Способность химического элемента существовать в виде двух или нескольких простых веществ, отличающихся лишь числом атомов в молекуле, либо строением. Углерод

Признаки	Алмаз (С)	Графит (С)
Состав молекулы	атомы углерода	атомы углерода
	Прозрачный	Серо-чёрное вещество, с металлическим блеском, жирное на ощупь
Агрегатное состояние	Очень твёрдый
Теплопроводность и электропроводность	Не проводит тепло и электричество	Проводит тепло и электричество
Тип кристаллической решётки

Аллотропия углерода обусловлена различным расположением атомов в кристаллической решётке

Алмаз и графит-атомная кристаллическая решётка, Фулерен-молекулярная (С 60)

Кислород существует в виде двух аллотропных модификаций –O 2 и О 3

Вещество, формула которого O2, встречается в атмосфере, гидросфере, земной коре и живых организмах. Около 20% атмосферы образовано двухатомными молекулами кислорода. В стратосфере на высоте примерно 12–50 км от земной поверхности находится слой, получивший название «озоновый экран». Его состав отражает формула O3. Озон защищает нашу планету, интенсивно поглощая опасные лучи красного и ультрафиолетового спектра Солнца.

Сравнение кислорода и озона

Признаки	Кислород	Озон
Состав молекулы	2 атома кислорода	3 атома кислорода
Строение
Агрегатное состояние и цвет	Бесцветный прозрачный газ либо бледно-голубая жидкость	Голубой газ, жидкость синего цвета, темно-фиолетовое твердое вещество
	Отсутствует	Острый, напоминающий о грозе, свежескошенном сене
Температура плавления (°С)
Точка кипения (°С)
Плотность (г/л)
Растворимость в воде	Мало растворяется	Лучше, чем у кислорода
Химическая активность	При обычных условиях стабилен	Легко разлагается с образованием кислорода
Тип кристаллической решётки	Молекулярная	Молекулярная

Аллотропия кислорода и озона обусловлена различным числом кислорода в молекулах веществ.

Аллотропия кислорода

Кислород О 2	Озон О 3
Физические свойства
Кислород - один из самых часто встречающихся элементов в природе, в атмосфере на его долю приходится 21%. Он поддерживает жизнь на планете и делает возможным горение. Самый распространенный элемент на Земле, является компонентом большинства горных пород и минералов. Более 60% массы человеческого тела приходится на кислород. Бесцветный, не обладающий запахом газ - кислород, плохо растворим в воде и немного тяжелее воздуха. При охлаждении до -183С кислород становится прозрачной голубоватой жидкостью с плотностью, превышающей плотность воды.	Озон О 3 находится в стратосфере на высоте 25-50 километров, образуя озоновый слой. Озон образуется при разложении кислорода под воздействием ультрафиолетовых солнечных лучей, а также при атмосферных разрядах. Свое название он получил благодаря сильному запаху (от греческого слова ozon– душистый). Это бледно-голубой нестабильный газ. Легко растворяется в воде, обладает бактерицидными свойствами и используется для дезинфекции воды и воздуха. В больших количествах озон опасен. Благодаря своей способности поглощать ультрафиолетовые лучи, озон защищает живые организмы – людей, животных и растения – от опасного УФ-излучения Солнца.

Аллатропия фосфора

Признаки	Красный фосфор(Р)	Белый фосфор(Р 4)
Состав вещества	атомы фосфора	Молекулы фосфора
	Кирпично-красный	Желтовато-воскообразное вещество
	Без запаха	Запах чеснока
Растворимость	Растворяется в воде и сероуглероде	Не растворяется в воде, хорошо растворяется в сероуглероде
Влияние на организм	Не ядовит	Ядовитое вещество
Свечение в темноте	Не светится	Светится
Химическая активность	Менее химически активен, горит при поджигании	Более химически активен, самовоспламеняется на воздухе
Тип кристаллической решётки		Молекулярная

Аллотропия фосфора обусловлена различной кристаллической решёткой

Аллатропия серы

Признаки	Сера ромбическая(S8)	Сера пластическая (S)
Состав вещества	Молекулы Серы	Атомы серы
		Тёмно-коричневый
	Без запаха	Без запаха
Агрегатное состояние		Тянется как резина
Температура плавления	Легкоплавкая, +112,8 0 С.	Плавится хуже, +444,6 0 С
Тип кристаллической решётки	Молекулярная

Аллотропия серы обусловлена различной кристаллической решёткой

ромбическая , моноклинная и пластическая .

