Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow Логика в химии

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Химическое поведение неметаллов по отношению к неметаллам. Базовая система формул

Вначале для всевозможных пар неметаллов рассмотрим экспериментальные данные об их химическом взаимодействии и на этой основе определим базовую систему формул. Затем с помощью базовой системы формул построим множество формул, отражающее взаимосвязь химических свойств веществ.

Описание химического поведения каждого неметалла будем рассматривать относительно полного множества неметаллов L:

Н, В, С, N, О, F, Si, Р, S, Cl, As, Se, Вг, Те, I.

Такое описание будет полным и упорядоченным для каждого элемента.

Водород

Водород в обычном состоянии при низких температурах мало активен, без нагревания реагирует лишь с Р2 и на свету с Cl2. С кислородом реагирует практически необратимо (в присутствии катализаторов Pt, Pd, Ni), эта реакция идет достаточно быстро при 80-130°С. С азотом в присутствии катализатора при повышенных температурах и давлениях водород образует аммиак. С галогенами водород образует галогеноводо- роды, с халькогенами (серой, селеном и теллуром) - гидриды: H2S (выше 600°С), H2Se (выше 530°С), Н2Те (выше 730°С). С углеродом водород реагирует только при высоких температурах, образуя углеводороды. С водородом бор непосредственно не взаимодействует, бороводороды получают косвенным путем. С водородом кремний непосредственно не реагирует. С водородом фосфор в обычных условиях не реагирует. Его гидриды получают косвенным путем. С водородом не соединяется и металлический мышьяк. При таком традиционном описании химических свойств веществ «за деревьями не видно леса», т.е. за множеством единичных фактов не видно общей картины. Эту информацию, почерпнутую из современной химической энциклопедии, необходимо дополнить недостающими сведениями из других источников и затем преобразовать, согласно выбранной последовательности неметаллов, в полное и упорядоченное описание химического поведения водорода. И затем, для создания общей картины, сделать обобщающие выводы.

Поскольку элементы сами с собой не реагируют, то для водорода сразу можем записать первую истинную формулу

Теперь переходим к описанию химического поведения водорода по отношению к бору. По одним данным, водород с бором непосредствен-

25

но не взаимодействует, бороводороды получают косвенным путем. По другим данным, имеется указание на возможность образования при 1000°С бороводорода В2Н4 непосредственно из элементов. Значит, в доступной области условий существует область (конкретные условия), где водород реагирует с бором. Теперь, абстрагируясь от этих конкретных условий, можем сделать обобщающий вывод, что в доступной области условий (единой для всех веществ) водород реагирует с бором. Этот вывод равносилен записи

Н(В).

С углеродом водород реагирует только при высоких температурах (другая область), образуя углеводороды. Следовательно, в единой для всех веществ - доступной области условий - водород реагирует с углеродом. Этот вывод равносилен формуле

Н(С).

С азотом в присутствии катализатора, при повышенных температурах и давлениях (новая область) водород образует аммиак. Поэтому можем записать

H(N).

С кислородом водород реагирует практически необратимо (в присутствии катализаторов Pt, Pd, Ni), эта реакция идет достаточно быстро при 80-130°С. Смесь двух объемов водорода йодного объема кислорода называется «гремучей смесью», поскольку при поджигании она взрывается

Н(О).

С фтором водород реагирует без нагревания, даже в темноте

H(F).

С кремнием водород непосредственно не реагирует. В то же время при температуре электрической дуги кремний соединяется с водородом. Значит, в доступной области условий существует область, в которой реакция между водородом и кремнием все же протекает

H(Si).

Красный фосфор с водородом не реагирует, а белый фосфор реагирует. При 350°С и давлении 200 атм. образуется фосфин РН3 с концентрацией 2%, равновесие наступает через 6 суток. Атомарный водород уже при обычных условиях соединяется с фосфором. Поэтому для доступной области условий справедлива запись

Н(Р).

С серой молекулярный водород образует серововодород H2S (при температуре выше 600°С). Атомарный водород уже при обычных условиях соединяется с серой

H(S).

С хлором водород реагирует при комнатной температуре на свету или при нагревании

Н(С1).

С металлическим мышьяком молекулярный водород не соединяется. Однако атомарный водород уже при обычных условиях соединяется с мышьяком. Поэтому можем записать формулу

H(As).

С селеном водород образует H2Se (при температуре выше 530°С). Значит,

H(Se).

