Неорганическая химия

Совместный гидролиз солей

Например:

Задача 1.1.

Задача 1.2

Ответы внизу

Задача 1.3.

Ответы внизу

Реакции оксидов с водой

Например:

Задача 2.1

Mn 2 O 7 + H 2 O =

Ответы внизу

Задача 3.1

Ответы внизу

Щелочной или кислотный гидролиз бинарных соединений

Для школьного курса – экзотическая вещь, но вот в ЕГЭ-2014 встретилось… Речь идет о таких, например, реакциях:

Ca 3 N 2 + HCl =

Здесь можно рассуждать так. Щелочь (NaOH) или кислота (HCl) реагируют с бинарным соединением в растворе. А это значит, что фактически сначала идет реакция с водой (гидролиз бинарного соединения):

PCl 5 + H 2 O → H 3 PO 4 + HCl

Ca 3 N 2 + H 2 O → Сa(OH) 2 + NH 3

А затем продукты гидролиза реагируют с щелочью (в первом случае) или с кислотой (во втором случае):

PCl 5 + H 2 O → H 3 PO 4 + HCl → (+NaOH) → Na 3 PO 4 + NaCl + H 2 O

Ca 3 N 2 + H 2 O → Сa(OH) 2 + NH 3 → (+HCl) → CaCl 2 + NH 4 Cl + (H 2 O)

В итоге уравнения будут выглядеть так:

PCl 5 + 8NaOH = Na 3 PO 4 + 5NaCl +4 H 2 O

Ca 3 N 2 + 8HCl = 3CaCl 2 + 2NH 4 Cl

Поупражняйтесь:

Задача 3.2 Рассуждая аналогично, определите, что получится при взаимодействии:

Na 3 N + HCl →

PBr 3 + NaOH →

Ответы внизу

Аммиак и его свойства

Аммиак реагирует с кислотами, присоединяя протон по донорно-акцепторному механизму и образуя при этом соли аммония.

Задача 4.1 . Через раствор серной кислоты пропустили аммиак. Какие две соли при этом могут образоваться? От чего это зависит? Напишите уравнения реакций.

Ответы внизу

Водный раствор аммиака обладает свойствами слабой щелочи, поэтому с его помощью можно осаждать нерастворимые гидроксиды металлов.

Задача 4.2 . Через водный раствор сульфата хрома (III) пропустили избыток аммиака. Запишите уравнение реакции.

Ответы внизу

3) Аммиак – восстановитель. В частности, способен восстанавливать металлы из оксидов.

Задача 4.3 . Через оксид меди (II) пропустили поток аммиака при нагревании. Напишите уравнение реакции.

Ответы внизу

4) Аммиак способен быть лигандом и может образовывать комплексы – аммиакаты. Особенно вероятно упоминание в ЕГЭ аммиачного комплекса меди, так как он имеет ярко-синее окрашивание и может использоваться для обнаружения соединений двухвалентной меди .

Задача 4.4 . К раствору сульфата меди (II) добавили избыток водного раствора аммиака. Запишите уравнение реакции.

Ответы внизу

Вообще с наибольшей скоростью идут те реакции, которые сопровождаются взрывами. А при обычных условиях – реакции ионного обмена в водных растворах. Почему? Потому что в них участвуют электролиты, которые уже диссоциированы, связи разрушены. Поэтому ничто не мешает ионам моментально соединиться между собой. Можно считать, что активационный барьер такой реакции приближается к нулю.

Например:

Какие вещества реагируют между собой с наибольшей скоростью при комнатной температуре:

1) HCl(p-p) и NaOH(p-p)

2) S(тв.) и H 2 (г)

3) CO 2 (г) и H 2 O(ж)

4) FeS 2 (тв.) и O 2 (г)

Правильный ответ – 1), так как это реакция ионного обмена.

Смешанные оксиды Fe 3 O 4 и Pb 3 O 4

Железо образует смешанный оксид – железную окалину Fe 3 O 4 (FeO ∙ Fe 2 O 3) со степенями окисления +2 и +3.

Свинец образует смешанный оксид – сурик Pb 3 O 4 (2PbO ∙ PbO 2) со степенями окисления +2 и +4.

При реакциях этих оксидов с кислотами могут получаться сразу две соли:

Fe 3 O 4 + 8HCl = FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O

Pb 3 O 4 + 4HNO 3 = 2Pb(NO 3) 2 + PbO 2 + H 2 O (PbO 2 амфотерен, поэтому в соль не превращается).

Переходы Fe +2 ↔ Fe +3 и Cu +1 ↔ Cu +2

Вот несколько сложных ситуаций:

Fe 3 O 4 + HNO 3 = что получится?

Казалось бы, должны получиться две соли и вода: Fe(NO 3) 2 + Fe(NO 3) 3 + H 2 O (смотри предыдущий раздел), но HNO 3 – сильный окислитель, поэтому будет окислять железо +2 в составе железной окалины до железа +3 и получится только одна соль:

Fe 3 O 4 + 10HNO 3 (конц) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

Аналогично в реакции Cu 2 O + HNO 3 может показаться, что продуктами будут CuNO 3 + H 2 O. А на самом деле одновалентная медь (Cu +1 2 O) может окисляться до двухвалентной, поэтому пойдет окислительно-восстановительная реакция:

Cu 2 O + 6HNO 3 (конц) = 2Сu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 3H 2 O

Задача 7.1 . Запишите уравнения реакций:

Fe 3 O 4 + H 2 SO 4 (разб) =

Fe 3 O 4 + H 2 SO 4 (конц) =

Fe 2 (SO 4) 3 + H 2 S =

Ответы внизу

Разложение нитратов

В целом разложение нитратов происходит согласно известной схеме, и состав продуктов зависит от расположения металла в ряду активности. Но есть сложные ситуации:

Задача 9.1 Какие продукты получатся при разложении нитрата железа (II)? Запишите уравнение реакции.