Сера расположена в VIа группе Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
На внешнем энергетическом уровне серы содержится 6 электронов, которые имеют 3s 2 3p 4 . В соединениях с металлами и водородом сера проявляет отрицательную степень окисления элементов -2, в соединениях с кислородом и другими активными неметаллами – положительные +2, +4, +6. Сера – типичный неметалл, в зависимости от типа превращения может быть окислителем и восстановителем.

Нахождение серы в природе

Сера встречается в свободном (самородном) состоянии и связанном виде.

Важнейшие природные соединения серы:

FeS 2 - железный колчедан или пирит,

ZnS - цинковая обманка или сфалерит (вюрцит),

PbS - свинцовый блеск или галенит,

HgS - киноварь,

Sb 2 S 3 - антимонит.

Кроме того, сера присутствует в нефти, природном угле, природных газах, в природных водах (в виде сульфат-иона и обуславливает «постоянную» жёсткость пресной воды). Жизненно важный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах.

Аллотропные модификации серы

Аллотропия — это способность одного и того же элемента существовать в разных молекулярных формах (молекулы содержат разное количество атомов одного и того же элемента, например, О 2 и О 3 , S 2 и S 8 , Р 2 и Р 4 и т.д).

Сера отличается способностью образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов. Наиболее стабильны S 8 , образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера - хрупкое вещество жёлтого цвета.

Открытые цепи имеет пластическая сера, вещество коричневого цвета, которая получается при резком охлаждении расплава серы (пластическая сера уже через несколько часов становится хрупкой, приобретает жёлтый цвет и постепенно превращается в ромбическую).

1) ромбическая — S 8

t°пл. = 113°C; r = 2,07 г/см 3

Наиболее устойчивая модификация.

2) моноклинная — темно-желтые иглы

t°пл. = 119°C; r = 1,96 г/см 3

Устойчивая при температуре более 96°С; при обычных условиях превращается в ромбическую.

3) пластическая — коричневая резиноподобная (аморфная) масса

Неустойчива, при затвердевании превращается в ромбическую

Получение серы

1. Промышленный метод — выплавление из руды с помощью водяного пара.
2. Неполное окисление сероводорода (при недостатке кислорода):

2H 2 S + O 2 → 2S + 2H 2 O

1. Реакция Вакенродера:

2H 2 S + SO 2 → 3S + 2H 2 O

Химические свойства серы

Окислительные свойства серы
(S 0 + 2ē → S -2 )

1) Сера реагирует со щелочными без нагревания:

S + O 2 – t° → S +4 O 2

2S + 3O 2 – t °; pt → 2S +6 O 3

4) (кроме йода):

S + Cl 2 → S +2 Cl 2

S + 3F 2 → SF 6

Со сложными веществами:

5) c кислотами — окислителями:

S + 2H 2 SO 4 (конц) → 3S +4 O 2 + 2H 2 O

S + 6HNO 3 (конц) → H 2 S +6 O 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

Реакции диспропорционирования:

6) 3S 0 + 6KOH → K 2 S +4 O 3 + 2K 2 S -2 + 3H 2 O

7) сера растворяется в концентрированном растворе сульфита натрия:

S 0 + Na 2 S +4 O 3 → Na 2 S 2 O 3 тиосульфат натрия

Аллотропией называют способность атомов одного элемента формировать разные типы простых веществ. Так образуются соединения, отличные друг от друга.

Аллотропные модификации являются стабильными. В условиях постоянного давления при определенной температуре эти вещества могут переходить одни в другие.

