№ §28. естественные семейства химических элементов. амфотерность. часть iiгдз ответы к рабочей тетради по химии 8 класс, габриелян, сладков, остроумов

Важность гибкости классификации

Гибкость классификации элементов на металлы и неметаллы является важным фактором при изучении химических свойств и поведения различных веществ. Универсальность такой классификации позволяет учитывать широкий спектр химических элементов и реагировать на их изменения в различных условиях.

Важность гибкости классификации связана с тем, что амфотерность элементов может указывать на их способность проявлять как металлические, так и неметаллические свойства. Это позволяет более точно определить химическую активность и реакционную способность этих элементов

Наличие гибкой классификации также способствует более точной системе обозначений и номенклатуре химических соединений

Важно иметь возможность точно указывать свойства элементов и соединений для более эффективной коммуникации в научных и промышленных средах

Гибкая классификация элементов также позволяет учитывать их изменение свойств в зависимости от окружающей среды, температуры, давления и других факторов

Это особенно важно при проведении экспериментов и исследований, а также при разработке новых материалов и технологий

Свойства металлов Al и Zn как простых веществ

Цинк – довольно плотный металл. Сохраняет свои качества в небольшом диапазоне температур: при низких значениях (до -30) становится хрупким, при температурах выше 100С очень пластичен. Это используется в металлургии, прокатывая цинковые листы толщиной несколько миллиметров (цинковая фольга). Некоторые примеси резко повышают хрупкость металла, поэтому используется очищенный материал.

Al – сильно пластичный легкий металл с низкой температурой плавления. Обладает высокой ковкостью и электропроводностью.

На воздухе он покрывается оксидной пленкой поэтому практически не подвергается коррозии. Благодаря этому он используется при изготовлении проводов и корпусов машинной техники.

Преимущества гибкой классификации

Гибкая классификация элементов на металлы и неметаллы обеспечивает ряд преимуществ, которые важны как в научных исследованиях, так и в промышленности.

1. Учет особенностей химических свойств элементов. Гибкая классификация позволяет учитывать особенности химических свойств каждого элемента и определять его взаимодействие с другими веществами. Это особенно полезно для прогнозирования реакций и разработки новых материалов с определенными свойствами.

2. Понимание амфотерности элементов. Гибкая классификация позволяет более глубоко изучать амфотерность элементов, то есть их способность проявлять как металлические, так и неметаллические свойства в зависимости от условий. Это дает возможность лучше понять и объяснить физико-химические процессы, происходящие в природе и в различных технологических процессах.

3. Расширение границ классификации. Гибкая классификация позволяет более точно определять границы между металлами и неметаллами, а также включать в классификацию элементы, которые ранее не подпадали ни под одну из этих групп. Такое расширение границы классификации открывает новые возможности для исследований и разработки новых материалов.

В целом, гибкая классификация элементов на металлы и неметаллы позволяет более глубоко изучать и понимать химические свойства элементов, амфотерность и расширяет возможности для прогнозирования реакций и разработки новых материалов с определенными свойствами.

Химические свойства алюминия и цинка

Оба вещества способны реагировать как обычные металлы. Так же, есть ряд специфических реакций.

Взаимодействие с неметаллами

С неметаллами и оба вещества взаимодействуют с образованием бинарных соединений – солей. Как правило, скорость течения реакции и условия зависят от активности неметалла. Так, с кислородом реакция идет реакция образования оксида при нагревании с цинком:

2Zn + O₂ = 2ZnO

с алюминием в обычных условиях:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

Оксид алюминия покрывает изделие плотной пленкой (оксидная пленка) и доступ кислорода прекращается, поэтому, для полной реакции его нужно брать в порошке.

Zn не реагирует с Br, N₂, Si, C, H₂.

Al не вступает в реакцию только с H₂.

Взаимодействие с металлами

С восстановителями оба металла образуют сплавы:

• Алюминиды CuAl₂, CrAl₇, FeAl₃
• Латунь ZnCu

Это не является химической реакцией, так как не происходит передачи электронов или изменения химических свойств веществ.