Задача 9.2 Какие продукты получатся при разложении нитрата меди (II)? Запишите уравнение реакции.

Ответы внизу

Органическая химия

Тривиальные названия

Надо знать, какие органические вещества соответствуют названиям:

изопрен, дивинил, винилацетилен, толуол, ксилол, стирол, кумол, этиленгликоль, глицерин, формальдегид, уксусный альдегид, пропионовый альдегид, ацетон, первые шесть предельных одноосновных кислот (муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, валериановая, капроновая), акриловая кислота, стеариновая кислота, пальмитиновая кислота, олеиновая кислота, линолевая кислота, щавелевая кислота, бензойная кислота, анилин, глицин, аланин. Не путайте пропионовую кислоту с пропеновой!! Соли важнейших кислот: муравьиной – формиаты, уксусной – ацетаты, пропионовой – пропионаты, масляной – бутираты, щавелевой – оксалаты. Радикал –CH=CH 2 называется винил!!

Заодно и некоторые неорганические тривиальные названия:

Поваренная соль (NaCl), негашеная известь (CaO), гашеная известь (Ca(OH) 2), известковая вода (раствор Ca(OH) 2), известняк (CaCO 3), кварц (он же кремнезем или диоксид кремния – SiO 2), углекислый газ (CO 2), угарный газ (CO), сернистый газ (SO 2), бурый газ (NO 2), питьевая или пищевая сода (NaHCO 3), кальцинированная сода (Na 2 CO 3), аммиак (NH 3), фосфин (PH 3), силан (SiH 4), пирит (FeS 2), олеум (раствор SO 3 в концентрированной H 2 SO 4), медный купорос (CuSO 4 ∙5H 2 O).

Некоторые редкие реакции

1) Образование винилацетилена :

2) Реакция прямого окисления этилена в уксусный альдегид :

Эта реакция коварна тем, что мы хорошо знаем, как ацетилен превращается в альдегид (реакция Кучерова), а если в цепочке встретится превращение этилен → альдегид, то это может нас поставить в тупик. Так вот, имеется в виду эта реакция!

3) Реакция прямого окисления бутана в уксусную кислоту:

Эта реакция лежит в основе промышленного производства уксусной кислоты.

4) Реакция Лебедева:

Отличия фенолов от спиртов

Огромное количество ошибок в таких заданиях!!

1) Следует помнить, что фенолы более кислотны, чем спирты (связь О-Н в них более полярна). Поэтому спирты не реагируют с щелочью, а фенолы реагируют и с щелочью, и некоторыми солями (карбонаты, гидрокарбонаты).

Например:

Задача 10.1

Какие из этих веществ реагируют с литием:

а) этиленгликоль, б) метанол, в) фенол, г) кумол, д) глицерин.

Задача 10.2

Какие из этих веществ реагируют с гидроксидом калия:

а) этиленгликоль, б) стирол, в) фенол, г) этанол, д) глицерин.

Задача 10.3

Какие из этих веществ реагируют с гидрокарбонатом цезия:

а) этиленгликоль, б) толуол, в) пропанол-1, г) фенол, д) глицерин.

2) Следует помнить, что спирты реагируют с галогеноводородами (эта реакция идет по связи С-О), а фенолы нет (в них связь С-О из-за эффекта сопряжения малоподвижна).

Дисахариды

Основные дисахариды: сахароза, лактоза и мальтоза имеют одинаковую формулу C 12 H 22 O 11 .

О них следует помнить:

1) что они способны гидролизоваться на те моносахариды, из которых состоят: сахароза – на глюкозу и фруктозу, лактоза – на глюкозу и галактозу, мальтоза – на две глюкозы.

2) что лактоза и мальтоза обладают альдегидной функцией, то есть являются восстанавливающими сахарами (в частности, дают реакции «серебряного» и «медного» зеркала), а сахароза – невосстанавливающий дисахарид, не имеет альдегидной функции.

Механизмы реакций

Будем надеяться, что достаточно следующих знаний:

1) для алканов (в том числе в боковых цепях аренов, если эти цепи предельные) характерны реакции свободнорадикального замещения (с галогенами), которые идут по радикальному механизму (инициирование цепи – образование свободных радикалов, развитие цепи, обрыв цепи на стенках сосуда или при соударении радикалов);

2) для алкенов, алкинов, аренов характерны реакции электрофильного присоединения , которые идут по ионному механизму (через образование пи-комплекса и карбокатиона ).

Особенности бензола

1. Бензол в отличие от других аренов не окисляется перманганатом калия.

2. Бензол и его гомологи способны вступать в реакцию присоединения с водородом. Но только бензол способен также вступать в реакцию присоединения с хлором (только бензол и только с хлором!). При этом все арены способны вступать в реакцию замещения с галогенами.

Реакция Зинина

Восстановление нитробензола (или аналогичных ему соединений) в анилин (или другие ароматические амины). Эта реакция в одном из ее видов почти обязательно встретится!