С бромом при нагревании получается НВг

Н(Вг).

С одной стороны, есть данные, что при повышенных температурах с водородом частично реагирует только селен, тогда как теллур с ним непосредственно не соединяется или реагирует в незначительной степени. Однако показано, что соединение водорода с теллуром можно получить путем электролиза. Так, образование Н2Те хорошо идет при электролизе сильно охлажденных растворов кислот с теллуровым катодом. С другой стороны, есть данные, что с теллуром водород образует Н2Те (выше 730°С). Следовательно, можем записать частный (единичный) вывод

Н(Те).

С йодом при нагревании получается Ш, хотя тенденция к соединению с водородом у него незначительна. Следовательно,

Н(1).

На основании изложенных данных можем сделать искомый обобщающий вывод: «В доступной области условий водород реагирует со всеми неметаллами кроме водорода». Символически этот вывод можно записать в виде развернутой формулы для полного списка неметаллов Н(Н, В, С, N, О, F, Si, Р, S, Cl, Se, Br, As, Те, I) или в компактном виде

Компактная формула обозначает высказывание: «Водород реагирует со всеми неметаллами L, кроме водорода». Это суждение истинно для всех неметаллов, кроме водорода. В формуле (2.1) водород является исключением из правила. Подставляя в (2.1) любое конкретное значение ФфН из полного списка, будем получать единичные высказывания, истинностные значения которых равны 1. Например, при L=B получается Н(В)=1 (водород реагирует с бором). При L=C уже получается Н(С)=1 (водород реагирует с углеродом). А при L-I получается Н(1)=1 (водород реагирует с йодом). Напротив, подстановка в формулу (2.1) исключения L=H приводит к ложному высказыванию Н(Н)=0, так как водород сам с собой не реагирует, Н(Н)-1.

Формулу (2.1) можно переписать в эквивалентном виде

Она обозначает высказывание: «Неметалл L реагирует с водородом. Это верно для всех неметаллов, кроме водорода».

Бор

Химически бор довольно инертен, особенно кристаллический. С азотом бор реагирует выше 1200°С, давая нитрид бора BN. С кислородом до 700°С бор образует оксид В203. С галогенами бор образует тригало- гениды ВГ3; с Р2 (около 20°С), с С12 (около 400°С), с Вг2 (около 600°С), с 12 (около 700°С). С серой (около 600°С) бор образует сульфид B2S3, с селеном (выше 700°С) - селенид B2Se3, с фосфором и мышьяком (выme 900°C) - фосфид BP и арсенид BAs. При температуре выше 2000°С с углеродом получают карбиды бора В]2Сз (В4С), с кремнием (выше 1000°С) - силицид B6Si. С бором теллур непосредственно не взаимодействует. Выше была найдена формула Н(В). Значит, сразу можем записать

В(Н).

Поскольку бор сам с собой не реагирует, то верна запись

С углеродом при температуре выше 2000°С получают карбиды бора В12С3 (В4С). Следовательно,

В(С).

С азотом бор реагирует при температуре выше 1200°С, давая нитрид бора/?М Значит,

B(N).

С кислородом (до 700°С) бор образует оксид В->Оз

В(О).

С галогенами бор образует тригалогениды ВГЬ- с Р2 (около 20°С)

B(F).

С кремнием (выше 1000°С) образуется силицид B6Si

B(Si).

С фосфором (выше 900°С) образуется фосфид ВР

В(Р).

С серой (около 600°С) бор образует сульфид B2S3

B(S).

С хлором бор реагирует при температуре около 400°С

В(С1).

С мышьяком (выше 900°С) образуется арсенид бора BAs

В (As).

С селеном (выше 700°С) образуется селенид бора B2Se3

B(Se).

С бромом бор реагирует при температуре около 600°С

В(Вг).

С теллуром бор непосредственно не взаимодействует

С йодом бор реагирует при температуре около 700°С

В(1).

На основании этих данных можемсделать обобщающий вывод

или в компактной записи

Эта запись обозначает высказывание: «Бор реагирует со всеми неметаллами L, за исключением бора и теллура». Сравнив количество исключений в формулах для водорода и бора, можно сделать вывод, что по отношению к полному списку неметаллов бор является менее активным элементом (два исключения для бора против одного для водорода). Химическая активность водорода имеет максимально возможное значение (одно исключение).