Аллотропные модификации могут образовываться из молекул, имеющих разное количество атомов. Например, элемент Кислород образует озон (О3) и собственно вещество кислород (О2).

Аллотропные модификации могут быть имеющими разное К таким соединениям можно отнести, например, алмаз и графит. Указанные вещества - аллотропные модификации углерода. Этот химический элемент может образовывать пять гексагональный и кубический алмаз, графит, карбин (в двух формах).

Гексагональный алмаз обнаружен в метеоритах и получен в лабораторных условиях при продолжительном нагревании под воздействием очень высокого давления.

Алмаз, как известно, является самым твердым из всех веществ, существующих в природе. Применяется он при бурении горных пород и резке стекла. Алмаз представляет собой бесцветное прозрачное которое обладает высокой светопреломляемостью. Кристаллы алмазов имеют кубическую гранецентрированную решетку. Половина атомов кристалла располагается в центрах граней и вершинах одного куба, а остальная половина атомов - в центрах граней и вершинах другого куба, который смещен относительно первого по направлению пространственной диагонали. Атомы формируют тетраэдрическую трехмерную сетку, в которой они имеют

Из всех простых веществ только в алмазе присутствует максимальное количество атомов, которые располагаются очень плотно. Поэтому соединение является очень прочным и твердым. Прочные связи в углеродных тетраэдрах обеспечивают высокую химическую стойкость. На алмаз может воздействовать только фтор или кислород при температуре восемьсот градусов.

Без доступа воздуха при сильном нагреве алмаз превращается в графит. Это вещество представлено кристаллами темно-серого имеет слабый металлический блеск. На ощупь вещество маслянистое. Графит устойчив к нагреванию, обладает сравнительно высокой тепло- и электропроводностью. Вещество применяют при изготовлении карандашей.

Карбин получают синтетическим путем. Это твердое вещество черного цвета со стеклянным блеском. Без доступа воздуха при нагревании карбин превращается в графит.

Существует еще одна форма углерода - аморфный неупорядоченную структуру получают при нагревании углеродосодержащих соединений. Большие залежи угля обнаруживаются в природных условиях. При этом вещество имеет несколько сортов. Уголь может быть представлен в виде сажи, костяного угля или кокса.

Как уже было указано, аллотропные модификации одного элемента характеризуются разной межатомной структурой. Кроме того, они наделены различными химическими и физическими свойствами.

Сера является еще одним элементом, способным к аллотропии. Это вещество применяется человеком с давних времен. Существуют разные аллотропные модификации серы. Наиболее популярной является ромбическая. Она представлена твердым веществом желтого цвета. Ромбическая сера не смачивается водой (плавает на поверхности). Это свойство применяется при добыче вещества. Ромбическая сера растворима в органических растворителях. Вещество обладает плохой электро- и теплопроводностью.

Кроме этого, существует пластическая и моноклинная сера. Первая представляет собой коричневую аморфную (похожую на резину) массу. Она образуется, если в холодную воду вылить расплавленную серу. Моноклинная представлена в виде темно-желтых игл. Под влиянием комнатной (или приближенной к ней) температуре обе эти модификации переходят в ромбическую серу.

Положение кислорода и серы в периодической системе химических элементов, строение их атомов. Озон – аллотропная модификация кислорода

ПОДГРУППА КИСЛОРОДА (ХАЛЬКОГЕНЫ) В подгруппу кислорода входят элементы: кислород, сера, селен, теллур, полоний. ХАЛЬКОГЕНЫ В ПРИРОДЕ Положение в таблице Свойства элементов VI-A подгруппы. Кислород и сера имеют одинаковое строение внешнего энергетического уровня –ns 2 np 4 , где n – номер периода. Кислород O 2 (К.В. Шееле 1772 г., Дж. Пристли 1774 г.) Самый распространенный элемент на Земле в воздухе - 21% по объему; в земной коре - 49% по массе; в гидросфере - 89% по массе; в составе живых организмов-- до 65% по массе.

АЛЛОТРОПИЯ КИСЛОРОДА

Строение атома

Химические свойства

Взаимодействие веществ с кислородом называется окислением .