Вариант 1 – восстановление молекулярным водородом:

C 6 H 5 NO 2 + 3H 2 → C 6 H 5 NH 2 +2H 2 O

Вариант 2 – восстановление водородом, полученным при реакции железа (цинка) с соляной кислотой:

C 6 H 5 NO 2 + 3Fe + 7HCl → C 6 H 5 NH 3 Cl +3FeCl 2 + 2H 2 O

Вариант 3 – восстановление водородом, полученным при реакции алюминия с щелочью:

C 6 H 5 NO 2 + 2Al + 2NaOH + 4H 2 O → C 6 H 5 NH 2 +2Na

Свойства аминов

Почему-то свойства аминов запоминаются хуже всего. Возможно, это связано с тем, что амины изучаются в курсе органической химии последними, и их свойства не удается повторить, изучая другие классы веществ. Поэтому рецепт такой: просто выучить все свойства аминов, аминокислот и белков.

Разложение ацетатов

Почему-то составители ЕГЭ считают, что нужно знать, как разлагаются ацетаты. Хотя в учебниках этой реакции нет. Разные ацетаты разлагаются по-разному, но давайте запомним реакцию, которая попадается в ЕГЭ:

при термическом разложении ацетата бария (кальция) получается карбонат бария (кальция) и ацетон!!!

Ba(CH 3 COO) 2 → BaCO 3 + (CH 3) 2 CO (t 0 )

Ca(CH 3 COO) 2 → CaCO 3 + (CH 3) 2 CO (t 0 )

По сути, при этом происходит декарбоксилирование:

Ответы:

1.1. При совместном гидролизе солей, одна из которых гидролизуется по катиону, а другая – по аниону, гидролиз взаимно усиливается и идет до образования конечный продуктов гидролиза обеих солей: 2AlCl 3 + 3Na 2 S + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 S + 6NaCl

1.2. Аналогично: 2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Fe(OH) 3 ↓ + 3CO 2 + 6NaCl

1.3. Последовательность реакций:

2Al + 3I 2 = 2AlI 3

AlI 3 + 3NaOH = Al(OH) 3 + 3NaI

Al(OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3H 2 O

2AlCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Al(OH) 3 +3CO 2 + 6NaCl

NO + H 2 O = не реагируют (так как несолеобразующий оксид)

BaO + H 2 O = Ba(OH) 2 (реагируют, так как получается растворимый гидроксид)

CrO + H 2 O = (не реагируют, так как гидроксид хрома (II) нерастворим)

SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 (реагируют, так как получается растворимый гидроксид)

SiO 2 + H 2 O = (не реагируют, так как гидроксид кремния (IV), то есть кремниевая кислота - нерастворима)

Mn 2 O 7 + H 2 O = 2HMnO 4 (реагируют, так как получается растворимый гидроксид – марганцевая кислота)

2NO 2 + H 2 O = HNO 2 + HNO 3

3.1. При гидролизе бинарных соединений получается гидроксид первого элемента и водородное соединение второго элемента. В случае гидрида вторым продуктом будет просто водород:

NaH + H 2 O = NaOH + H 2

MgH 2 + 2H 2 O = Mg(OH) 2 + 2H 2

Na 3 N + 4HCl → 3NaCl + NH 4 Cl

PBr 3 + 6NaOH → Na3PO3 + 3NaBr + 3H 2 O

4.1 При пропускании аммиака через растворы многоосновных кислот могут получаться средние или кислые соли, в зависимости от того, какой из реагентов в избытке:

NH 3 + H 2 SO 4 = NH 4 HSO 4 (кислота в избытке)

2NH 3 + H 2 SO 4 = 2 (NH 4) 2 SO 4 (аммиак в избытке)

Cr 2 (SO 4) 3 + 6NH 3 + 6H 2 O = 2Cr(OH) 3 ↓ + 3(NH 4) 2 SO 4

(Фактически это та же реакция, что и:

Cr 2 (SO 4) 3 + 6NH 4 OН = 2Cr(OH) 3 ↓ + 3(NH 4) 2 SO 4 ,

но формулу NH 4 OН сейчас писать не принято).

3CuO + 2NH 3 = 3Cu + N 2 + 3H 2 O

CuSO 4 + 4NH 3 = SO 4

(Хотя на самом деле сначала пойдет такая реакция:

CuSO 4 + 2NH 3 + 2H 2 O = Cu(OH) 2 ↓ + (NH 4) 2 SO 4 (так как аммиак действует как щелочь)

А потом: Cu(OH) 2 ↓ + 4NH 3 = (OH) 2)

В общем, в любом случае при достаточном количестве аммиака получится комплекс и ярко-синее окрашивание!

K 3 + 6HBr = 3KBr + AlBr 3 + 6H 2 O

K 3 + 3HBr = 3KBr + Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 O

Na 2 + 2CO 2 = 2NaHCO 3 + Zn(OH) 2 ↓

K = KAlO 2 + 2H 2 O (t 0 )

Cl + 2HNO 3 = 2NH 4 NO 3 + AgCl↓

2СuSO 4 + 4KI = 2CuI + I 2 + 2K 2 SO 4 (двухвалентная медь восстанавливается до одновалентной)

Fe 2 O 3 + 6HI = 2FeI 2 + I 2 + 3H 2 O

KNO 2 + NH 4 I = KI + N 2 + 2H 2 O

H 2 O 2 + 2KI = I 2 + 2KOH

Fe 3 O 4 + 4H 2 SO 4 (разб) = FeSO 4 + Fe 2 (SO 4) 3 + 4H2O

так как разбавленная серная кислота не является сильным окислителем, то идет обычная обменная реакция.