Углерод

Углерод при обычных температурах химически инертен, при достаточно высоких соединяется со многими элементами, проявляя сильные восстановительные свойства. На воздухе углерод сгорает. С водородом углерод реагирует при 1200°С, с фтором при температуре выше 900°С и при комнатной температуре. Графит с галогенами, щелочными металлами и другими веществами образует соединения включения. При пропускании электрического разряда между угольными электродами образуется циан. С серой углерод дает сероуглерод CS2. С большинством металлов, бором и кремнием углерод образует карбиды. С углеродом теллур непосредственно не взаимодействует. Пары фосфора реагируют с углеродом только при температуре выше 2000°С. Углерод в виде графита устойчив к хлору до 700°С. Углерод не реагирует с бромом и йодом.

С водородом углерод реагирует при 1200°С. Значит, для доступной области условий можем записать единичное высказывание

С(Н).

Эту формулу можно было записать сразу, поскольку выше было показано, что

Н(С).

С бором и углеродом при температуре выше 2000°С получают карбиды бора В12С$, В4С. Следовательно,

Этот вывод согласуется с полученной выше формулой

В (С).

С азотом при пропускании электрического разряда между угольными электродами образуется циан CN. В доступной области условий нашлись условия, при которых углерод реагирует с азотом. Поэтому можем записать единичное высказывание

C(N).

На воздухе углерод сгорает, поэтому истинно высказывание

С(О).

С фтором углерод реагирует при температуре выше 900°С и при комнатной температуре

C(F).

С кремнием углерод образует карбиды

C(Si).

Пары фосфора реагируют с углеродом только при температуре выше 2000°С

С(Р).

С серой углерод дает сероуглерод CS2. Поэтому истинно единичное высказывание

C(S).

Углерод в виде графита устойчив к хлору до 700°С. Для более высокой температуры данные не найдены, поэтому пока принимаем, что

По отношению углерода к мышьяку данные не найдены. Поэтому пока принимаем, что

С селеном углерод не реагирует

С бромом углерод не реагирует

С углеродом теллур непосредственно не взаимодействует

С йодом углерод не реагирует

На основании этих данных обобщенно можем записать

Эта формула отражает общее правило взаимодействия углерода со всеми неметаллами из полного списка для 15 неметаллов. Почти половина из них (семь неметаллов) попала в число исключений из правила. Дальнейшее увеличение количества исключений (если бы они существовали) привело бы к переходу рассматриваемого правила в свою противоположность C(L), Ьф..., где многоточием обозначены уже иные (гипотетические) неметаллы. Количество исключений в подобных формулах можно рассматривать как меру химической активности неметалла по отношению к остальным элементам рассматриваемого множества. С учетом этого можно сказать, что при переходе от водорода к углероду (по мере увеличения атомного веса элементов) химическая активность неметаллов пока снижается.

Азот

Большая энергия диссоциации молекулярного азота- причина исключительно малой его реакционной способности. Лишь с некоторыми активными металлами (например, с Li, Cs) азот реагирует при невысоких температурах. С кислородом азот заметно реагирует только при температуре свыше 2000°С, образуя NO. С водородом азот реагирует лишь при высокой температуре и давлении в присутствии катализатора, образуя аммиак. С галогенами и серой азот непосредственно не реагирует. При действии азота на раскаленный угольный кокс образуется дициан (CN)2. При высокой температуре азот реагирует с кремнием, а также с Са, Sr, Ва, Ti, W, V, Cr, Мп, Zr, Та, Mo, U, РЗЭ (редкоземельными элементами). При действии электрического разряда на молекулярный азот при давлении 130-260 Па может образоваться активный азот- смесь возбужденных молекул и атомов азота. Активный азот энергично взаимодействует при комнатной температуре с атомарными кислородом и водородом, парами серы, белым фосфором и некоторыми металлами. Одним из путей снижения температуры фторирования азота является применение катализаторов. Активация фтора может быть проведена также его атомизацией и ионизацией в газовых разрядах, электронном пучке, под действием УФ-облучения и термокаталитически (на нагретой поверхности катализатора). Прямое взаимодействие хлора с азотом возможно только в электроразряде. Выше найдена формула

H(N).

Значит,

N(H).

А из формулы

B(N)

получаем

N(B).

Из формулы для углерода

C(N),

и формулы для азота находим

С кислородом азот заметно реагирует только при температуре свыше 2000°С, образуя NO. Поэтому верно, что

ЩО).

