Методичні вказівки.

До головної підгрупи 7 групи періодичної системи и елементів Д.І. Менделєєва входять фтор F, хлор CІ, бром Br, йод I та астат At. Загальна назва цієї групи елементів – галогени.

Атом і галогени мають на останньому енергетичному рівні сім електронів: ns² np⁵.

З галогенів у земній корі найпоширеніші хлор і фтор. Астат трапляється в дуже незначних кількостях у продуктах розпаду природних радіоактивних речовин.

У вільному стані галогени утворюють прості речовини, що складаються з двохатомних молекул: фтор F₂, хлор CІ₂, бром Br₂, йод I₂. При кімнатних умовах (нормальний тиск і температура ~ 20^oС) фтор – світло-жовтий газ, хлор – жовто-зелений газ, бром – червоно-бура рідина, йод – темно-фіолетова рідина, йод – темно-фіолетова кристалічна речовина. Вона має різкий запах.

Хлор, бром і йод розчиняються у воді, взаємодіючи з нею. Фтор розкладає воду з вибухом. Розчин хлору у воді називається хлорною водою, брому – бромною водою, йоду – йодною водою. Бром і йод добре розчиняються в органічних розчинниках – спирті, бензолі тощо.

Галогени – отруйні речовини. Вдихання їхньої пари викликає подразнення органів дихання, а у великих кількостях вони можуть викликати ядуху. Газоподібний фтор і рідкий бром викликають сильні опіки шкіри. При роботі з галогенами слід дотримуватись застережних заходів.

Галогени мають високу хімічну активність, яка послаблюється в ряду F₂ – CІ₂ ^–Br₂ – I₂.

Галогени утворюють з воднем такі сполуки: фтороводень HF, хлороводень HCІ, бромоводень HBr , йодоводень HI.

Фтороводень – це безбарвна рідина з температурою кипіння 19,5^оС. Решта галагеноводнів за звичайних умов - безбарвні гази.

Головну підгрупу VI групи періодичної системи елементів Д. І. Менделеєва становлять оксиген О, сульфур S, селен Se, телур Te і полоній Po. Загальна назва елементів цієї підгрупи – халькогени.

В атомах халькогенів на останьому енергетичному рівні перебуває по шість електронів: ns², np⁴.

Головну підгрупу пятої групи періодичної системи Д. І. Менделєєва складають нітроген N, фосфор P, миш’як Az, сурма Sb і вісмут Bi.

Електронна конфігурація останього енергетичного рівня атомів елементів цієї підгрупи; ns² np³, тобто вони мають п’ять валентних електронів і можуть виявляти ступені окислення від – 3 до +5.

У вільному стані нітроген утворює одну просту речовину -молекулярний азот N₂. В молекулі азоту утворюються три хімічних зв’язки: один σ– і два π-зв’язки, що зображують так:

N ≡ N

Це так званий потрійний зв'язок.

Амоніак – безбарвний газ з різким запахом. При температурі, нижчій за 33,4⁰С, він переходить у рідкий стан. Для амоніаку характерні реакції приєднання і окислення.

Амоніак енергійно взаємодіє з водою. Водний розчин амоніаку має лужну реакцію. Індикатор фенолфталеїн викликає появу малинового забарвлення розчину. Лужна реакція розчину амоніаку пояснюється наявністю гідроксид-іонів у рівноважній системі: NH₃  H₂O = NH₄⁺ + OH^-.

Водний розчин амоніаку прийнято називати гідроксидом амонію. Йому умовно приписують формулу NH₄OH. А також його називають аміачною водою, а в медицині розчин з масовою часткою NH₃ - 10% нашатирним спиртом – застосовують у медицині.

Нітроген утворює такі оксиди: N₂O - оксид нітрогену (I), або оксид діазоту; NO- оксид нітрогену (II), або монооксид азоту; N₂O₃ - оксид нітрогену (III), або триоксид діазоту; NO₂ - оксид нітрогену (IV), або діоксид азоту; N₂O₄ - тетроксид діазоту; N₂O₅ - оксид нітрогену (V), або пента-оксид діазоту.

Нітритна кислота є слабкою одноосновною кислотою. ЇЇ солі називаються нітритами, наприклад NаNO₂ – нітрит натрію.

Білий фосфор– м’яка кристалічна речовина. Складається з молекулP₄. Плавиться при температурі 44,1 ⁰С.

Дуже добре розчиняється в сірковуглеці CS₂.Надзвичайно отруйний і легко займається.

Під час нагрівання білого фосфору утворюється червоний фосфор. Він є сумішшю кількох модифікацій, що мають різну довжину молекул. Колір червоного фосфору залежно від способу та умов добування може змінюватися від світло-червоного до фіолетового і темно – коричневого. Темперетура його плавлення 585 – 600 ⁰С.