2Fe 3 O 4 + 10H 2 SO 4 (конц) = 3Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 10H 2 O

так как концентрированная серная кислота является сильным окислителем, то железо +2 окисляется до железа +3.

Fe 2 (SO 4) 3 + H 2 S = 2FeSO 4 + S + H 2 SO 4

так как сероводород является восстановителем, то железо +3 восстанавливается до железа +2.

NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O

Na 2 SO 4 + NaOH – не реагируют

NaHSO 4 + Ba(OH) 2 = BaSO 4 + NaOH + H 2 O

Na 2 SO 4 + Ba(OH) 2 = BaSO 4 + 2NaOH

Сu + 2H 2 SO 4 (конц) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Сu + HCl – не реагируют

CuO + 2HCl = CuCl 2 + H2O

ZnS + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 S

ZnO + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 O

Cu 2 O + 3H 2 SO 4 = 2CuSO 4 + SO 2 + 3H 2 O (тут дело в том, что, поскольку кислота концентрированная, то она доокисляпет Cu +1 до Cu +2 .

CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O

Казалось бы, при разложении нитрата железа (II) должны получиться оксид железа (II), оксид азота (IV) и кислород. Но хитрость в том, что поскольку в оксиде железа (II) железо имеет не высшую степень окисления, а в реакции выделяется кислород, то железо будет окисляться до +3 и получится оксид железа (III):

Fe(NO 3) 2 → Fe 2 O 3 + NO 2 + O 2

В этой реакции сразу два восстановителя – железо и кислород. С коэффициентами будет так:

4Fe(NO 3) 2 = 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2

В этой реакции ничего особенного нет, кроме того, что часто забывают, что медь относится еще к тем металлам, при разложении которых получается оксид металла, а не сам металл:

2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

А вот все металлы, которые за медью, при разложении своих нитратов будут давать уже просто металл.

Правильные ответы: а,б,в,д (в кумоле вообще нет гидроксильной группы, это арен).

Правильные ответы: в (в стироле вообще нет гидроксильной группы, это арен).

Правильные ответы: нет правильного ответа (в толуоле вообще нет гидроксильной группы, это арен. Фенол недостаточно кислотный. Могла бы реагировать какая-нибудь карбоновая кислота.).

Неорганическая химия

Совместный гидролиз солей

Например:

Задача 1.1. Что получится при сливании водных растворов хлорида алюминия и сульфида натрия (напишите уравнение реакции)?

Задача 1.2 . Что получится при сливании водных растворов хлорида железа (III) и карбоната натрия (напишите уравнение реакции)?

Ответы внизу

Совместный гидролиз часто встречается в задачах С2, где его не так-то просто обнаружить. Вот пример:

Задача 1.3. Порошок металлического алюминия смешали с твердым иодом и добавили несколько капель воды. К полученной соли добавили раствор гидроксида натрия до выпадения осадка. Образовавшийся осадок растворили в соляной кислоте. При последующем добавлении раствора карбоната натрия вновь наблюдали выпадение осадка. Напишите уравнения четырех описанных реакций.

Ответы внизу

Реакции оксидов с водой

Вопрос: Когда оксиды реагируют с водой?

Ответ: с водой реагируют только солеобразующие оксиды и только если получается растворимый гидроксид.

Например:

Задача 2.1 . Запишите уравнения осуществимых реакций:

Mn 2 O 7 + H 2 O =

Ответы внизу

Гидриды металлов и их свойства

Водород способен реагировать с активными металлами (преимущественно стоящими до алюминия в ряду активности металлов, то есть это щелочные и щелочно-земельные металлы). При этом образуются гидриды, например: LiH, CaH 2 .

В гидридах степень окисления водорода равна -1!

Гидриды – это бинарные соединения, а потому способны гидролизоваться.

Задача 3.1 Запишите уравнения гидролиза гидрида натрия, гидрида магния.

Пока теория тектоники плит праздновала свою «победу», параллельно набирая минусы в ходе дальнейших исследований строения недр и продвигаясь к своему краху, теория расширения Земли решила две свои главные проблемы, причем одновременно – был найден вариант такого механизма расширения, который снимает попутно и все вопросы по «запредельным» давлениям в ядре.

Выход из длительного тупика был предложен примерно три десятка лет назад советским ученым Владимиром Лариным (ныне доктор геологических наук), который, как это часто бывает, вышел на эту проблему совсем с другой стороны.

Рис. 69. Схема атомов металла и водорода

Прежде всего, растворение водорода в металле оказывается не простым перемешиванием его с атомами металла – водород при этом отдает в общую копилку раствора свой электрон, который у него всего один, и остается абсолютно «голым» протоном. А размеры протона в 100 тысяч раз (!) меньше размеров любого атома, что в конечном итоге (вместе с громадной концентрацией заряда и массы у протона) позволяет ему даже проникать глубоко внутрь электронной оболочки других атомов (эта способность оголенного протона уже доказана экспериментально).