С фтором молекулярный азот не реагирует. Однако при действии электрического разряда на молекулярный азот при давлении 130-260 Па может образоваться активный азот- смесь возбужденных молекул и атомов азота. Активный азот энергично взаимодействует при комнатной температуре со многими неметаллами. Поскольку в доступной области условий нашлись условия, при которых химический элемент азот (в атомарном или молекулярном виде) реагирует с другим химическим элементом - фтором (также в атомарном или молекулярном виде), постольку верно, что

N(F).

При высокой температуре азот реагирует с кремнием. Значит,

N(Si).

В активном (атомарном) состоянии уже при обычной температуре азот реагирует с белым фосфором. Следовательно, для химических элементов азота и фосфора можем записать единичное высказывание

ЩР).

Активный (атомарный) азот энергично взаимодействует с парами серы

N(S).

Прямое взаимодействие хлора с азотом возможно только в электроразряде

ЩС1).

В активном (атомарном) состоянии уже при обычной температуре азот реагирует с мышьяком

N(As).

По отношению азота к селену данные не найдены, поэтому пока принимаем

С бромом азот непосредственно не реагирует даже при повышенных температурах

По отношению азота к теллуру данные не найдены, поэтому принимаем

С йодом молекулярный азот не реагирует

На основании этих данных можем сделать обобщенный вывод

В этой формуле уже пять исключений из полного списка неметаллов, т.е. при переходе от углерода к азоту химическая активность неметаллов начинает повышаться.

Кислород

Кислород отличается высокой химической активностью, образуя соединения со всеми элементами, кроме гелия, неона и аргона. С простыми веществами, кроме Аи, Pt, Хе, Кг, кислород реагирует непосредственно при обычных условиях или при нагревании, а также в присутствии катализаторов. Реакции с галогенами = F, Cl, Br, I) проходят под действием электрического разряда или УФ-излучения. В реакциях со всеми простыми веществами, кроме фтора, кислород является окислителем. Халькогены (S, Se, Те) реагируют с кислородом с заметной скоростью при умеренном нагревании. Химическое отношение кислорода к водороду, бору, углероду и азоту уже определено выше. Значит, обобщенно можем записать формулу

0(Н, В, С, N, О).

Реакции с галогенами (Г-F, Cl, Br, I) проходят под действием электрического разряда или УФ-излучения. Так, под действием тлеющего разряда из элементов был получен 02F2. Поэтому можем записать

0(F, Cl, Br, I).

Кремний окисляется кислородом при температуре выше 400°С. Значит,

0(Si).

Мелкодисперсный белый фосфор самовоспламеняется на воздухе. При горении фосфора образуется оксид /ТО,-

О(Р).

При 280°С сера горит в кислороде, а при 360°С в воздухе, образуя в основном диоксид SOi. Следовательно,

O(S).

На воздухе мышьяк горит голубым пламенем с образованием As202. Значит,

0(As).

Селен и теллур на воздухе горят с образованием Se02 и Те02. Поэтому можем записать

0(Se, Те).

На основании изложенных данных для кислорода получается обобщенная формула

Таким образом, в доступной области условий кислород реагирует со всеми неметаллами, кроме самого кислорода. При последовательном переходе от водорода к кислороду, по мере увеличения атомного веса элемента, химическая активность неметалла снова достигает максимального значения (только одно исключение). Минимальное значение химической активности среди рассмотренных неметаллов имеет углерод.

Фтор

Фтор - один из сильнейших окислителей. Благодаря высокой энергии связи Э-F во фторидах и низкой энергии диссоциации F2 многие реакции фторирования простых веществ, оксидов, галогенидов и др. соединений необратимы, сопровождаются выделением большого количества тепла и образованием фторидов элементов в высших степенях окисления. Все химические элементы, за исключением Не, Ne и Аг, образуют устойчивые фториды. В то же время по кинетике взаимодействия с фтором поведение веществ может сильно отличаться. Многие реакции имеют цепной характер, самопроизвольно инициируются при комнатной или более низкой температуре и протекают со вспышкой или с взрывом, а в потоке - с возникновением пламени. К таким реакциям относятся фторирование водорода и водородсодержащих веществ, серы и ее производных, кремния, фосфора и др. Наиболее устойчивы к действию фтора благородные газы, азот, кислород, алмаз, некоторые виды стеклоуглерода, угарный и углекислый газы, сапфир и алунд. Одним из путей снижения температуры фторирования является применение катализаторов. Активация фтора может быть проведена также его атомиза- цией и ионизацией в газовых разрядах, электронном пучке, под действием УФ-облучения и термокаталитически (на нагретой поверхности катализатора). Так, под действием тлеющего разряда (в 1933 г.) из элементов был получен 02F2. На основании химических свойств уже рассмотренных неметаллов, для фтора сразу можем записать общую формулу

F(H, В, С, N, О, F).