С кислородом реагируют все элементы, кроме Au, Pt, He, Ne и Ar, во всех реакциях (кроме взаимодействия со фтором) кислород - окислитель.

С неметаллами

S + O 2 → SO 2

2H 2 + O 2 → 2H 2 O

С металлами

2Mg + O 2 → 2MgO

2Cu + O 2 →2CuO (при нагревании)

Со сложными веществами

4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2H 2 S + 3O 2 → 2SO 2 + 2H 2 O

CH 4 + 2O 2 →CO 2 + 2H 2 O

Горение в кислороде

2. Действием серной кислоты на пероксид бария

3BaO 2 + 3H 2 SO 4 → 3BaSO 4 + 3H 2 O + O 3 ­

Получение и обнаружение озона

Химические свойства

Озон химически активнее кислорода. Активность озона объясняется тем, что при его разложении образуется молекула кислорода и атомарный кислород, который активно реагирует с другими веществами.

O 3 → O 2 + O (озон неустойчив)

Например, озон легко реагирует с серебром, тогда как кислород не соединяется с ним даже при нагревании:

6Ag + O 3 → 3Ag 2 O

Т. е. озон - сильный окислитель:

2KI + O 3 + H 2 O → 2KOH + I 2 + O 2

Озон в природе

Обесцвечивает красящие вещества, отражает УФ - лучи, уничтожает микроорганизмы. Озон является постоянным компонентом атмосферы Земли и играет важную роль для поддержания на ней жизни. В приземных слоях земной атмосферы концентрация озона чрезвычайно мала и составляет величину порядка 10-7 - 10-6%. Однако с увеличением высоты концентрация озона резко возрастает, проходя через максимум на высоте 20-30 км. Общее содержание озона в атмосфере может быть охарактеризовано слоем озона, приведённого к нормальным условиям (0°С, 1 атм ), и составляет толщину около 0,4-0,6 см. Общее содержание озона в атмосфере переменное, и колеблется в зависимости от времени года и географической широты. Как правило, концентрация озона больше в высоких широтах и максимальна весной, а минимальна осенью. Известно, что атмосферный озон играет ключевую роль для поддержания жизни на земле, выступая в качестве защитной составляющей для живых организмов от жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца. С другой стороны, озон является весьма эффективным парниковым газом, и, поглощая инфракрасное излучение поверхности Земли, препятствует её охлаждению. Установлено, что нахождение и перемещение масс озона в атмосфере Земли существенно влияет на метеорологическую обстановку на планете.

Применение озона обусловлено его свойствами

1. сильного окисляющего агента:

· для стерилизации изделий медицинского назначения

· при получении многих веществ в лабораторной и промышленной практике

· для отбеливания бумаги

· для очистки масел

2. сильного дезинфицирующего средства:

· для очистки воды и воздуха от микроорганизмов (озонирование)

· для дезинфекции помещений и одежды

Одним из существенных достоинств озонирования, по сравнению с хлорированием, является отсутствие токсинов после обработки. Тогда как при хлорировании возможно образование существенного количества токсинов и ядов, например, диоксина.

Сера. Аллотропия серы. Физические и химические свойства серы. Применение

СЕРА S Cера в природе Самородная сера Украина, Поволжье, Центральная Азия и др Сульфиды PbS - свинцовый блеск Cu 2 S – медный блеск ZnS – цинковая обманка FeS 2 – пирит, серный колчедан, кошачье золото H 2 S – сероводород (в минеральных источниках и природном газе) Белки Волосы, кожные покровы, ногти… Сульфаты CaSO 4 x 2H 2 O - гипс MgSO 4 x 7H 2 O – горькая соль (английская) Na 2 SO 4 x 10H 2 O – глауберова соль (мирабилит) Физические свойства Твердое кристаллическое вещество желтого цвета, нерастворима в воде, водой не смачивается (плавает на поверхности), t° кип = 445°С Аллотропия Для серы характерны несколько аллотропных модификаций: Взаимопревращение аллотропных модификаций серы

Строение атома серы

Размещение электронов по уровням и подуровням

Получение серы

1. Промышленный метод - выплавление из руды с помощью водяного пара.