Но проникая внутрь другого атома, протон как бы увеличивает заряд ядра этого атома, усиливая притяжение к нему электронов и уменьшая таким образом размеры атома. Поэтому растворение водорода в металле, каким бы парадоксальным это ни казалось, может приводить не к рыхлости подобного раствора, а наоборот – к уплотнению исходного металла . При нормальных условиях (то есть при обычном атмосферном давлении и комнатной температуре) этот эффект незначителен, но при высоком давлении и температуре – весьма существенен.

Таким образом, предположение о том, что внешнее жидкое ядро Земли содержит в себе значительное количество водорода, во-первых, не противоречит его химическим свойствам; во-вторых, уже решает проблему глубинного хранилища водорода для рудных месторождений; и в-третьих, что для нас более важно, допускает значительное уплотнение вещества без столь же существенного возрастания в нем давления .

«В московском университете создали баллон на основе... интерметаллида [сплав лантана и никеля]. Поворот крана – и из литрового баллона выделяется тысяча литров водорода!» (М.Курячая, «Гидриды, которых не было»).

Но оказывается, что все это – «семечки»...

В гидридах металлов – то есть в химических соединения металла с водородом – мы имеем другую картину: не водород отдает свой электрон (в общую довольно рыхлую электронную копилку), а металл избавляется от своей внешней электронной оболочки, образуя так называемую ионную связь с водородом. При этом атом водорода, принимая дополнительный электрон на ту же орбиту, по которой вращается уже имеющийся у него электрон, практически не меняет своего размера. А вот радиус иона атома металла – то есть атома без его внешней электронной оболочки – значительно меньше радиуса самого атома. Для железа и никеля радиус иона составляет примерно 0,6 от радиуса нейтрального атома, а для некоторых других металлов соотношение еще более внушительное. Подобное уменьшение размера ионов металла допускает их уплотнение в гидридной форме в несколько раз без какого-либо повышения давления в качестве следствия такого уплотнения!..

Причем эта способность к гиперуплотнению упаковки частиц гидридов экспериментально обнаруживается даже при обычных нормальных условиях (см. Табл. 1), а при высоких давлениях еще больше увеличивается.

Плотность, г/cм

Металл

Гидрид

Уплотнение, %

Табл. 1. Способность к уплотнению некоторых гидридов (при нормальных условиях)

Вдобавок, сами гидриды способны еще и растворять в себе дополнительный водород. Эту их способность даже пытались в свое время использовать при разработке водородных автомобильных двигателей для хранения топлива.

«...например, один кубический сантиметр гидрида магния вмещает водорода по весу в полтора раза больше, чем его содержится в кубическом сантиметре жидкого водорода, и в семь раз больше, чем в сжатом до ста пятидесяти атмосфер газе!» (М.Курячая, «Гидриды, которых не было»).

Одна проблема – при нормальных условиях гидриды очень неустойчивы…

Но нам-то и не нужны нормальные условия, поскольку речь идет о возможности их существования глубоко в недрах планеты – там, где давления существенно выше. А при повышении давления устойчивость гидридов существенно увеличивается.

Ныне получено уже экспериментальное подтверждение этих свойств, и все больше геологов постепенно склоняется к тому, что модель гидридного ядра может оказаться куда ближе к реальности, нежели прежняя железо-никелевая модель. Тем более, что уточненные расчеты условий в недрах нашей планеты выявляют неудовлетворительность «чистой» железо-никелиевой модели ее ядра.

«Сейсмологические измерения указывают на то, что и внутреннее (твердое), и внешнее (жидкое) ядра Земли характеризуются меньшей плотностью, по сравнению со значением, получаемым на основе модели ядра, состоящего только из металлического железа при тех же физико-химических параметрах…

Присутствие водорода в ядре долгое время вызывало дискуссию из-за его низкой растворимости в железе при атмосферном давлении. Однако недавние эксперименты позволили установить, что гидрид железа FeH может сформироваться при высоких температурах и давлениях и, погружаясь вглубь, оказывается устойчив при давлениях, превышающих 62 ГПа, что соответствует глубинам ~1600 км. В этой связи присутствие значительных количеств (до 40 мол. %) водорода в ядре вполне допустимо и снижает его плотность до значений, согласующихся с данными сейсмологии » (Ю.Пущаровский, «Тектоника и геодинамика мантии Земли»).

Но самое главное заключается в том, что при определенных условиях – например, при уменьшении давления или при нагревании – гидриды способны распадаться на составляющие. Ионы металлов переходят в атомарное состояние со всеми вытекающими отсюда последствиями. Происходит процесс, при котором объем вещества существенно увеличивается без изменения массы, то есть без какого-либо нарушения закона сохранения материи. Аналогичный процесс происходит и при выделении водорода из раствора в металле (см. выше).

А это уже дает вполне понятный механизм увеличения размеров планеты!!!

«Главным геолого-тектоническим следствием гипотезы изначально гидридной Земли является значительное, возможно, многократное за время геологической истории увеличение ее объема , что обусловлено непременным разуплотнением недр планеты при дегазации водорода и переходе гидридов в металлы» (В.Ларин, «Гипотеза изначально гидридной Земли»).

Итак, Ларин предложил теорию, не только решающую некоторые проблемы рудных месторождений и объясняющую ряд процессов в истории Земли (к чему мы еще вернемся), но и обеспечивающую серьезную почву для гипотезы расширения нашей планеты – в качестве побочного следствия.

Ларин сделал главное – он снял все основные проблемы теории расширения Земли!..

Остались только «технические мелочи».