Чорний фосфор– найстійкіша модифікація. За зовнішнім виглядом він подібний до графіту. На відміну від білого фосфору червоний і чорний фосфор не розчиняються в сірковуглеці, вони не отруйні і не вогненебезпечні.

Фосфор хімічно активніший, ніж азот. Хімічна активність фосфору залежить від алотропічної модифікації, в якій він перебуває. Так, найактивніший білий фосфор, а найменш активний – чорний фосфор.

При наявності домішок технічний фосфор має жовте забарвлення, в промисловості його називають жовтим фосфором.

Оксид фосфору (ІІІ) – біла кристалічна речовина. Отруйна. У воді розчиняється з утворенням фосфористоїкислоти:

P₂O₃ + 3H₂O = 2H₃PO₃

Фосфориста кислота та її солі – фосфіти– являються сильними відновниками.

Ортофосфорна кислота – найпоширеніша з усіх кислот фосфору, звичайно її називають просто фосфорною кислотою.

Фосфорна кислота – тверда біла речовина, температура плавління 42,4⁰С. Змішується з водою у будь-яких співвідношеннях. У водних розчинах є трьохосновною кислотою середньої сили.

Середні солі фосфорної кислоти називаються ортофосфатамиабофосфатами, наприклад К₃PO₄– фосфат (ортофосфат) калію. Як трьохосновна кислота H₃PO₄утворює два типи кислих солей, наприклад К₂НPO₄– гідрофосфат калію і КН₂PO₄– дигідрофосфат калію.

Головну підгруну ІV групи періодичної системи Д.І. Менделєєва складають карбон С, сіліцій Si, германій Ge, олово Sn і свинець Pb.

У атомів цих елементів на останньому енергетичеому рівні є вільна р- орбіталь, тому що s – електрон останнього енергетичногорівня може переходити на цю орбіталь (збуджений атом). Відповідно до такої електронної будови атомів елементи головної підгрупи ІV групи виявляють у сполуках ступені окислення – 4, -2, +4.

Карбон утворює три алотропні видозміни: алмаз, графіт і вугілля.

Алмаз – це безбарвна кристалічна речовина. Його властивості визначаються будовою кристалу. Кристалічна орешітка алмазу побудована так, що кожен атом карбону знаходиться в центрі тетраедра, вершини якого утворюють чотири найближче розташовані атоми. Кожний атом сполучений з чотирма сусідніми атомами міцними рівноцінними ковалентними зв’язками. Така структура алмазу зумовлює його високу твердість. Алмаз практично не проводить електричний струм.

Графіт – це кристалічна речовина сірого кольору з металевим блиском.

Крім розглянутих вище основних алотропних видозмін, карбон існує ще в кількох формах. Це так звані вуглецеві матеріали. До них належить вугілля (кокс, деревне вугілля), технічний карбон (сажа), склокарбон.

Вугілля– це речовина чорного кольору, що містить карбон у вигляді подрібненого графіту. Вугілля утворюється при термічному розкладанні сполук, що містять карбон. Під час нагрівання деревини при недостатній кількості кисню утворюється деревне вугілля. При термічному розкладанні багатьох вуглевмісних речовин, наприклад природного газу, утворюється – сажа.Сажа– це тонкодисперсний чорний порошок, що також складається з сильно подрібненого графіту.

Склокарбон– це твердий матеріал, в його структурі без певного порядку сполучені структурні залишки алмазу, графіту і карбону. Він має ряд цінних властивостей: малу густину, високу механічну міцність, тугоплавкість, хорошу електропровідність.

Адсорбція– це концентрування різних речовин на поверхні поділу двох систем (тверда речовина – рідина, тверда речовина – газ, рідина – газ, рідина - рідина). Речовина, що утворює на своїй поверхні частки, називаєтьсяадсорбентом. Речовина, що адсорбується називаєтьсяадсорбатом. Адсорбція може супроводжуватися хімічною реакцією між адсорбентом та адсорбатом. Такий процес називаєтьсяхемосорбцією.

Карбонати– білі кристалічні речовини. Більшість з них мало розчиненні у воді, лише деякі, наприклад карбонат натрію, калію та амонію, добре розчиняються у воді. Розчини карбонатів мають лужну реакцію.

На відміну від карбонатів усі гідрокарбонати добре розчиняються у воді.

Сіліцій – другий хімічний елемент після кисню за поширеністю на Землі, його масова частка у земній корі становить 27,6 %. Найпоширенішою кремнієвмісною речовиною є оксид сіліцію (ІV) (кремнезем)SiO₂. У природі вона трапляється у вигляді мінералу кварцу і багатьох його різновидів (кварцовий пісок, гірський кришталь, кремінь, яшма, агат, опал тощо). Кремнезем – основний компонент будь-якого піску.