72

кальцію (~0,05 г). Додайте до нього 5-6 мл 1н розчину щавлевої кислоти і нагрійте суміш до кипіння. Потім додайте 2-3 краплі метилового оранжево-го, повільно нейтралізуйте рідину гідроксидом амонію до переходу черво-ного забарвлення індикатора в жовте. Вмісту склянки дайте постояти доти, поки осад оксалату кальцію збереться на дні. Після цього профільтруйте про-зорий розчин через фільтр "синя стрічка", 2-3 рази промийте осад у склянці холодною водою шляхом декантації, перенесіть його на фільтр, 1-2 рази спо-лосніть дно склянки і її стінки водою. На фільтрі осад промийте 5-6 разів не-великими порціями холодної води.

Потім нахиліть лійку над склянкою, в якій проводилось осадження, і змийте в неї основну частину осаду. Встановіть лійку в штативі і декілька разів пропустіть через фільтр по 5-6 мл гарячої розведеної (1:5) сірчаної кислоти. Фільтрат збирайте в ту ж склянку з осадом. Вміст склянки добре перемішайте і нагрівайте до повного розкладу оксалату кальцію.

Гарячу рідину титруйте розчином перманганату калію до появи слабкого малинового забарвлення, яке не зникає протягом 1-2 хв. (так само, як і при встановленні нормальної концентрації розчину перманганату калію за щавлевою кислотою). Масу Са2+ в досліджуваному розчині обчислити за формулою:

E – еквівалентна маса Са2+ .

Якщо на титрування виділеної щавлевої кислоти пішло 22,75 мл 0,05181н розчину перманганату калію, то одержимо:

mCa = 0,05181 22,75 0,001 20,04 = 0,02362 г.

Іноді це визначення виконують інакше. Осаджують Са2+ відміреним об'є- мом розчину оксалату амонію вапняної концентрації. Решту іонів C2O42- відтитровують перманганатом. Потім знаходять масу (NH4)2 C2O4, що прореагувала з Са2+ , а за нею – і масу самого кальцію. Однак цей метод менш точний.

Перманганатометрію широко використовують для визначення Са2+ у витяжках із біологічних матеріалів, для визначення вмісту водорозчинних сполук кальцію в грунті.

7.5.Запитання і задачі

1.Вкажіть всі відомі лабораторні й промислові способи одержання водню.

2.Чому полум'я водню невидиме?

3.Який об'єм водню за нормальних умов можна одержати з 1 г води?

4.Визначити окислювач і відновлювач та підібрати коефіцієнти в таких реакціях окислення-відновлення:

а) H2O2 + KJ + HCl → J2 + KCl + H2O;

73

б) CrCl3 + H2O2 + NaOH → Na2CrO4 + NaCl + H2O.

5.Закінчити рівняння окислювально-відновлювальних реакцій:

a) MnSO4 + H2O2 + KOH → б) FeSO4 + H2O2 + H2SO4 →

6.Охарактеризуйте фізичні та хімічні властивості металів.

7.Як змінюються відновлювальні властивості в атомів металів головних підгруп періодичної системи зі зростанням порядкового номера ?

8.Від чого залежать хімічні властивості металів ?

9.Обчисліть процентний вміст оксиду калію в карналіті, хлориді калію, нітраті калію.

10.Як треба зберігати калій і натрій в лабораторних умовах?

11.Чи можна отримати металічний калій при електролізі водного розчину хлориду калію ? Чому ?

12.Подайте формули солей найважливіших калійних добрив.

13.Чому їдкі дуги необхідно зберігати в добре закритому посуді?

14.Розрахуйте нормальність 1%-ного розчину КОН, якщо густина розчину дорівнює 1000 кг/м3 .

15.Подайте електронні формули атома магнію і кальцію.

16.Як змінюються основні властивості гідроксидів елементів головної

підгрупи другої групи періодичної системи ? Чим це можна пояснити ?

17.Чому карбонати кальцію і магнію розчиняються в природній воді ? Складіть рівняння відповідних реакцій.

18.Що береться за одиницю виміру твердості води ?

20.На титрування 100 мл води в присутності метилового оранжевого витрачено 3,4 мл 0,0088 н розчину сірчаної кислоти. Обчисліть твердість води в мекв/л.

21.Складіть рівняння реакції, що відбувається при твердінні гашеного вапна.

22.Як отримують негашене вапно? В чому полягає процес гасіння вапна? Виразіть реакції, що відбуваються при цьому, рівняннями.

23.Чому не можна осадити повністю гідроксид магнію дією гідроксиду амонію?

24.Складіть рівняння таких реакцій:

Mg + H3PO4 →

Mg + H2SO4 (конц.) →

Mg + H2SO4 (розв.) →

Mg + HNO3 (конц.) →

7.6.Література

1.Платонов Ф.Н., Дейкова З.Е. Практикум по неорганической химии: Учеб.пособие для с.-х. и биолог. специальностей вузов. – 3-е изд. –

М.: Высш.шк., 1985. – 255 с.