Например, абсолютно не ясно, насколько именно увеличилась наша планета за все время своего существования, и с какой именно скоростью происходило ее расширение. Разные исследователи давали оценки, которые очень сильно расходились друг с другом, вдобавок при этом сильно напоминая простое высасывание из пальца.

«...в палеозое, по этой гипотезе, радиус Земли был примерно в 1,5 – 1,7 раза меньше современного и, следовательно, с тех пор объем Земли увеличился приблизительно в 3,5 – 5 раз» (О.Сорохтин, «Катастрофа расширяющейся Земли»).

«Наиболее вероятными мне кажутся представления об относительно умеренном масштабе расширения Земли, при котором с раннего архея (то есть за 3,5 миллиарда лет) ее радиус мог увеличиться не более чем в полтора-два раза, с позднего протерозоя (то есть за 1,6 миллиарда лет) – не более чем в 1,3 – 1,5 раза, а с начала мезозоя (то есть за последние 0,25 миллиарда лет) не более чем на 5, максимум 10 процентов» (Е.Милановский, «Земля расширяется? Земля пульсирует?»).

Увы. Гипотеза Ларина также не дает прямого ответа на этот вопрос.

Более того, все исследователи исходили из того, что процесс идет с самого начала образования Земли более-менее равномерно (автор гидридной теории В.Ларин также придерживается этой гипотезы). А это приводит к столь малым скоростям расширения, что современными приборами и зафиксировать-то его практически невозможно. И проверка справедливости теории кажется делом лишь отдаленного будущего.

Назовем несколько отличительных характеристик материалов, используемых в гидридных системах.

1) Все сплавы, отмеченные торговой маркой HY-STOR, произведены компанией Ener­gies, Inc. Большая часть данных, приведенных в этом параграфе взята из работы Хьюстона и Сэндрока. В химических формулах символ М обозначает мишметалл - смесь редкоземельных металлов, обычно получаемую из моназитной пыли. Влияние мишметалла на давление на плато сильно зависит от соотношения количества церия и лантана в этой смеси металлов.

Наклон плато

В соответствии с упрощенной термодинамической моделью гидридной сис­темы, описанной в следующем параграфе, плато на зависимости равновесное | давления от концентрации должно быть горизонтальным. Однако на практ; давление на плато немного увеличивается при увеличении концентрации водо­рода в твердой фазе.

Наклон плато может быть количественно охарактеризован с помощью ко­эффициента наклона d n(pd)/d(H, М), где pd - давление на плато на изотерме десорбции. На рис. 9.7 пунктирная линия, проходящая через изотерму десорб­ции, соответствующую 25 °С, пересекает вертикальную линию Н/М= 0 в точке pd = 9,1 атм, а линию Н/М= 1,2 в точке pd = 14,8 атм. Тогда

dlnpd In 14,8-In 9,1

М) 1,2 ’ ■ U ’

Это значение коэффициента является приемлемым Параметр наклона плато равновесного давления для сплава TiFe, например, равен нулю, тогда как у не­которых сплавов кальция значение этого параметра превышает три. При затвер­девании сплава (на этапе изготовления) имеет место тенденция к сегрегации, т. е. выделению некоторых элементов, входящих в состав сплава. По-видимому, данное явление - это основная причина возникновения наклона плато, так как с позиций термодинамики зависимость равновесного давления от концентрации водорода для идеально однородного сплава должна иметь горизонтальное плато. Отжиг материала, предшествующий его измельчению, может уменьшить наклон плато. Значения коэффициента наклона и некоторые другие характеристики приведены в табл. 9.4, 9.5 и 9.6.

Гистерезис абсорбции-десорбции

Как отмечалось выше, давление на плато при абсорбции обычно несколько выше, чем при десорбции. Другими словами, наблюдается гистерезис процессов абсорбции и десорбции при цикличной зарядке и разрядке сплава (см. рис. 9.7,

9.8, 9.10 и 9.11).

Явление гистерезиса связано с необратимым процессом выделения теплоты вследствие пластической деформации кристаллической решетки, а именно ее расширения при абсорбции и сжатия при десорбции водорода.

Явление гистерезиса количественно характеризуется отношением значений равновесного давления водорода при абсорбции и десорбции при значении ЩМ= 0,5 и обычно температуре 25 °С. Принято считать, что это отношение от температуры не зависит.

Полезная емкость определяется как изменение количества атомов абсорби­рованного водорода, приходящихся на один атом металла в гидриде, Н/М при изменении давления от значения, в 10 раз превышающего давление на плато, до значения, составляющего 0,1 давления плато. Такой способ определения полез­ной емкости дает несколько завышенные значения. Более реалистичное значение получается, если существенно сузить диапазон изменения давления.

На рис. 9.9 (сплав Fe0 8ІЧІ(| 2Ті) давление на плато при температуре 70 °С при­мерно равно 0,9 атм. При давлении в 10 раз больше указанного значения отноше­ние Н/М составляет 0,65, а при давлении в 10 раз меньше, чем давление на плато, Н/М= 0,02. Таким образом, разность А(Н/М) = 0,63. Другими словами, из 1 кмоля гидрида можно извлечь 0,63 кмоля атомарного водорода (0,63 кг).

сплава FeTi (ср. с рис. 9.4)

Теплоемкость

Гидридные системы активируются путем изменения температуры. Для то чтобы спроектировать такие системы, необходимо иметь информацию о зн чении теплоемкости различных сплавов. Значения теплоемкости ряда спла приведены в табл. 9.6.