Взаимодействие с кислотами и щелочами

С кислотами и алюминий, и цинк взаимодействуют при обычных условиях с образованием солей:

8Al + 30HNO₃ = 8Al(NO₃)₃ + 3N₂O + 15H₂O;

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂;

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂;

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂.

Результат реакции со щелочами зависит от условий реакции: если реакция идет в растворе (в присутствии воды), то образуются комплексные соли:

2Al + 2NaOH + 10H₂O = 2Na[Al(H₂O)₂(OH)₄] + 3H₂;

Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂.

В безводной среде (сплавление) образуются соли металлических кислот:

Zn + 2KOH = K₂ZnO₂ + H₂ (K₂ZnO₂ – цинкат калия);

2Al + 6KOH = 2KAlO₂ + 2K₂O + 3H₂ (KAlO₂ – алюминат калия).

Взаимодействие с водой

Алюминий активно взаимодействует с водой, если очистить оксидную пленку. Реакцию нужно проводить быстро, так как пленка образуется практически мгновенно:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂;

Zn реагирует с водой при очень высокой температуре (при накаливании до красного состояния):

Zn + H₂O = ZnO + H₂.

Применение гибкой классификации в химической промышленности

Гибкая классификация элементов на металлы и неметаллы предоставляет возможность широкого применения в химической промышленности. Это свойство, именуемое амфотерностью, позволяет эффективно использовать различные элементы для разных химических процессов и производств.

Одним из примеров применения гибкой классификации является использование амфотерных элементов в процессе флотации — важной операции разделения минералов от горных пород. Амфотерные соединения, такие как оксиды алюминия и железа, могут одновременно взаимодействовать и с основаниями, и с кислотами, что обеспечивает эффективное отделение минералов от горных пород

Гибкая классификация также находит применение в производстве полупроводников

При изготовлении полупроводниковых приборов, важно иметь элементы, обладающие как металлическими, так и неметаллическими свойствами. Например, амфотерными свойствами обладает кремний, который используется в производстве кристаллов для создания полупроводниковых структур

Гибкая классификация элементов также применяется в химическом синтезе различных соединений. Например, амфотерные металлы, такие как цинк и алюминий, используются в процессе синтеза органических соединений. Они позволяют эффективно контролировать реакции и получать желаемые продукты с высокой степенью чистоты и удельной активности.

В заключение, гибкая классификация элементов на металлы и неметаллы играет важную роль в химической промышленности. Амфотерность элементов позволяет эффективно применять их в различных процессах и производствах, обеспечивая высокую эффективность и качество продукции.

ХИМИЯ

Существенным отличительным признаком элементов является кислотный или основный характер соответствующих им оксидов и гидроксидов. Вы уже знаете, что металлы в степени окисления +1 и +2 образуют, как правило, основные оксиды, а в качестве гидроксидов — основания. Металлы с большим значением степени окисления (+6, +7) и неметаллы образуют кислотные оксиды, которым соответствуют кислородсодержащие кислоты.

Проведём небольшой лабораторный опыт. Получим гидроксид цинка и исследуем его химические свойства.

Лабораторный опыт № 1
Получение гидроксида цинка и исследование его свойств

В две пробирки налейте по 1 мл раствора соли цинка (хлорида, сульфата или нитрата), а затем добавьте в каждую с помощью пипетки по 5 капель раствора щёлочи (гидроксида натрия или калия). Что наблюдаете? Прилейте к содержимому одной пробирки раствор кислоты (соляной, серной или азотной), а к другой — раствор щёлочи. Что наблюдаете? О каком свойстве гидроксида цинка свидетельствует вторая часть опыта? Запишите уравнение проделанных реакций в молекулярной и ионной формах.

В чём причина такого необычного поведения Zn(OH)₂ как нерастворимого основания? Опыт показывает, что гидроксид цинка проявляет свойства оснований, взаимодействуя с кислотой, но он также ведёт себя и как нерастворимая кислота, взаимодействуя с щёлочью.

Вещества, которые в зависимости от условий реакций проявляют кислотные или основные свойства, называют амфотерными (от греч. амфотеро — и тот, и другой).

Таким образом, гидроксиду цинка присущи амфотерные свойства: он может реагировать с кислотами как основание и с щелочами как кислота. Соответственно формулу этого соединения можно представить двояко:

Тогда уравнения реакций гидроксида цинка с кислотой и с щёлочью можно записать так:

В обоих случаях образуется растворимая соль.