Кремний реагирует с фтором уже при комнатной температуре

F(Si).

Белый и красный фосфор реагируют с фтором с взрывом

F(P).

С серой и фтором реакции самопроизвольно инициируются при комнатной или более низкой температуре и протекают со вспышкой или взрывом, а в потоке - с возникновением пламени

F(S).

С хлором фтор при нагревании образует бинарные соединения с одним, тремя и пятью атомами фтора

F(Cl).

Порошкообразный мышьяк самовоспламеняется в среде фтора

F(As).

Селен реагирует с фтором при комнатной температуре

F(Se).

С бромом фтор образует неустойчивые соединения BrF, BrF3, BrF3

F(Br).

С теллуром фтор реагирует при комнатной температуре

F(Te).

С йодом фтор дает межгалогенные соединения, например IF3. Значит,

Одна основании приведенных выше данных для фтора можем записать обобщенную формулу

Кремний

При низких температурах кремний химически инертен, при нагревании его реакционная способность резко возрастает. Он не реагирует только с водородом. При температуре электрической дуги кремний соединяется с водородом. Окисляется кислородом при температуре выше 400°С. С фтором реагирует уже при комнатной температуре, с остальными галогенами - при 300-500°С с образованием SiT4. С парами серы при 600°С дает SzS^. Аналогичные, хотя и менее прочные соединения образует с теллуром и селеном. С азотом при температуре выше 1000°С образует нитрид кремния SisN4, с фосфором - фосфид SiP, с мышьяком - арсенид SiAs2, с углеродом - карбид Si С, с бором - борид SiB3. С большинством металлов дает тугоплавкие, высоко твердые силициды. С теллуром кремний реагирует (с образованием Si2Te3). С учетом уже изложенных данных, для кремния сразу можем записать формулу

Si(H, В, С, N, О, F, Si).

С фосфором при температуре выше 1000°С кремний образует фосфид SiP. Следовательно,

Si(P).

С парами серы при 600°С кремний дает SiS3. Аналогичные соединения он дает с селеном и теллуром. Следовательно, обобщенно можем записать

Si(S, Se, Те).

С фтором кремний реагирует уже при комнатной температуре, с остальными галогенами - при 300-500°С с образованием Sir4

Si(F, Cl, Вг, I).

С мышьяком при температуре выше 1000°С кремний образует арсенид SiAs2

Si (As).

На основании всей совокупности полученных данных для кремния можем записать общую формулу

Эта формула показывает, что у кремния, как у водорода, кислорода и фтора, химическая активность по отношению ко всем неметаллам максимальна (только одно исключение).

Фосфор

Белый фосфор очень активен. При переходе к красному и особенно черному фосфору химическая активность резко снижается. Красный фосфор с водородом не реагирует, а белый - реагирует. При 350°С и давлении 200 атм. образуется фосфин с концентрацией 2%, реакция экзотермична (3 ккал), равновесие наступает через 6 суток. Атомарный водород соединяется с фосфором уже при обычной температуре. С бором, а также со всеми металлами, кроме сурьмы и висмута, фосфор реагирует при нагревании с образованием фосфидов. Пары фосфора реагируют с углеродом только при температуре выше 2000°С. Пары фосфора реагируют с азотом в электрическом разряде или на накаленной вольфрамовой нити с образованием смеси аморфных нитридов P3N5, PN. Мелкодисперсный белый фосфор самовоспламеняется на воздухе. При горении фосфора образуется оксид Р2О5. С фтором и белый и красный фосфор реагируют с взрывом. Белый фосфор воспламеняется в атмосфере хлора и паров брома, красный реагирует спокойно. Реакция с йодом у белого фосфора идет даже при охлаждении, тогда как у красного - при нагревании. Во всех случаях образуются галогениды фосфора. С кремнием пары фосфора взаимодействуют при температуре выше 1000°С с образованием силицида SiP. Белый фосфор при сплавлении с серой при температуре выше 230°С реагирует с образованием серии сульфидов, например P4S3. Известны также селенид и теллурид Те3Р2.

С бором, а также со всеми металлами, кроме сурьмы и висмута, фосфор реагирует при нагревании с образованием фосфидов. Теллур сплавляется с фосфором (соединений при этом не образует). На основании изложенных выше данных, для фосфора можем сразу записать Р(Н, В, С, N, О, F, Si, Р).

Белый фосфор при сплавлении с серой при температуре выше 230°С реагирует с образованием серии сульфидов, например P4S3. Значит,

P(S).

Белый фосфор воспламеняется в атмосфере хлора

Р(С1).

Мышьяк и фосфор в расплаве смешиваются в любых соотношениях. При охлаждении расплава (26-47% Р) выделяется кристаллическая фаза переменного состава, имеющая структуру типа черного фосфора

P(As).

Получены были и селениды фосфора, например темно-желтый P4Se2- аналог P4S2. При нагревании он разлагается на элементы. Из этих данных еще не следует, что фосфор реагирует с селеном. Поскольку данные о непосредственном взаимодействии фосфора и селена не найдены, то пока принимаем, что

Белый фосфор воспламеняется в атмосфере паров брома, красный реагирует спокойно

Р(Вг).

Теллур сплавляется с фосфором (соединений при этом не образует), хотя известен черный хрупкий теллурид Те3Р2, который при нагревании разлагается на элементы

Реакция с йодом у белого фосфора идет даже при охлаждении, тогда как у красного - при нагревании. Значит,

Р(1).

Таким образом, обобщенно можем записать

Сера

Сера непосредственно соединяется почти со всеми элементами, кроме инертных газов, йода, молекулярного азота, платины и золота. Атомарный азот уже при обычной температуре соединяется с мышьяком, серой и фосфором. При 280°С сера горит в кислороде, а при 360°С в воздухе, образуя в основном диоксид. С галогенами, кроме йода, сера образует галогениды, с водородом - сероводород, с углеродом - сероуглерод. Известны нитриды серы. Белый фосфор при сплавлении с серой выше 230°С реагирует с образованием серии сульфидов, например P4S3. С селеном сера образует фазу с широкой областью гомогенности (50- 60% ат. % Se), с теллуром при сверхвысоких давлениях - Te7Sio. С серой мышьяк образует соответствующий халькогенид. На основании уже изложенных данных, для серы сразу можем записать формулу

S(H, В, С, N, О, F, Si, Р, S).

С галогенами, кроме йода, сера образует галогениды

S(F, Cl, Br, 1).

С мышьяком сера образует соответствующий халькогенид

S(As).

С селеном сера образует фазу с широкой областью гомогенности (50-60% ат. % Se), с теллуром при сверхвысоких давлениях - Te7Sw

S(Se, Те).

На основании этих данных для серы можем записать обобщенную формулу

Хлор

Это один из наиболее химически активных элементов, он непосредственно взаимодействует со всеми металлами и большинством неметаллов (образуя хлориды). Лишь реакция хлора с кислородом, азотом и ксеноном требует специальных методов активации- УФ-облучения или электроразряда, в остальных случаях достаточно простого нагревания. Сера и фтор реагируют с хлором при комнатной температуре, кремний - при 200°С. Сильно экзотермическая реакция хлора с водородом может протекать с взрывом, особенно на свету. С фтором хлор образует бинарные соединения с одним, тремя и пятью атомами фтора. Прямой реакцией хлора с другими галогенами могут быть получены межгалогенные соединения. Причина высокой химической активности хлора - в сравнительной легкости образования атомов хлора из молекул, в высоком сродстве атома хлора к электрону (самое высокое среди атомов химических элементов; выше, чем у фтора) и в высокой энергии связи хлора с большинством элементов. Для всех неметаллов, стоящих в общем списке до хлора, их химическое отношение к хлору уже определено. Поэтому можем записать

Металлический мышьяк легко взаимодействует с галогенами, давая летучие галогениды Asr3. Порошкообразный мышьяк самовоспламеняется в среде фтора и хлора

а (As).

С селеном хлор реагирует при комнатной температуре

Cl(Se).

С бромом и йодом хлор образует межгалогенные соединения

Cl(Br, I).