Железо (I) , гидрид , систематически названный гидрид железа и поли (hydridoiron) представляет собой твердое неорганическое соединение с химической формулой (FeH)
н (также написано()
п или FeH). Это и термодинамический и кинетический неустойчивыйотношению к разложению при температуре окружающей среды, икак таковые, оно мало известно о его объемных свойствах.

Железо (I) , гидрид является самым простым полимерным гидридом железа. Из - за его нестабильности, она не имеет никакого практического промышленного применения. Однако, в металлургической химии, железо (I) Гидрид является основой для некоторых форм железа-водородных сплавов .

Номенклатура

Систематическое название гидрид железа , действительный ИЮПАК название, построен в соответствии с композиционной номенклатуры. Однако, как следует из названия является композиционным в природе, она не различает соединения одного и ту же стехиометрию, такие как молекулярные частицы, которые демонстрируют различные химические свойства. Систематические имена поли (hydridoiron) и поли , а также допустимые имена IUPAC, построены в соответствии с добавкой и электронно-дефицитной замещающими номенклатурами, соответственно. Они отличают титульное соединение от других.

Hydridoiron

Hydridoiron, также систематически назван ferrane (1), представляет собой соединение, связанное с химической формулой FeH (также написано ). Он также нестабилен при температуре окружающей среды с дополнительной склонностью к autopolymerize, и поэтому не может быть сконцентрирован.

Hydridoiron является самым простым Гидридом молекулярного железа. Кроме того, это может рассматриваться как железо (I) Гидрид мономер. Он был обнаружен в изоляции только в экстремальных условиях, как в ловушке замороженных благородных газов , в из холодных звезд , или в виде газа при температурах выше точки кипения железа. Предполагается иметь три оборванных валентные связи , и поэтому является свободным радикалом ; его формула может быть записана FeH 3 подчеркнуть этот факт.

При очень низких температурах (ниже 10 ), FeH может образовывать комплекс с молекулярным водородом FeH · H 2 .

Hydridoiron был впервые обнаружен в лаборатории Б. Клеман и Л. Åkerlind в 1950-х годах.

свойства

Радикальность и кислотность

Один электрон других атомных или молекулярных частиц может быть соединен с железным центром в hydridoiron путем заменой:

RR → · Р

Из - за этого захвата одного электрона, hydridoiron имеет радикальный характер. Hydridoiron является сильным радикалом.

Электронная пара основания Льюиса может вступить с железным центром по приведению:

+: L →

Из - за этот захват присоединенных паров электронов , hydridoiron имеет Lewis-кислотный характер. Следует ожидать, что железо (I) , гидрид значительно уменьшился радикальные свойства, но имеет аналогичные свойства кислот, однако скорость реакции и константа равновесия различны.

Состав

В железа (I) гидрида, атомы образуют сеть, отдельные атомы соединены друг с другом с помощью ковалентных связей . Так как полимерная твердое вещество, монокристаллический образец не претерпят переходы между состояниями, такими как плавление и растворением, так как это потребовало бы перегруппировку молекулярных связей и, следовательно, изменять свою химическую идентичность. Коллоидные кристаллические образцы, в котором межмолекулярные силы имеют отношение, как ожидается, пройти переходы между состояниями.

(I) , гидрид железа принимает двойную гексагональную плотно упакованную кристаллическую структуру с P6 3 / ММС пространственной группы, также упоминается как гидрид железа эпсилон-простое в контексте системы железо-водород. По прогнозам демонстрировать полиморфизм, переход при некоторой температуре ниже -173 ° С (-279 ° F) к гранецентрированной кристаллической структуре с Ртом 3 м пространственной группой.

Электромагнитные свойства

FeH прогнозируется иметь квартет и секстет основные состояния.

Молекула FeH имеет, по меньшей мере, четыре низкие электронные энергетические состояния, вызванные, не связующий электрона, принимая позиции в различных орбиталей: X 4 Δ, A 6 Δ б 6 Π, и с 6 Σ + . Более высокие энергетические состояния называются B 4 Е - , C 4 Φ, D 4 Σ + , E 4 Π и F 4 Δ. Даже более высокие уровни помечены G 4 П и Н 4 Д из системы квартета, и г - Σ - , е 6 Π, F 6 Δ, и г 6 Φ. В квартета состояний внутреннее квантовое число J принимает значения 1/2, 3/2, 5/2 и 7/2.

FeH играет важную полосу поглощения (так называемый группа крыла-Форд ) в ближней инфракрасной области с края полосы на 989.652 нм и максимум поглощения при 991 нм. Она также имеет линии в синий на 470 до 502,5 нм, и в зеленый от 520 до 540 нм.

Небольшой изотопный сдвиг в дейтерированном FED по сравнению с ФЭ на этой длине волны показывает, что группа происходит из - за (0,0) перехода от состояния , а именно F 4 Д-X 4 Д.

Различные другие группы существуют в каждой части спектра из - за различные колебательные переходы. (1,0) группы, а также из - за F 4 Δ-X 4 Δ переходов, составляет около 869,0 нм и (2,0) полоса вокруг 781,8 нм.