Аналогично гидроксиду цинка и соответствующий ему оксид цинка проявляет амфотерные свойства — образует соли при взаимодействии как с кислотами, так и с основаниями, например:

В первой реакции оксид цинка ведёт себя как основный оксид, а во второй реакции выступает в роли кислотного оксида — образует соль, в которой цинк входит в состав кислотного остатка.

Амфотерными являются оксиды и гидроксиды многих элементов, например бериллия, алюминия, хрома (III).

Если элемент-металл проявляет несколько степеней окисления, то его оксид и гидроксид с низшей степенью окисления будут проявлять, как правило, основные свойства, с высшей — кислотные, а с промежуточной — амфотерные. Например, для хрома:

Амфотерные оксиды и гидроксиды образуют чаще всего те элементы, которые составляют побочные подгруппы Периодической системы Д. И. Менделеева. Эти элементы называют переходными элементами или переходными металлами.

Новые слова и понятия

1. Амфотерные оксиды и гидроксиды.
2. Переходные элементы, или переходные металлы.
3. Зависимость химических свойств оксидов и гидроксидов элементов побочных подгрупп Периодической системы Д. И. Менделеева от степеней окисления их атомов.

Задания для самостоятельной работы

1. Почему для получения амфотерного гидроксида из раствора соли переходного элемента раствор щёлочи к ней приливают по каплям?

2. Запишите уравнения реакций для следующих превращений:

   Первую реакцию рассмотрите с позиций окисления-восстановления.

3. Приведите по два молекулярных уравнения реакций, соответствующих сокращённым ионным уравнениям:

4. Докажите, что амфотерность подтверждает относительный характер деления элементов на металлы и неметаллы.

Сплавы алюминия и цинка

В металлургии практически не применяются в чистом виде из-за высокой пластичности. Для того чтобы сохранить достоинства металлов, но убрать недостатки осуществляют сплавление с другими металлами.

Сплавы алюминия

Сплавы алюминия делятся на две группы:

• Литейные (без сохранения пластичности);
• Конструкционные (деформируемые).

Таблица. Характеристика основных сплавов алюминия

Сплавы цинка

Самый используемый сплав цинка – латунь (Cu — Zn). Он обладает хорошими сварными свойствами, поэтому применяется в изготовлении кухонной утвари и различных изделий интерьера.

Если к этому сплаву добавляют свинец, этот сплав называется мунц-металл. Оба сплава применяются при литье труб и каркасов.

Амфотерные свойства и их значение

Амфотерными свойствами называются способности вещества образовывать как соли металлов, так и кислоты. Это значит, что амфотерные вещества могут реагировать как с основаниями, так и с кислотами, в зависимости от условий.

Значение амфотерных свойств заключается в гибкости классификации элементов на металлы и неметаллы. До открытия амфотерности металлы и неметаллы описывались как полностью различающиеся типы элементов, но благодаря этим свойствам стало понятно, что граница между ними не такая четкая, и некоторые элементы могут обладать и металлическими, и неметаллическими свойствами.

Примером амфотерных веществ являются оксиды, которые образуются при соединении элементов с кислородом. Некоторые оксиды проявляют кислотные свойства, реагируя с основаниями, а другие — щелочные свойства, реагируя с кислотами

Это подтверждает гибкость классификации элементов и важность амфотерных свойств при изучении свойств вещества

В таблице Менделеева амфотерными элементами являются, например, алюминий (Al) и цинк (Zn). Они могут образовывать соли с отрицательно заряженными ионами, а также растворяться в кислотах и образовывать положительно заряженные ионы.

Расположение амфотерных элементов в таблице Менделеева

В таблице Менделеева положение того или иного атома сообщает значительную часть информации о строении атома этого элемента и его химических свойствах. Периодической эта система называется, потому что в разных периодах (горизонтальные строчки) и группах (вертикальные столбцы) повторяется определенное качество элементов. Так, вся первая группа является щелочными металлами, а седьмая – галогенами (неметаллами), восьмая – инертными газами. Но, это характерно только для главной подгруппы. В побочной группе располагаются амфотерные элементы.