С теллуром хлор реагирует при комнатной температуре

СЦТе).

На основании приведенных данных, для хлора можем обобщенно записать

Мышьяк

Мышьяк химически активен. На воздухе он горит голубым пламенем с образованием As203. Металлический мышьяк легко взаимодействует с галогенами, давая летучие галогениды AsT3. Порошкообразный мышьяк самовоспламеняется в среде фтора и хлора. С серой, селеном и теллуром мышьяк образует соответствующие халькогениды. Так, например, теллурид мышьяка As2Te3 получают при синтезе из элементов при 450°С и 8-9 ГПа. Для всех неметаллов, стоящих в общем списке до мышьяка, их химическое отношение к мышьяку уже определено. Поэтому сразу можем записать:

Металлический мышьяк легко взаимодействует с галогенами, давая летучие галогениды AsT3

As(Br, I).

С серой, селеном и теллуром мышьяк образует соответствующие халькогениды. Так, например, теллурид мышьяка As2Te3 получают при синтезе из элементов при 450°С и 8-9 ГПа

As(S, Se, Те).

На основании этих данных можем записать

Селен

В аморфном и мелкодисперсном состоянии селен химически активен. На воздухе горит с образованием Se02. С фтором, хлором и бромом реагирует при комнатной температуре. Сплавляется с йодом, но йодиды при этом не образуются. При температуре выше 200°С реагирует с водородом, давая H2Se. При нагревании образует соединения со всеми металлами. Для всех неметаллов, стоящих в общем списке до селена, можем записать

С бромом селен реагирует при комнатной температуре

Se(Br).

Селен и теллур друг с другом не соединяются, но смешанные кристаллы образуют

Селен сплавляется с йодом, но йодиды при этом не образуются

Таким образом, для селена можем записать

Бром

По реакционной способности бром занимает промежуточное положение между хлором и йодом. С другими галогенами он образует неустойчивые соединения BrF, BrF3, BrF5, BrCl, IBr, отличающиеся высокой химической активностью. С кислородом и азотом непосредственно не реагирует даже при повышенных температурах. Бром не реагирует также с углеродом. При взаимодействии с S, Se, Те, Р, As образует соответствующие бромиды. Бор и кремний образуют с бромом при нагревании бромиды BBr3, SiBr4. С водородом при нагревании бром образует НВг. Для всех неметаллов, стоящих в общем списке до брома, сразу можем записать

При взаимодействии брома с теллуром образуется соответствующий бромид

Вг(Те).

При взаимодействии брома с йодом образуется межгалогенное соединение

Вг(1).

Таким образом, для брома получается формула

Теллур

На воздухе теллур горит с образованием ТеОз- С фтором, хлором и бромом он реагирует при комнатной температуре, с йодом - при нагревании. Теллур сплавляется с серой и фосфором (соединений при этом не образует), с мышьяком, давая As2Te3, с кремнием (с образованием Si2Te3), с селеном, образуя при кристаллизации твердые растворы. С бором и углеродом теллур непосредственно не взаимодействует. Селен и теллур друг с другом не соединяются, но смешанные кристаллы образуют. По отношению азота к теллуру данные не найдены. С учетом уже изложенных данных для всех неметаллов, стоящих в общем ряду L до теллура, можем записать

С йодом теллур реагирует при нагревании

Те(1).

Таким образом, для теллура получается обобщенная формула

Иод

По реакционной способности йод уступает остальным галогенам. Со многими веществами (С, N2, 02, S, Se) он непосредственно не взаимодействует. С водородом, кремнием и многими металлами йод реагирует только при нагревании. Из неметаллов йод легко взаимодействует с Р, As, образуя йодиды, а также с другими галогенами, давая межгалогенные соединения, например IFj, ICI3, IBr. На основании этих и уже приведенных данных можем записать

Ниже дана последовательность неметаллов L с указанием (в скобках) числа исключений в формулах (2.1-2.15)

Н(1), В(2), С(7'), N(5), 0(1), F(l), Si(l), Р(3), S(2), Cl(2), As(2), Se(6),

Br(3), Те(6), 1(5).

Видно, что наименьшую химическую активность среди неметаллов проявляет углерод, а наибольшую: водород, кислород, фтор и кремний. Формулы (2.1-2.15) образуют базовую систему формул для неметаллов. Они описывают химическое поведение всех неметаллов ряда L. На их основе будут построены другие логические формулы.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>