74

2.Неорганическая химия: Метод. указ. к лекциям для студентов 1 курса // Сост.: Л.А.Фролова, Н.А.Князев, С.А.Рогожина и др. – М., 1979. - 172 с.

3.Цитович И.К. Курс аналитической химии: Учебник для с.-х.вузов. –

М.: Высш.шк., 1985. – 400 с.

4.Хомченко Г.П., Цитович И.К. Неорганическая химия: Учебник для с.-х. вузов. – М.: Высш.шк., 1987. – 464 с.

75

8.ВЛАСТИВОСТІ Р-ЕЛЕМЕНТІВ

8.1.Загальна характеристика р-елементів

Відомо, що у р-елементів заповнюється електронами р-підрівень зовнішнього електронногорівня, наякомуможутьперебувативідодногодошестиелектро-нів.

У періодичній системі 30 р-елементів. Ці р-елементи або їхні р-електронні аналоги утворюють підгрупи ІІІА, ІVА, VА, VIА, VIIА, VIIIA. Будова зовніш-нього

електронного рівня атомів елементів цих підгруп розвивається таким чи-ном: nsp1, ns2p2, ns2p3, ns2p4, ns2p5 і ns2p6.

У цілому у р-елементів, крім алюмінію, відновлювальна активність вираже-на порівняно слабо. Навпаки, при переході від ІІІА до VІIА-підгрупи спостері-гається посилення окислювальної активності нейтральних атомів, ростуть вели-чини спорідненості до електрона та енергії іонізації, збільшується електронегативність р-елементів.

В атомах р-елементів валентні не тільки р-електрони, а й електрони зовнішнього рівня. Вищий позитивний ступінь окислення р-електронних аналогів дорівнює номеру групи, в якій вони перебувають.

Найбільше значення для сільського господарства мають сполуки елементів VАпідгрупи (азоту, фосфору, миш'яку), а також елементів IIІА-підгруп (бору) та VІІА-підгрупи (фтору і хлору).

Елементарні речовини і сполука деяких р-елементів мають велике значення для нової техніки. Наприклад, елементи ІVА-підгрупи кремнію і германію – напівпровідники; широкозастосовуєтьсявпромисловості алмаз (табл. 8.1).

8.2. Елементи ІІІА-підгруш (бор і алюміній)

Бор B (1s22s22p1) – типовий неметал. Високої чистоти бор одержують термічнимрозкладомбороводнівігалідівбору.

Бор – досить поширений елемент. Вміст його в земній корі становить 3 10-4 мас.%, що у 5 разів більше свинцю, і в 250 разів більше срібла. Однак, бор є розсіяним елементом. У природі бор зустрічається у вигляді сполук; най-більш важливими з них є бура Na2B4O7 10H2O і борна кислота H3BO3 (остання – у воді гарячих джерел). У вільному стані бор отримують за декілька стадій: спершу борну кислоту нагріванням переводять у сескві-оксид бору B2O3, з якого потім відновлюютьбормагніємабонатрієм:

B2O3 + 3Mg → 3MgO + 2B.

В результаті виходить аморфний бор. Із бури отримують за схемою:

Бор розчиняється лиже у концентрованій азотній та сірчаній кислотах:

В+ 3HNO3 →Na3BO3 + 3NO2, 2B + 3H2SO4 →2H3BO3 + 5SO2.

При високих температурах він стає активним і взаємодіє з киснем (при 1000 К),

76

Таблиця 8.1. Властивості елементів

77

утворюючиоксид боруВ2O3, якийназивається борним ангідридом: 4В + 3O2 → 2В2O3. Останній являє собою безколірну рідину – скловидну масу, яка розчиняється у воді з утвореннямборноїкислоти:

В2O3 + 3H2O ↔2Н3В03.

Борна кислота – це дрібні білі кристалики, розчинні в теплій воді. За своєю силою вона слабкіша вугільної: Kдис.H3 BO3 – 5 10-10; Kдис.H2 CO3 –4 10-7, але

більш стійка. Ступінь дисоціації борної кислоти в 0,1 н розчині складає 0,001%. При нагріванні борна кислота поступово зневоднюється, спершу утворюючи метаборну кислоту Н2В4О7 і, нарешті, оксид бору В2O3. Хімізм усіх термічних перетворень може бути представлений рівняннями:

Н3ВО3 → HBO2 + H2O

4HBO2 → H2B4O7 + H2O

H2 B4 O7 t →2B2 O3 + H2 O.

Усі вказані реакції зворотні і протікають у зворотному напрямі при пониженні температури.

Солі борної кислоти. Солі борної кислоти називають боратами, солі тетраборної кислоти – тетраборатами. Солі одержують дією на кислоту лугом за рівнянням:

4Н3ВО3 + 2NaOH → Na2B4O7 + 7H2O.

Характерно, що при реакції нейтралізації борної кислоти виходять не борати, а тетраборати. В даному випадку отримується тетраборат натрію (бура), який застосовують у виробництві емалей (при виготовленні посуду) та легкоплавкої поливи (нею покривають фарфоровий і фаянсовий посуд), а також для виготовлення лампового і оптичного скла.

Буру широко використовують при паянні і для зварювання металів, бо, сплавляючись з оксидами металів, утворює метаборати, що полегшує змочування металу припоєм. Якщо сплавляти, наприклад, СоО2 з бурою, то виходить синє ("кобальтове") скло:

СоО2 + Nа2В4O7 → Со(ВO2)2 2NаВO2.

Сполуки хрому при сплавленні з бурою утворюють смарагдово-зелене скло. Цими процесами користуються для якісного виявлення Co, Сr та інших елементів у сполуках.

Характерними властивостями тетраборатів є те, що при дії на них сильною кислотою утворюється не тетраборна, а звичайна борна кислота:

Nа2В4O7 + H2SO4 + 5H2O → Na2SO4 + 4H3BO3.

Борну кислоту використовують у скляній і керамічній промисловості для виробництва різних сортів оптичного і жаростійкого скла, емалей, полив. Емалі

– це легкоплавкі, білі чи забарвлені силікатні покриття, що являють собою тонкі шари, утворені на поверхні виробів (головним чином, металевих) розплавленням різних оксидів і закріплені випалом. До складу емалей входять: польовий шпат (K2O Al2O3 6SiO2), пісок або кварц (SiO2), сода

78

(Na2CO3), бура чи борна кислота, селітра (КNO3) та інші компоненти, а також при потребі різні кольорові оксидидля надання емалям будь-якого кольору.

Емалеві покриття відзначаються доброю механічною стійкістю, протистоять корозійним впливам, красиві на вигляд і широко застосовуються для покриття металевого посуду, хімічної апаратури, побутових холодильників та інших предметів.

Бор є важливим мікроелементом, що сприяє обміну речовин. В організмі тварин і людини бор знаходиться в печінці, нирках, ендокринних залозах, посилює обмінні процеси, сприяє нагромадженню вітаміну А.Особливе значення має бор для нормального розвитку рослин. Бор поліпшує постачання рослин і, в першу чергу, їхньої кореневої системи киснем. Пояснюється це тим, що бор утворює з багатьма органічними сполуками (спиртами, оксикислотами, цукрами тощо) органічні пероксиди, а ті й постачають корінню необхідний йому кисень, при нестачі його не ростуть корені, уповільнюється ріст рослин, припиняються цвітіння та утворення плодів. Повна відсутність бору в грунті призводить до загибелі рослин.

Внесення сполук бору в грунт виявилося вельми ефективним засобом для підняття урожайності багатьох культур, тому широко розповсюджені борні мікродобрива, які містять борну кислоту H3BO3, буру Na2B4O7; і борат магнію Mg3(ВО3)2. При внесенні 0,5-1 кг борних добрив на 1 га урожайність цукрових буряків збільшується на 25-35 ц/га, а цукристість коренів – на 0,5-1,5 %. Доза

950-1000°С. Алюміній – активний метал з великою спорідненістю з киснем: на повітрі він швидко покривається дуже тонкою (0,00001 мм), проте дуже щільною плівкою оксиду, яка захищає метал від подальшого окислення.

В ряду напружень алюміній розташований лівіше водню. Коли з металу видалити оксидну плівку, то він розкладає воду:

2A1 + 6H2O → 2Аl(ОН)3 + ЗН2O.

Розбавлену кислоту азотну він відновлює в залежності від концентрації та температури до NO, N2O, N2. В концентрованих азотній та сірчаній кислотах він не розчиняється, бо утворений Al2O3 не взаємодіє з концентрованими кислотами-окис- лювачами. Розчиняєтьсяврозчинахлугівзутвореннямгідроксоаквакомплексу:

2A1 + 2NаОH + 10H2O → 2Na[Al(OH)4(H2O)2] + 3H2.

Оксид алюмінію Аl2O3, білого кольору, вельми тугоплавкий, з дуже високою твердістю, нерозчинний у воді. В лабораторії його отримують спалюванням алюмінію в кисні:

4А1 + 3O2 → 2Аl2O3, Н298 = 1685 кДж/моль.

В промисловості Аl2O3, одержують із бокситів або нефелінів. Оксид алюмінію амфотерний; взаємодієізкислотами:

A12O3 + 6HCl + 3Н2О → Аl(Н2О)6С13,

із лугами: Аl2O3+ 2KOH → 2КАlO2 (при сплавленні).