Строение атома амфотерных элементов

Особенность химических свойств амфотерных элементов связана со строением их атомов. У них происходит предзаполнение s-подуровня, из-за этого, незаполненным оказывается всегда d-подуровень. Все представители побочных подгрупп являются p- или d-элементами. В различных условиях может происходить перескок электронов с подуровней и увеличение неспаренных электронов.

Таблица. Строение атомов некоторых амфотерных элементов

Для некоторых из них характерен проскок электрона. Это состояние, при котором электрон с последнего уровня перескакивает на следующий. По этой причине оказывается неспаренным s-электрон.

Получение алюминия и цинка

Основной способ получения металлов – выделение их из состава руды. Для этого используется наиболее богатая металлом горная порода. Алюминий получают из боксита. Этот процесс состоит из трех этапов:

• Добыча горной породы;
• Обогащение (увеличение концентрации метала за счет очистки от примесей);
• Выделение чистого вещества путем электролиза.

Получение цинка производится несколькими методами – электролитическим (так же как и Al) и пирометаллургический. Второй способ основан на восстановлении цинка из его оксида углеродом или оксидом углерода II (угарным газом):

ZnO + C ⇄ Zn + CO

ZnO + CO ⇄ Zn + CO₂

Достоинство этого метода в том, что продукты первой реакции могут использоваться во второй, что снижает количество выбросов в атмосферу.

Металлы и неметаллы

Металлы и неметаллы — это две основные категории химических элементов в периодической системе. Однако разделение на металлы и неметаллы не всегда такое четкое, так как некоторые элементы проявляют свойства обеих категорий и называются амфотерными.

Металлы обладают рядом характеристических свойств, таких как высокая теплопроводность и электропроводность, гибкость и пластичность. Они также обладают металлическим блеском и способностью образовывать ионные соединения с неметаллами.

Неметаллы, в отличие от металлов, имеют низкую электропроводность и теплопроводность. Они обычно образуют ковалентные соединения с другими неметаллами. Неметаллы часто проявляют такие свойства, как прозрачность, хрупкость и нековкость.

Однако некоторые элементы, такие как алюминий и свинец, проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Они обладают способностью образовывать ионные соединения с неметаллами, но также могут образовывать ковалентные соединения. Эти амфотерные элементы являются примером гибкости классификации элементов в периодической системе.

Представители амфотерных элементов

Все элементы побочных групп являются амфотерными и проявляют сходные химические свойства. Наиболее распространены в природе три элемента: Al, Zn и Cr.

Цинк как амфотерный элемент

Цинк — это относительно мягкий светло-серый металл. Является одним из самых распространенных амфотерных элементов. В природе цинк встречается в составе 66 минералов, наиболее распространенные представлены в таблице.

Таблица. Минералы, в состав которых входит Zn

Цинк является d-элементом.

1s22s22p63s23p63d104s2

Химические свойства цинка обусловлены наличием незаполненной p-обитали. С s-подуровня происходит перескок электрона, за счет чего появляется два неспаренных электрона: Zn* 1s22s22p63s23p63d104s14p1.

Алюминий как амфотерный элемент

Al является самым распространенных элементом не только среди металлов, но и во всей таблице Менделеева. Он занимает 3 место после кислорода (O₂) и кремния (Si).

Это мягкое вещество серебристо-серого цвета с низкой температурой плавления. В природе встречается как в виде минералов, так и в виде самородков. Является примесью многих минералов.

Наиболее распространенные минералы, содержащие Al:

• Авгит ((Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)(Si,Al)₂O₆)
• Боксит (Al₂O₃xH₂O)
• Нефелин (Элиолит) ((NaK)AlSiO₄)
• Алунит (K₂SO₄Al₂(SO₄)₃·4Al(OH)₃)
• Силлиманит ((Al₂O₃)(SiO₂))
• Корунд (Al₂O₃)

Последний минерал в зависимости от примесей имеет разный окрас. Применяется в ювелирном деле и считается полудрагоценным камнем.