В каждой группе имеется большое количество линий. Это обусловлено переходом между различными вращательными состояниями. Линии сгруппированы в поддиапазонах 4 Δ 7/2 - 4 Δ 7/2 (сильный) и 4 Δ 5/2 - 4 Δ 5/2 , 4 Δ 3/2 - 4 Δ 3/2 и 4 Δ 1/2 - 4 Δ 1/2 . Числа как 7/2 являются значением Ом спина компонента. Каждый из них имеет две ветви Р и R, а некоторые из них ветвь Q. Внутри каждый есть то, что называется Λ расщеплением, что приводит к снижению энергетических линий (обозначенный «а») и более высокие энергетические линии (так называемый «б»). Для каждого из них существует ряд спектральных линий, зависящих от J, вращательное квантовое число, начиная с 3,5 и идет вверх с шагом 1. Как получает высокое J зависит от температуры. Кроме того, существует 12 спутниковых ветвей 4 Δ 7/2 - 4 Δ 5/2 , 4 Δ 5/2 - 4 Δ 3/2 , 4 Δ 3/2 - 4 Δ 1/2 , 4 Δ 5/2 - 4 Δ 7/2 , 4 Δ 3/2 - 4 Δ 5/2 и 4 Δ 1/2 - 4 Δ 3/2 с P и R ветвей.

Некоторые линии являются магнитно - чувствительными, например, 994.813 и 995.825 нм. Они расширяются с помощью эффекта Зеемана еще другие в той же полосе частот являются нечувствительными к воздействию магнитных полей, таких как 994.911 и 995.677 нм. Есть 222 линии в спектре (0-0) группы.

Вхождение в космическом пространстве

Гидрид железа является одним из немногих молекул, обнаруженных на Солнце Линии для ФЭ в сине-зеленой части спектра Солнца были зарегистрированы в 1972 году, в том числе много линий поглощения в 1972. Кроме солнечных пятен umbras показать группу Wing-Форд заметно.

Полосы для ФЭ (и другие гидриды

Характерно, что продукт взаимодействия водорода с торием по сравнению с водородными производными всех остальных металлов содержит наибольшее количество водорода и отвечает по составу соотношению ТhН 3,75 , т. е. приближается к составу, соответствующему максимальной валентности элементов IV группы. Плотность водородсодержащего тория почти на 30% меньше плотности металла, в то время как для остальных элементов подгруппы титана изменение плотности при взаимодействии с водородом составляет примерно 15%.

Простейшие гидриды элементов подгруппы углерода - углерода, кремния, германия, олова, свинца являются четырехвалентными и соответствуют общей формуле МеН 4 . Термическая стабильность гидридов элементов IV группы постепенно уменьшается с увеличением атомного веса этих элементов и радиуса атома.

Подгруппа ванадия V группы . Взаимодействие водорода с ванадием, ниобием и танталом во многом аналогично. Химических соединений точного стехиометрического состава в этих системах не обнаружено. Поскольку абсорбция и десорбция водорода вызывают необратимые изменения структуры металлического тантала, возможно наличие в системе тантал - водород и, по-видимому, в системе ниобий - водород некоторой доли химических связей промежуточного типа.

Простые гидриды азота, фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута имеют общую формулу МеН3. Гидриды элементов V группы менее стойки, чем элементов IV и VI групп. Большинство элементов V группы, помимо простых гидридов типа NH 3 , образует и более сложные соединения с водородом.

Из элементов подгруппы хрома VI группы - хрома, молибдена, вольфрама и урана изучен только гидрид урана UH 3 . Химическая связь в этом соединении объясняется, возможно, наличием водородных мостиков, но отнюдь не ковалентностью, что согласуется со свойствами UH 3 . Образование гидрида урана сопровождается резким (почти на 42%) уменьшением плотности урана. Такая степень уменьшения плотности является максимальной среди изученных водородных производных металлов и по порядку величины, соответствует увеличению плотности, наблюдаемому при образовании гидридов щелочных металлов I группы. О получении химических соединений точного стехиометрического состава при взаимодействии водорода с хромом, молибденом и вольфрамом достоверных сведений нет.

Гидриды элементов этой группы можно получить прямым взаимодействием элементов с водородом. В ряду Н 2 О, H 2 S, H 2 Se, H 2 Te и Н 2 Ро термическая стойкость гидридов быстро уменьшается.

Относительно химического взаимодействия водорода с элементами VIII группы периодической системы - железом, никелем и кобальтом - в литературе имеются противоречивые данные. Естественно, возникают сомнения в реальном существовании гидридов этих элементов. Взаимодействие водорода с железом, кобальтом и никелем при повышенных температурах не является химическим процессом в общепринятом смысле. Однако это еще не доказывает невозможности существования гидридов этих элементов.

Многие исследователи сообщают о получении продуктов, которые, по их мнению, являются гидридами. Так, имеются сведения о получении косвенным путем гидридов железа - FeH, FeH 2 и FеН 3 , стабильных при температуре ниже 150° С, выше которой они разлагаются. Сообщалось и о получении гидридов никеля и кобальта. Полученные продукты представляли собой темные тонкодисперсные пирофорные порошки. Согласно одним авторам, вещества этого типа, в действительности, представляют собой не гидриды, а тонкодисперсные восстановленные металлы, содержащие значительные количества водорода, физически адсорбированного на поверхности. Другие считают, что адсорбированный водород находится на поверхности металла в атомарном состоянии и образует химическую связь с атомами металла.

О химическом взаимодействии водорода с остальными элементами VIII группы (за исключением палладия) имеется очень мало согласующихся между собой данных.

В табл. 5 приведены имеющиеся данные об изменении плотности металлов при взаимодействии с водородом.