2. Неполное окисление сероводорода (при недостатке кислорода).

2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O

3. Реакция Вакенродера

2H 2 S + SO 2 = 3S + 2H 2 O

Химические свойства серы

Неметаллы.Аллотропия.

Неметаллы, химические элементы, которые образуют простые тела, не обладающие свойствами, характерными для металлов. К неметаллам относятся 22 элемента. Только два неметалла - углерод и сера - были известны в древности. В 13 в. был получен мышьяк, в 17 в. открыты водород и фосфор, в конце 18 в. - кислород, азот, хлор, теллур. В 1789 А. Л. Лавуазье включил эти неметаллы в список простых веществ (кроме хлора, который тогда считали окисленной соляной кислотой). В 1-й половине 19 в. были получены бром, иод, селен, кремний, бор. Изолировать фтор и открыть инертные газы удалось лишь в конце 19 в. Астат получен искусственно в 1940.

1. Положение неметаллов в ПС.

Неметаллы находятся в верхнем правом углу ПС над диагональю В – Аt.

Расположены в главных подгруппах 4 - 8 групп.

Физические свойства.

а) Агрегатное состояние.

• Твердые вещества: бор, углерод, кремний, фосфор, сера, мышьяк, селен, теллур, йод, астат;
• Жидкости: бром – красно – бурая жидкость с тяжелым неприятным запахом;
• Газы: водород, азот, кислород, фтор, хлор и инертные газы.

Особыми являются инертные или благородные газы. Инертные газы не имеют цвета и запаха. И являются одноатомными. Инертные газы считаются благородными. Обладают более высокой электропроводностью (по сравнению с другими) и, при прохождении через них тока, ярко светятся.

• Неон - огненно красным светом.
• Гелий - ярко-жёлтым светом.
• Аргон – синим светом.
• Криптон – светло- желтым светом.
• Ксенон – фиолетовым светом.

Несмотря на свою инертность, эти газы находят широкое применение:

Гелием заполняют воздушные шары и дирижабли.

Аргон в качестве защитной среды при сварке (дуговой, лазерной, контактной и т. п.) как металлов, так и неметаллов.

Все указанные неметаллы (водород, кислород, азот, фтор и хлор) имеют двухатомные молекулы. Водород, кислород и азот бесцветны, фтор имеет светло – зеленый цвет, хлор – желто – зеленый.

б) Не имеют металлического блеска (исключение – графит, йод)

в) Большинство не проводят электрический ток (кроме кремния и графита)

г) Хрупкие.

Аллотропия.

Явление, при котором один химический элемент образует несколько простых веществ.

Причины аллотропии:

Разный состав молекул (О2 и О3)

Разное строение (алмаз, графит)

Аллотропные видоизменения кислорода

О 3 = О 2 + О

Аллотропные видоизменения серы

Существует три аллотропные модификации серы: ромбическая, моноклинная и пластическая. Ромбическая и моноклинная модификации построены из циклических молекул S8, размещенных по узлам ромбической и моноклинной решеток. Молекула S8 имеет форму короны, длины всех связей – S – S – равны 0,206 нм и углы близки к тетраэдрическим 108°.
Пластическая модификация серы образована спиральными цепями из атомов серы с левой и правой осями вращения. Эти цепочки скручены и вытянуты в одном направлении.
При комнатной температуре устойчива ромбическая сера. При нагревании она плавится, превращаясь в желтую легкоподвижную жидкость, при дальнейшем нагревании жидкость загустевает, так как в ней образуются длинные полимерные цепочки. При медленном охлаждении расплава образуются темно-желтые игольчатые кристаллы моноклинной серы, а если вылить расплавленную серу в холодную воду, получится пластическая сера – резиноподобная структура, состоящая из полимерных цепочек. Пластическая и моноклинная сера неустойчивы и самопроизвольно превращаются в ромбическую.