Его атом содержит 13 электронов, распределенных по 3 электронным уровням: 1s22s22p63s23p1. Это р-элемент, у которого может происходить переход электрона с s-подуровня на свободную р-орбиталь. За счет этого, металл приобретает 3 неспаренных электрона: Al* 1s22s22p63s13p2

Применение алюминия и цинка

Al как самый распространенный элемент широко используется в химической промышленности. Он способен вытеснять восстановители из соединений, поэтому применяется для получения металлов. Такой метод называется алюмотермия.

Благодаря оксидной пленке и низкой плотности используется в автомобиле-, самолето- и ракетостроении для снижения массы изделия. В строительстве алюминий применяется для изготовления каркасов высотных зданий.

Zn применяется для снижения коррозии металлических изделий –цинкование. Порошок этого металла используется для изготовления масляных красок с металлическим блеском. Также, оксид служит в качестве антисептика. Мази на основе цинкового порошка используются в лечении лишаев и других инфекционных поражений кожи.

Амфотерность элементов

Амфотерность — это свойство некоторых химических элементов проявлять свойства как металлов, так и неметаллов в определенных условиях. Такие элементы могут проявляться как щелочные металлы при реакции с кислотой, и как кислотные оксиды при взаимодействии со щелочами.

Одним из примеров амфотерных элементов является германий. Германий обладает металлическими свойствами, но также может проявлять и неметаллические свойства в некоторых реакциях. Например, через реакцию с щелочью германий образует германиевую соль, действуя как металл. Однако, при взаимодействии с кислотой германий образует гидрогерманат, проявляя кислотные свойства.

Другим примером амфотерных элементов являются алюминий и цинк. Алюминий может проявлять свойства металла, но при реакции с гидроксидом натрия образует алюминат натрия, проявляя свойства щелочи. Цинк, в свою очередь, обычно проявляет свойства металла, но при реакции с кислотой образует соответствующую соль, проявляя кислотные свойства.

Амфотерность элементов свидетельствует о гибкости классификации в химии, где в зависимости от условий взаимодействия элементы могут проявлять различные свойства. Это позволяет более точно описывать химические реакции и взаимодействия веществ, что является важным в науке и технологиях.

Важность гибкости для научных исследований

В научных исследованиях гибкость является одним из ключевых факторов, в особенности при классификации элементов на металлы и неметаллы. Гибкость позволяет рассматривать элементы не только с точки зрения предопределенных свойств, но и учитывать их потенциальные амфотерные свойства. Амфотерность свидетельствует о способности элементов проявлять как металлические, так и неметаллические свойства в различных условиях.

Изучение гибкости классификации элементов на металлы и неметаллы имеет важное значение для понимания их физических и химических свойств. Знание амфотерности позволяет расширить область применения элементов, оптимизировать процессы производства и создания новых материалов

Гибкость классификации элементов также содействует углублению научных знаний и развитию научных теорий. Изучение амфотерных свойств элементов позволяет расширить границы понимания химических процессов и явлений, открывая новые возможности для научных открытий и разработок.

Таким образом, гибкость классификации элементов на металлы и неметаллы играет важную роль в научных исследованиях. Амфотерность элементов открывает перед нами широкие перспективы в области применения и углубления наших знаний о мире химических реакций и веществ.

Примеры амфотерных элементов

Амфотерность – это способность определенных элементов взаимодействовать и реагировать как с кислотами, так и с щелочами. Такие элементы обладают свойствами и металлов, и неметаллов, что делает их уникальными. Примеры амфотерных элементов включают в себя следующие вещества:

1. Галлий (Ga): Галлий является металлом, который при взаимодействии с кислотами образует соответствующие соли. Однако он также может реагировать с щелочами, образуя гидроксид галлия (Ga(OH)₃), который обладает щелочными свойствами.
2. Сурьма (Sb): Сурьма также проявляет амфотерные свойства. Она формирует соль с кислотами и образует щелочной гидроксид, который может реагировать с кислотами.
3. Свинец (Pb): Свинец может реагировать с различными типами кислот и образовывать соответствующие соли. Кроме того, свинец может образовывать щелочные гидроксиды.

Эти примеры демонстрируют амфотерные свойства различных элементов и подтверждают гибкость классификации веществ на металлы и неметаллы

Амфотерные элементы имеют важное значение как в химической промышленности, так и в различных областях науки и технологий