se calculează pH-ul mediului.
Afectează procesul de hidroliză, poate fi realizat prin adăugarea de reactivi, acizi sau baze. În procesul de hidroliză, obținem ioni de H + dacă sunt legați de acțiunea ionilor de OH. atunci procesul de hidroliză va crește. Deoarece procesul de hidroliză echilibru, scăderea concentrației de ioni H + de - pentru reacția se va deplasa echilibrul spre dreapta, a crescut de hidroliză.
Pentru a slăbi hidroliza, este posibil să se introducă ioni de H +, ceea ce va duce la o deplasare a echilibrului spre stânga.
9. Reacții de reducere a oxidării.
9.1. Oferiți o evaluare a proprietăților de reducere a Zn și a proprietăților redox ale ionilor săi ca o funcție a pH-ului său (utilizați datele de referință).
Zincul este un agent reducător puternic. Reacția ionilor de zinc și cupru se bazează pe lucrarea elementului chimic al lui Daniel. potențial de electrod normal de zinc - agent reducător 0.7618 V. zinc este utilizat în multe procese chimice, de exemplu, este utilizat în recuperarea substanțelor organice, etc.
Activitatea de reducere a zincului este deosebit de pronunțată în cazul LV<7, в кислых растворах. Он восстанавливает водород из кислот, например разбавленной серной или соляной.
De asemenea, zincul poate recupera metale care sunt mai puțin active decât într-un mediu neutru. Acesta recuperează metalele din crom (-0,74 V) la argint (0,79 V). Aceasta este proprietatea sa este adesea folosit pentru fabricarea de celule galvanice.
Într-un mediu alcalin, zincul este oxidat la ion, poate reduce de asemenea hidrogenul din apă, restabilește multe săruri anorganice, compuși de oxigen.
potențial de electrod normal al reacției de electrod este: -1.216 B, înseamnă că se poate recupera de zinc într-un mediu alcalin, toate conexiunile cu un potențial pozitiv, acesta va fi compuși cu oxigen de crom, mangan, staniu, plumb, etc.
Ecuația dată mai sus va fi o exemplificare a interacțiunii zincului într-un mediu alcalin.
9.2. Formați ecuațiile a 3 reacții redox (utilizând o substanță care conține ioni ai unui metal dat) la pH> 7, pH = 7, pH<7.
Precomprimați reacția chimică E0 utilizând metoda echilibrului ion-ion.
Pentru aceste ecuații, vom scrie ecuațiile reacției de reducere a oxidării. Mai întâi, ia în considerare aceste ecuații și le rezolvă cu ajutorul echilibrului electronic.
Să scriem ecuațiile echilibrului ion-electron.
Se scrie ecuația obținută în formă moleculară:
Rezumăm jumătate de reacții obținute.
Se scrie ecuația în formă moleculară.
Calculam E0 din reacția chimică.
10.3. Compuneți și descrieți circuitul unei celule galvanice de la un electrod metalic al unui sistem metalic dat și electrod C,
Celula galvanică constă dintr-un catod și un anod. Unul dintre electrozi în cazul nostru va fi un electrod de zinc, celălalt electrod va fi un electrod inert de carbon.
Să notăm circuitul electrodului.
Celula galvanică constă dintr-o placă de zinc scufundată într-o soluție a sării, care conține ioni V3 + și H +. pentru că PH <7. угольный электрод опущен в раствор, что содержит ионы . Между электродами расположена диафрагма, которая пропускает ионы, но не дает смешиваться электродным растворам. Если электрическая цепь разеденена. То в при электродных пространствах быстро наступает равновесие.
Placa de zinc din celula electrochimică transferă cu ușurință cationii în soluție, după care va fi oxidat.
Fiecare ion de zinc, trecând în soluție, lasă doi electroni pe placă. Din acest motiv, placa va primi o încărcare negativă. Electrodul de carbon va suferi procese de restaurare:
Dacă circuitul este închis, în celula galvanică va apărea un curent electric. Electronii dintr-un loc unde densitatea încărcării negative este ridicată se vor deplasa într-un loc cu o densitate mai mică de încărcare negativă.
În general, o reacție chimică. Ceea ce apare într-o celulă galvanică poate fi scris ca: În formă moleculară, ecuația va avea forma :.
O caracteristică importantă a unei celule galvanice va fi ERS-ul său. Este egal cu:, dacă rotunjim valoarea obținută a ERS, atunci primim :. La calculul ERS, nu am ținut cont de efectul concentrației de ioni asupra valorii potențialului, iar valorile date sunt corecte doar pentru situația în care concentrațiile de substanțe sunt zero. Prin urmare, valoarea ERS în celulele galvanice reale va fi oarecum diferită. De asemenea, trebuie remarcat faptul că celulele galvanice cupru-zinc sunt mai des folosite, care sunt mai ieftine decât elementele care utilizează vanadiu.
10.4. Descrieți procesul de coroziune electrochimică la contactul produselor din metal și Sn într-un mediu umed (fără aerare și aerare).
Dacă includerea staniu în zinc este semnificativă, ne vom ocupa de celula galvanică.
Deoarece potențialul electrodului pentru staniu și zinc este:
Vom avea o celulă galvanică în care zincul va fi un metal mai activ în comparație cu staniu, ceea ce va duce la oxidarea lui.
Să luăm în considerare cazul când avem incluziuni de staniu în zinc într-o atmosferă umedă fără aerare. Lipsa aerării înseamnă absența oxigenului activ, care poate intra în interacțiuni electrochimice.
Rata de coroziune a zincului va fi, de asemenea, afectată de prezența unui film de oxid pe suprafața zincului.
Tin ar avea asupra efect polarizant de zinc, care ar conduce la faptul că zincul (al căror potențial este mai mic), va polariza anod și crește rata de coroziune.
Reacția va avea loc la anod :.
Pe catodul, în rolul căruia acționează tabla, reacția va continua:
Articole similare
-
Prevenirea alergiilor - o bancă de rezumate, eseuri, rapoarte, lucrări de curs și diplome
-
Structura abstractă a legii - o bancă de rezumate, eseuri, rapoarte, lucrări de curs și diplome
Trimiteți-le prietenilor: