16.01.202427.05.2017

13.1. Definiții

Cele mai importante clase de substanțe anorganice includ în mod tradițional substanțele simple (metale și nemetale), oxizii (acizi, bazici și amfoteri), hidroxizi (unii acizi, baze, hidroxizi amfoteri) și săruri. Substanțele care aparțin aceleiași clase au proprietăți chimice similare. Dar știți deja că la identificarea acestor clase sunt folosite diferite criterii de clasificare.
În această secțiune vom formula în sfârșit definițiile tuturor celor mai importante clase de substanțe chimice și vom înțelege prin ce criterii se disting aceste clase.
Sa incepem cu substanțe simple (clasificare în funcție de numărul de elemente care alcătuiesc substanța). Ele sunt de obicei împărțite în metaleȘi nemetale(Fig. 13.1- A).
Cunoașteți deja definiția „metalului”.

Din această definiție este clar că principala caracteristică care ne permite să împărțim substanțele simple în metale și nemetale este tipul de legătură chimică.

Majoritatea nemetalelor au legături covalente. Dar există și gaze nobile (substanțe simple ale elementelor din grupa VIIIA), ai căror atomi în stare solidă și lichidă sunt legați numai prin legături intermoleculare. De aici și definiția.

În funcție de proprietățile lor chimice, metalele sunt împărțite într-un grup de așa-numite metale amfotere. Acest nume reflectă capacitatea acestor metale de a reacționa atât cu acizii, cât și cu alcaline (sub formă de oxizi sau hidroxizi amfoteri) (Fig. 13.1-). b).
În plus, din cauza inerției chimice dintre metale există metale nobile. Acestea includ aur, ruteniu, rodiu, paladiu, osmiu, iridiu și platină. Conform tradiției, argintul puțin mai reactiv este, de asemenea, clasificat ca metale nobile, dar metalele inerte precum tantalul, niobiul și unele altele nu sunt incluse. Există și alte clasificări ale metalelor, de exemplu, în metalurgie, toate metalele sunt împărțite în negru si colorat, referindu-se la fierul metalelor feroase și aliajele sale.
Din substanțe complexe sunt cele mai importante, în primul rând, oxizi(vezi §2.5), dar întrucât clasificarea lor ia în considerare proprietățile acido-bazice ale acestor compuși, mai întâi amintim ce aciziȘi temeiuri.

Astfel, distingem acizii și bazele de masa totală a compușilor folosind două caracteristici: compoziția și proprietățile chimice.
După compoziția lor, acizii sunt împărțiți în conţinând oxigen (oxoacizi) Și fără oxigen(Fig. 13.2).

Trebuie amintit că acizii care conțin oxigen, prin structura lor, sunt hidroxizi.

Notă. În mod tradițional, pentru acizii fără oxigen, cuvântul „acid” este folosit în cazurile în care vorbim despre o soluție a substanței individuale corespunzătoare, de exemplu: substanța HCl se numește clorură de hidrogen, iar soluția sa apoasă se numește clorhidric sau clorhidric. acid.

Acum să revenim la oxizi. Am atribuit oxizi grupului acid sau principal prin modul în care reacţionează cu apa (sau prin faptul că sunt fabricate din acizi sau baze). Dar nu toți oxizii reacționează cu apa, dar cei mai mulți dintre ei reacționează cu acizi sau alcalii, deci este mai bine să clasificați oxizii în funcție de această proprietate.

Există mai mulți oxizi care în condiții normale nu reacţionează nici cu acizii, nici cu alcalii. Astfel de oxizi se numesc neformatoare de sare. Acestea sunt, de exemplu, CO, SiO, N2O, NO, MnO2. În schimb, se numesc oxizii rămași formatoare de sare(Fig. 13.3).

După cum știți, majoritatea acizilor și bazelor sunt hidroxizi. Pe baza capacității hidroxizilor de a reacționa atât cu acizi, cât și cu alcalii, ei (precum și printre oxizi) sunt împărțiți în hidroxizi amfoteri(Fig. 13.4).

Acum trebuie doar să definim săruri. Termenul de sare a fost folosit de mult timp. Pe măsură ce știința sa dezvoltat, sensul ei a fost schimbat, extins și clarificat în mod repetat. În înțelegerea modernă, sarea este un compus ionic, dar în mod tradițional sărurile nu includ oxizi ionici (cum se numesc oxizi bazici), hidroxizi ionici (baze), precum și hidruri ionice, carburi, nitruri etc. Prin urmare, într-un mod simplificat, putem spune, Ce

Se poate da o altă definiție, mai precisă, a sărurilor.

Când se oferă această definiție, sărurile de oxoniu sunt de obicei clasificate atât ca săruri, cât și ca acizi.
Sărurile sunt de obicei împărțite în funcție de compoziția lor acru, in medieȘi de bază(Fig. 13.5).

Adică, anionii sărurilor acide includ atomi de hidrogen legați prin legături covalente de alți atomi ai anionilor și capabili să fie rupți sub acțiunea bazelor.

Sărurile de bază au de obicei o compoziție foarte complexă și sunt adesea insolubile în apă. Un exemplu tipic de sare bazică este malachitul mineral Cu 2 (OH) 2 CO 3 .

După cum puteți vedea, cele mai importante clase de substanțe chimice se disting în funcție de diferite criterii de clasificare. Dar indiferent de modul în care distingem o clasă de substanțe, toate substanțele din această clasă au proprietăți chimice comune.

În acest capitol vă veți familiariza cu cele mai caracteristice proprietăți chimice ale substanțelor reprezentând aceste clase și cu cele mai importante metode de preparare a acestora.

METALE, NEMETALE, METALE AMFOTERICE, ACIZI, BAZE, OXO ACIZI, ACIZI FĂRĂ OXIGEN, OXIZI DE BAZĂ, OXIZI DE ACIZI, OXIZI AMPFOTERICI, HIDROXIZI AMPFOTERICI, SĂRURI, SĂRURI ACIDE, SĂRURI MEDII, SARE BAZĂ
1.Unde în sistemul natural de elemente se află elementele care formează metalele și unde sunt elementele care formează nemetale?
2.Scrieți formulele a cinci metale și cinci nemetale.
3. Alcătuiți formulele structurale ale următorilor compuși:
(H30)CI, (H30)2S04, HCI, H2S, H2S04, H3P04, H2C03, Ba(OH)2, RbOH.
4. Care oxizi corespund următorilor hidroxizi:
H2S04, Ca(OH)2, H3PO4, Al(OH)3, HNO3, LiOH?
Care este natura (acidă sau bazică) fiecăruia dintre acești oxizi?
5. Găsiți săruri dintre următoarele substanțe. Alcătuiți formulele lor structurale.
KNO2, Al2O3, Al2S3, HCN, CS2, H2S, K2, SiCl4, CaSO4, AlPO4
6. Alcătuiți formulele structurale ale următoarelor săruri acide:
NaHS04, KHS03, NaHCO3, Ca(H2PO4)2, CaHP04.

13.2. Metalele

În cristalele metalice și topiturile lor, nucleele atomice sunt conectate printr-un singur nor de electroni de legături metalice. La fel ca un atom individual al elementului care formează un metal, un cristal de metal are capacitatea de a dona electroni. Tendința unui metal de a renunța la electroni depinde de structura sa și, mai ales, de dimensiunea atomilor: cu cât nucleele atomice sunt mai mari (adică cu cât razele ionice sunt mai mari), cu atât metalul renunță mai ușor la electroni.
Metalele sunt substanțe simple, prin urmare starea de oxidare a atomilor din ele este 0. Când intră în reacții, metalele aproape întotdeauna schimbă starea de oxidare a atomilor lor. Atomii de metal, neavând tendința de a accepta electroni, îi pot doar dona sau împărtăși. Electronegativitatea acestor atomi este scăzută, prin urmare, chiar și atunci când formează legături covalente, atomii de metal dobândesc o stare de oxidare pozitivă. În consecință, toate metalele prezintă, într-o măsură sau alta, proprietăți de restaurare. Ei reactioneaza:
1) C nemetale(dar nu toți și nu cu toată lumea):
4Li + O 2 = 2Li 2 O,
3Mg + N 2 = Mg 3 N 2 (când este încălzit),
Fe + S = FeS (când este încălzit).
Cele mai active metale reacționează cu ușurință cu halogenii și oxigenul, iar doar litiul și magneziul reacţionează cu moleculele de azot foarte puternice.
Când reacţionează cu oxigenul, majoritatea metalelor formează oxizi, iar cele mai active formează peroxizi (Na 2 O 2, BaO 2) şi alţi compuşi mai complecşi.
2) C oxizi metale mai puțin active:
2Ca + MnO 2 = 2CaO + Mn (când este încălzit),
2Al + Fe 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Fe (cu preîncălzire).
Posibilitatea producerii acestor reacții este determinată de regula generală (reacțiile redox se desfășoară în direcția formării agenților oxidanți și reducători mai slabi) și depinde nu numai de activitatea metalului (un metal mai activ, adică un metal). care renunță mai ușor la electroni, reduce unul mai puțin activ), dar și asupra energiei rețelei cristaline de oxid (reacția decurge în direcția formării unui oxid mai „puternic”).
3) C solutii acide(§ 12.2):
Mg + 2H3O = Mg2B + H2 + 2H2O, Fe + 2H3O = Fe2 + H2 + 2H2O,
Mg + H2S04p = MgS04p + H2, Fe + 2HCI p = FeCI2p + H2.
În acest caz, posibilitatea unei reacții este ușor de determinată printr-o serie de tensiuni (reacția are loc dacă metalul din seria de tensiuni este la stânga hidrogenului).
4) C soluții sărate(§ 12.2):

Fe + Cu 2 = Fe 2 + Cu, Cu + 2Ag = Cu 2 +2Ag,
Fe + CuSO 4p = Cu + FeSO 4p, Cu + 2AgNO 3p = 2Ag + Cu(NO 3) 2p.
Un număr de tensiuni sunt, de asemenea, folosite aici pentru a determina dacă poate avea loc o reacție.
5) În plus, cele mai active metale (alcaline și alcalino-pământoase) reacționează cu apa (§ 11.4):
2Na + 2H2O = 2Na + H2 + 2OH, Ca + 2H2O = Ca2 + H2 + 2OH,
2Na + 2H2O = 2NaOH p + H2, Ca + 2H2O = Ca(OH)2p + H2.
În a doua reacție, este posibilă formarea unui precipitat de Ca(OH)2.
Majoritatea metalelor din industrie obține, reducerea oxizilor lor:
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2 (la temperatură ridicată),
MnO 2 + 2C = Mn + 2CO (la temperatură ridicată).
Hidrogenul este adesea folosit pentru aceasta în laborator:

Cele mai active metale, atât în industrie, cât și în laborator, se obțin prin electroliză (§ 9.9).
În laborator, metalele mai puțin active pot fi reduse din soluțiile sărurilor lor cu metale mai active (pentru restricții, vezi § 12.2).

1.De ce metalele nu tind să prezinte proprietăți oxidante?
2.Ce determină în primul rând activitatea chimică a metalelor?
3. Efectuați transformări
a) Li Li 2 O LiOH LiCl; b) NaCI Na Na2O2;
c) FeO Fe FeS Fe2O3; d) CuCl 2 Cu(OH) 2 CuO Cu CuBr 2.
4. Restabiliți părțile stângi ale ecuațiilor:
a) ... = H2O + Cu;
b) ... = 3CO + 2Fe;
c) ... = 2Cr + Al2O3
. Proprietățile chimice ale metalelor.

13.3. Nemetale

Spre deosebire de metale, nemetale diferă foarte mult unele de altele în proprietățile lor - atât fizice, cât și chimice, și chiar în tipul structurii. Dar, fără a număra gazele nobile, în toate nemetalele legătura dintre atomi este covalentă.
Atomii care alcătuiesc nemetale au tendința de a câștiga electroni, dar atunci când formează substanțe simple, ei nu pot „satisface” această tendință. Prin urmare, nemetalele (într-un grad sau altul) au tendința de a adăuga electroni, adică pot prezenta proprietăți oxidante. Activitatea oxidativă a nemetalelor depinde, pe de o parte, de mărimea atomilor (cu cât atomii sunt mai mici, cu atât substanța este mai activă), iar pe de altă parte, de puterea legăturilor covalente dintr-o substanță simplă (cu cât este mai puternică). legături, cu atât substanța este mai puțin activă). Atunci când formează compuși ionici, atomii nemetalici adaugă de fapt electroni „în plus”, iar atunci când formează compuși cu legături covalente, ei schimbă doar perechile de electroni comuni în direcția lor. În ambele cazuri, starea de oxidare scade.
Nemetalele se pot oxida:
1) metale(substanțe mai mult sau mai puțin înclinate să doneze electroni):
3F 2 + 2Al = 2AlF 3,
O 2 + 2Mg = 2MgO (cu preîncălzire),
S + Fe = FeS (când este încălzit),
2C + Ca = CaC 2 (când este încălzit).
2) alte nemetale(mai puțin predispus să accepte electroni):
2F 2 + C = CF 4 (când este încălzit),
O 2 + S = SO 2 (cu preîncălzire),
S + H 2 = H 2 S (când este încălzit),
3) multe complex substante:
4F 2 + CH 4 = CF 4 + 4HF,
3O 2 + 4NH 3 = 2N 2 + 6H 2 O (când este încălzit),
CI2 + 2HBr = Br2 + 2HCI.
Aici, posibilitatea apariției unei reacții este determinată în primul rând de puterea legăturilor dintre reactivi și produșii de reacție și poate fi determinată prin calcul G.
Cel mai puternic agent oxidant este fluorul. Oxigenul și clorul nu sunt cu mult inferioare acestuia (atenție la poziția lor în sistemul de elemente).
Într-o măsură mult mai mică, borul, grafitul (și diamantul), siliciul și alte substanțe simple formate din elemente adiacente graniței dintre metale și nemetale prezintă proprietăți oxidante. Atomii acestor elemente sunt mai puțin probabil să câștige electroni. Aceste substanțe (în special grafitul și hidrogenul) sunt capabile să prezinte proprietăți de restaurare:
2C + MnO 2 = Mn + 2CO,
4H2 + Fe3O4 = 3Fe + 4H2O.
Veți studia proprietățile chimice rămase ale nemetalelor în secțiunile următoare, pe măsură ce vă familiarizați cu chimia elementelor individuale (cum a fost cazul oxigenului și hidrogenului). Acolo vei învăța și cum să obții aceste substanțe.

1. Care dintre următoarele substanțe sunt nemetale: Be, C, Ne, Pt, Si, Sn, Se, Cs, Sc, Ar, Ra?
2. Dați exemple de nemetale care, în condiții normale, sunt a) gaze, b) lichide, c) solide.
3. Dați exemple de substanțe simple a) moleculare și b) nemoleculare.
4. Dați trei exemple de reacții chimice în care a) clorul și b) hidrogenul prezintă proprietăți oxidante.
5. Dați trei exemple de reacții chimice care nu sunt în textul paragrafului, în care hidrogenul prezintă proprietăți reducătoare.
6. Efectuați transformări:
a) P4P4O10H3P04; b) H2NaHH2; c) CI2NaCICI2.
Proprietățile chimice ale nemetalelor.

13.4. Oxizii bazici

Știți deja că toți oxizii bazici sunt solide nemoleculare cu legături ionice.
Principalii oxizi includ:
a) oxizi ai elementelor alcaline și alcalino-pământoase,
b) oxizii altor elemente care formează metale în stări inferioare de oxidare, de exemplu: CrO, MnO, FeO, Ag 2 O etc.

Acestea includ ioni încărcați individual, încărcați dublu (foarte rar cationi cu încărcare triplă) și ioni de oxid. Cel mai caracteristic Proprietăți chimice oxizii bazici se datorează tocmai prezenței în ei a ionilor de oxid încărcați dublu (particule de bază foarte puternice). Activitatea chimică a oxizilor bazici depinde în primul rând de puterea legăturilor ionice din cristalele lor.
1) Toți oxizii bazici reacționează cu soluțiile de acizi tari (§ 12.5):
Li 2 O + 2H 3 O = 2Li + 3H 2 O, NiO + 2H 3 O = Ni 2 + 3H 2 O,
Li2O + 2HCI p = 2LiCl p + H2O, NiO + H2SO4p = NiS04p + H2O.
În primul caz, pe lângă reacția cu ionii de oxoniu, are loc și o reacție cu apa, dar întrucât viteza acesteia este mult mai mică, poate fi neglijată, mai ales că în final se obțin în continuare aceleași produse.
Posibilitatea de reacție cu o soluție de acid slab este determinată atât de puterea acidului (cu cât acidul este mai puternic, cu atât este mai activ), cât și de puterea legăturii în oxid (cu cât legătura este mai slabă, cu atât este mai activă). oxidul).
2) Oxizii metalelor alcaline și alcalino-pământoase reacţionează cu apa (§ 11.4):
Li 2 O + H 2 O = 2Li + 2OH BaO + H 2 O = Ba 2 + 2OH
Li20 + H20 = 2LiOH p, BaO + H20 = Ba(OH) 2p.
3) În plus, oxizii bazici reacţionează cu oxizii acizi:
BaO + CO 2 = BaCO 3,
FeO + SO 3 = FeSO 4,
Na2O + N2O5 = 2NaNO3.
În funcție de activitatea chimică a acestor oxizi și a altor oxizi, reacțiile pot avea loc la temperaturi obișnuite sau la încălzire.
Care este motivul unor astfel de reacții? Să luăm în considerare reacția de formare a BaCO3 din BaO și CO2. Reacția se desfășoară spontan, iar entropia în această reacție scade (din două substanțe, solidă și gazoasă, se formează o substanță cristalină), prin urmare, reacția este exotermă. În reacțiile exoterme, energia legăturilor formate este mai mare decât energia legăturilor rupte; prin urmare, energia legăturilor în BaCO 3 este mai mare decât în BaO și CO 2 original. Există două tipuri de legături chimice atât în materiile prime, cât și în produșii de reacție: ionice și covalente. Energia legăturii ionice (energia rețelei) în BaO este puțin mai mare decât în BaCO 3 (dimensiunea ionului carbonat este mai mare decât ionul oxid), prin urmare, energia sistemului O 2 + CO 2 este mai mare decât energia lui CO 3 2.

+ Q

Cu alte cuvinte, ionul CO 3 2 este mai stabil decât ionul O 2 și molecula de CO 2 luate separat. Iar stabilitatea mai mare a ionului carbonat (energia sa internă mai mică) este asociată cu distribuția sarcinii acestui ion (– 2 e) prin trei atomi de oxigen ai ionului carbonat în loc de unul în ionul oxid (vezi și § 13.11).
4) Mulți oxizi bazici pot fi reduși la metal printr-un metal mai activ sau un agent reducător nemetal:
MnO + Ca = Mn + CaO (când este încălzit),
FeO + H2 = Fe + H2O (când este încălzit).
Posibilitatea apariției unor astfel de reacții depinde nu numai de activitatea agentului reducător, ci și de puterea legăturilor din oxidul inițial și rezultat.
General metoda de obtinere Aproape toți oxizii bazici implică oxidarea metalului corespunzător cu oxigen. În acest fel, oxizii de sodiu, potasiu și alte metale foarte active (în aceste condiții formează peroxizi și compuși mai complecși), precum și aur, argint, platină și alte metale foarte slab active (aceste metale nu reacţionează cu oxigen) nu poate fi obținută. Oxizii bazici pot fi obținuți prin descompunerea termică a hidroxizilor corespunzători, precum și a unor săruri (de exemplu, carbonați). Astfel, oxidul de magneziu poate fi obținut în toate cele trei moduri:
2Mg + O2 = 2MgO,
Mg(OH)2 = MgO + H2O,
MgC03 = MgO + CO2.

1. Alcătuiți ecuațiile de reacție:
a) Li 2 O + CO 2 b) Na 2 O + N 2 O 5 c) CaO + SO 3
d) Ag2O + HNO3 e) MnO + HCl f) MgO + H2SO4
2. Alcătuiți ecuații pentru reacțiile care au loc în timpul următoarelor transformări:
a) Mg MgO MgS04 b) Na2O Na2SO3NaCl
c) CoO Co CoCl 2 d) Fe Fe 3 O 4 FeO
3. O porțiune de nichel cântărind 8,85 g a fost calcinată într-un curent de oxigen pentru a obține oxid de nichel(II), apoi tratată cu un exces de acid clorhidric. La soluţia rezultată s-a adăugat o soluţie de sulfură de sodiu până când a încetat precipitarea. Determinați masa acestui sediment.
Proprietățile chimice ale oxizilor bazici.

13.5. Oxizi acizi

Toți oxizii acizi sunt substanțe cu legătură covalentă.
Oxizii acizi includ:
a) oxizi ai elementelor care formează nemetale,
b) unii oxizi ai elementelor care formează metale, dacă metalele din acești oxizi sunt în stări de oxidare superioare, de exemplu, CrO 3, Mn 2 O 7.
Printre oxizii acizi se numără substanțe care sunt gaze la temperatura camerei (de exemplu: CO 2, N 2 O 3, SO 2, SeO 2), lichide (de exemplu, Mn 2 O 7) și solide (de exemplu: B 2). O3, Si02, N2O5, P4O6, P4O10, SO3, I2O5, Cr03). Majoritatea oxizilor acizi sunt substanțe moleculare (excepții sunt B 2 O 3, SiO 2, SO 3 solid, CrO 3 și alții; există și modificări nemoleculare ale P 2 O 5). Dar oxizii acizi nemoleculari devin, de asemenea, moleculari la trecerea la o stare gazoasă.
Următoarele sunt caracteristice oxizilor acizi: Proprietăți chimice.
1) Toți oxizii acizi reacționează cu bazele tari ca și cu solidele:
CO2 + Ca(OH)2 = CaC03 + H2O
SiO 2 + 2KOH = K 2 SiO 3 + H 2 O (când este încălzit),
și cu soluții alcaline (§ 12.8):
SO 3 + 2OH = SO 4 2 + H 2 O, N 2 O 5 + 2OH = 2NO 3 + H 2 O,
SO 3 + 2NaOH р = Na 2 SO 4р + H 2 O, N 2 O 5 + 2KOH р = 2KNO 3р + H 2 O.
Motivul reacțiilor cu hidroxizi solizi este același ca și cu oxizii (vezi § 13.4).
Cei mai activi oxizi acizi (SO 3, CrO 3, N 2 O 5, Cl 2 O 7) pot reactiona si cu baze insolubile (slabe).
2) Oxizii acizi reacţionează cu oxizii bazici (§ 13.4):
CO2 + CaO = CaCO3
P 4 O 10 + 6FeO = 2Fe 3 (PO 4) 2 (când este încălzit)
3) Mulți oxizi acizi reacţionează cu apa (§11.4).
N 2 O 3 + H 2 O = 2HNO 2 SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 (o notație mai corectă pentru formula acidului sulfuros este SO 2 . H 2 O
N 2 O 5 + H 2 O = 2HNO 3 SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
Mulți oxizi acizi pot fi primit prin oxidarea cu oxigen (combustie în oxigen sau în aer) a substanțelor simple corespunzătoare (C gr, S 8, P 4, P cr, B, Se, dar nu N 2 și nu halogeni):
C + O 2 = CO 2,
S 8 + 8O 2 = 8SO 2,
sau la descompunerea acizilor corespunzători:
H 2 SO 4 = SO 3 + H 2 O (cu încălzire puternică),
H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O (când este uscat la aer),
H 2 CO 3 = CO 2 + H 2 O (la temperatura camerei în soluție),
H2S03 = SO2 + H2O (la temperatura camerei în soluţie).
Instabilitatea acizilor carbonic și sulfuros face posibilă obținerea de CO 2 și SO 2 prin acțiunea acizilor tari asupra carbonaților Na 2 CO 3 + 2HCl p = 2NaCl p + CO 2 +H 2 O
(reacția are loc atât în soluție, cât și cu Na 2 CO 3 solid) și sulfiți
K 2 SO 3tv + H 2 SO 4conc = K 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O (dacă este multă apă, dioxidul de sulf nu se eliberează sub formă de gaz).

clasa a 8-a

Tipul de lecție. Dobândirea de noi cunoștințe.

Goluri. Educational – explicați esența reacțiilor metabolice; învăţaţi elevii să scrie ecuaţii ale reacţiilor de schimb.

De dezvoltare– dezvolta capacitatea de a pune probleme simple, de a formula ipoteze și de a le testa experimental, pe baza cunoștințelor de chimie; îmbunătățirea abilităților de lucru cu echipamente și reactivi de laborator, documentarea rezultatelor experimentelor educaționale; pentru a forma abilități de autocontrol adecvat și reciproc.

Educational– continuarea formării viziunii științifice despre lume a studenților; cultivarea unei culturi a comunicării prin munca în perechi elev-elev, profesor-elev; să cultive calități ale personalității precum observația, curiozitatea, inițiativa și dorința de căutare independentă.

Metode și tehnici metodologice. Studiu frontal; munca independentă cu cartonașe, verificarea reciprocă a rezultatelor muncii independente în perechi, notare; efectuarea lucrărilor de laborator în perechi, completând în mod independent un raport privind lucrările de laborator; lucrul cu mijloace vizuale (tabelul periodic al elementelor chimice al lui D.I. Mendeleev, tabelul solubilității substanțelor, carduri).

Echipamente și reactivi. Un retroproiector, un tabel pentru întocmirea unui raport pentru munca de laborator „Reacții de schimb”, carduri cu sarcini pentru lucru independent pe tema „Tipuri de reacții chimice”, un stand de laborator cu eprubete, un cristalizator, o lampă cu alcool, un suport pentru eprubete, chibrituri; oxid de cupru (II), soluții de hidroxizi de sodiu și potasiu, acizi clorhidric și sulfuric, clorură de fier (III), fenolftaleină.

ÎN CURILE CURĂRILOR

Actualizarea cunoștințelor

Lecția începe cu o conversație frontală asupra materialului studiat*. În timpul conversației, profesorul pune întrebări. Pentru fiecare răspuns corect, se acordă un cip. La sfârșitul lecției, notele sunt acordate în funcție de numărul de jetoane colectate. Criterii de conversie a numărului de jetoane într-o notă: pe „5” trebuie să înscrieți 5 jetoane, pe „4” – 4 jetoane.

Profesor. Studiem capitolul „Modificări care apar în substanțe”. Astfel de modificări pot fi fizice sau chimice. Care este diferența dintre un fenomen chimic și unul fizic?

Student. Ca urmare a unui fenomen chimic, compoziția unei substanțe se modifică, dar ca urmare a unui fenomen fizic, nu se schimbă.

Profesor. Ce semne pot fi folosite pentru a determina că a avut loc o reacție chimică?(Fiecare respondent trebuie să numească un singur semn al unei reacții chimice.)

Elevi. Schimbarea culorii, eliberarea de gaz, precipitarea sau dizolvarea sedimentului, apariția mirosului, eliberarea de lumină, eliberarea de căldură.

Profesor. Cum se numește o ecuație chimică?

Student. O ecuație chimică este o reprezentare convențională a unei reacții chimice folosind formule chimice și simboluri matematice.

Profesor. Ce tipuri de reacții chimice cunoașteți?

Student. Cunoaștem trei tipuri de reacții chimice: combinație, descompunere, substituție.

Profesor. Definiți o reacție compusă și dați un exemplu de astfel de reacție chimică.

Student. O reacție compusă este o reacție în care două sau mai multe substanțe simple sau complexe se combină pentru a forma o substanță complexă. De exemplu, atunci când două substanțe simple oxigen și hidrogen se combină, se formează substanța complexă apă:

2H2 + O2 = 2H2O.

Profesor. Ce reacție se numește reacție de descompunere? Dați un exemplu de reacție de descompunere.

Student. O reacție de descompunere este o reacție în care dintr-o substanță complexă se obțin mai multe substanțe simple sau complexe. De exemplu, când substanța complexă malachitul se descompune, se formează trei noi substanțe complexe: oxid de cupru (II), apă și dioxid de carbon:

(CuOH)2C032CuO + H20 + CO2.

Profesor. Ce reacție se numește reacție de substituție? Dați un exemplu de astfel de reacție.

Student. O reacție de substituție este o reacție în care o substanță simplă înlocuiește un tip de atom într-o substanță complexă. De exemplu, dacă scufundați un cui de fier într-o soluție de sulfat de cupru (II), fierul va înlocui cuprul din soluția de sare:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu.

Profesor. Ați învățat bine materialul despre tipurile de reacții chimice. Încercați să vă aplicați cunoștințele teoretice în practică. Determinați tipurile de reacții chimice, ale căror scheme sunt prezentate în carduri pentru munca independentă. În plus, trebuie să aranjați coeficienții în ecuațiile de reacție.

Muncă independentă (7–8 min)

Exercițiu. Aranjați coeficienții în ecuațiile de reacție și indicați tipul fiecărei reacții.

Opțiunea 1

CO + O 2 CO 2, NaNO 3 NaNO 2 + O 2,

CuO + Al Al 2 O 3 + Cu,

AgNO 3 + Cu Cu(NO 3) 2 + Ag,

HBr H2 + Br2, Ca + O2CaO.

Opțiunea 2

Fe + O 2 Fe 3 O 4, KClO 3 KCl + O 2,

Al + HCl AlCl 3 + H 2, Al + O 2 Al 2 O 3,

Fe + HCI FeCl2 + H2, KNO3KNO2 + O2.

Criterii de evaluare

Puteți nota maximum 6 puncte (0,5 puncte pentru coeficienții plasați corect în fiecare ecuație și 0,5 puncte pentru tipul de reacție indicat corect).

La „5” – 6–5,5 puncte,

pentru „4” – 5–4,5 puncte,

pentru „3” – 4–3 puncte.

După finalizarea sarcinilor, studenții care stau la același birou își schimbă munca. Lucrarea este verificată reciproc folosind un retroproiector și notele sunt acordate conform criteriilor de mai sus.

Profesor. Băieți, ridicați mâinile care a făcut treaba cu un „A”. Cine a facut-o cu 4? Deci, pentru a rezuma munca independentă de astăzi, pot spune că știți bine trei tipuri de reacții chimice: reacții de combinare, de descompunere și de substituție. Ne confruntăm cu sarcina de a studia un alt tip de reacții chimice - reacțiile de schimb.

Învățarea de materiale noi

(folosind cipuri)

Profesor. Pe baza numelui tipului de reacție, ghiciți care este esența reacției de schimb.

Student. Esența unei astfel de reacții este aceea că substanțele își schimbă componentele.

Profesor. Ce substanțe - simple sau complexe - își pot schimba părțile constitutive?

Student. Ambele substanțe trebuie să fie complexe.

Profesor. Cum arată schema generală a unei reacții de schimb?

Elevul scrie pe tablă schema generală a reacției de schimb:

AB + CD = AD + CB.

Elevii revin la tabelul rezumativ (Tabelul 1) pentru tipurile de reacții chimice realizate în cele două lecții anterioare și, sub îndrumarea profesorului, completează ultimul rând din acest tabel.

tabelul 1

Clasificarea reacțiilor pe baza
cantitatea şi compoziţia substanţelor care reacţionează

Tip de reacție	Ecuații de reacție în formă generală
Reacția compusă	Combinația a două (mai multe) substanțe simple într-o substanță complexă: A + B = AB. Combinația a două substanțe binare într-o substanță complexă cu trei elemente: AB + CB = DIA 2
Reacția de descompunere	Descompunerea unei substanțe complexe în două (mai multe) substanțe simple: Descompunerea unei substanțe complexe cu trei elemente în două substanțe binare: DIA 2 = AB + BC
Reacție de înlocuire	Interacțiunea unei substanțe simple cu una complexă, în urma căreia se formează alte substanțe - simple și complexe: AB + C = A + CB
Reacția de schimb	Interacțiunea a două substanțe complexe pentru a forma alte două substanțe complexe: AB + CD = AD + CB

Profesor. O reacție de schimb este o reacție între două substanțe complexe care își schimbă părțile constitutive.

Am examinat esența reacției de schimb din punct de vedere teoretic. Pentru a verifica practic dacă reacțiile de schimb au loc cu adevărat între substanțe complexe, vom efectua lucrări de laborator. (Elevii primesc cartonașe cu un tabel (Tabelul 2) pentru a întocmi un raport despre munca de laborator „Reacții de schimb”). Tabelul conține o coloană care oferă o idee despre ceea ce trebuie făcut. Veți completa celelalte două coloane după finalizarea experimentelor.

masa 2

Lucrări de laborator „Reacții de schimb”

Experienta nr.	Progresul lucrării (ce trebuie făcut)	Observații (ceea ce am văzut)	Ecuații ale reacțiilor chimice, concluzii
1	Se toarnă soluție de hidroxid de sodiu într-o eprubetă, se adaugă o picătură de soluție de fenolftaleină, apoi se adaugă soluție de acid clorhidric		A avut loc o reacție chimică: NaOH + HCI = NaCI + H2O.
2	Se toarnă soluție de hidroxid de potasiu într-o eprubetă, se adaugă o picătură de soluție de fenolftaleină, apoi se adaugă soluție de acid sulfuric	Indicatorul din soluția alcalină a devenit purpurie, iar când a fost adăugat acid, acesta a devenit decolorat	A avut loc o reacție chimică: 2KOH + H2S04 = = K2S04 + 2H20. Aceasta este o reacție de schimb, pentru că alcalii și acizii își schimbă părțile constitutive
3	a) Se adaugă soluție de hidroxid de sodiu picătură cu picătură într-o soluție de clorură de fier (III).	A căzut un precipitat maro	A avut loc o reacție chimică: FeCl3 + 3NaOH = = Fe(OH)3 + 3NaCI. Aceasta este o reacție de schimb, pentru că sarea și alcalii și-au schimbat constituenții
3	b) Se adaugă o soluție de acid sulfuric la precipitatul rezultat	Precipitatul maro s-a dizolvat	A avut loc o reacție chimică: 2Fe(OH)3 + 3H2S04 = = Fe2(S04)3 + 6H2O. Aceasta este o reacție de schimb, pentru că bazele insolubile și acidul își schimbă constituenții
4	Se toarnă pulbere de oxid de cupru (II) într-o eprubetă, se adaugă acid sulfuric și se încălzește în flacăra superioară a unei lămpi cu alcool.	Pulberea neagră s-a dizolvat pentru a forma o soluție albastră	A avut loc o reacție chimică: CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O. Aceasta este o reacție de schimb, pentru că oxidul și acidul își schimbă părțile constitutive

Înainte de a începe să efectuați experimente, amintiți-vă că trebuie să lucrați cu soluții de acizi și alcaline cu atenție, deoarece sunt periculoase. Lucrați cu soluții conform principiului „nu vărsați”, iar cu solide - conform principiului „nu vărsați”. Încălziți eprubeta cu substanțe în partea superioară a flăcării unei lămpi cu alcool, încălzind mai întâi întreaga eprubetă și apoi partea inferioară.

Cine poate spune care sunt regulile de utilizare a unei lămpi cu alcool?

Student. Mai întâi trebuie să verificați rezervorul lămpii cu alcool, să reglați fitilul, apoi să îl aprindeți. După încălzire, stingeți flacăra lămpii cu alcool cu capacul.

Experimentele nr. 1 și 2 sunt în curs de desfășurare.

CONVERSAȚIE FRONTALĂ

Profesor. De ce am folosit fenolftaleină în timpul experimentelor?

Student. Fenolftaleina este utilizată astfel încât să se poată vedea cum mediul soluției se schimbă de la alcalin la neutru. Deoarece materiile prime și produsele de reacție sunt incolore, o schimbare a culorii indicatorului va fi un semn al unei reacții chimice.

Profesor. Verificați corectitudinea scrierii ecuațiilor de reacție pentru primul și al doilea experiment(se propune scrierea ecuațiilor de reacție pe bandă de cod). Aceste reacții sunt reacții de schimb?

Student. Reacția dintre un alcalin și un acid este o reacție de schimb în care două substanțe complexe își schimbă constituenții.

Profesor. De ce reacția dintre un alcalin și un acid este numită reacție de neutralizare?

Student. Într-o reacție de neutralizare, un acid neutralizează un alcalin pentru a produce sare și apă.

Profesor. Am investigat interacțiunea dintre alcali și acid. Cu toate acestea, bazele sunt nu numai solubile, ci și insolubile. Va avea loc o reacție între o bază insolubilă și un acid? Va fi această reacție o reacție de schimb și, de asemenea, o reacție de neutralizare? Poate cineva sa rezolve aceasta problema?

Student. Este necesar să se efectueze un experiment între o bază insolubilă și un acid..

Profesor. În primul rând, prin reacția unei sări de fier (III) cu alcalii de sodiu, obținem o bază insolubilă. Pentru a face acest lucru, vom efectua experimentul 3a. Atunci să vedem dacă o bază insolubilă poate interacționa cu un acid - experimentul 3b.

(discuția rezultatelor experimentale)

Profesor. Prin ce semne puteți determina că reacțiile au trecut?

Student. În primul caz, s-a format un precipitat; în al doilea caz, precipitatul s-a dizolvat și s-a obținut o soluție maro..

Profesor. Verificați corectitudinea ecuațiilor de reacție scrise(se propune scrierea ecuațiilor de reacție pe bandă de cod). Aceste reacții au legătură cu reacțiile de schimb?

Student. Aceste reacții aparțin reacțiilor de schimb, deoarece implică substanțe complexe care fac schimb de componente.

Profesor. Vă rugăm să rețineți că în experimentul 3a, o sare și un alcali intră în reacția de schimb, iar în cazul experimentului 3b, o bază insolubilă și un acid. Este reacția dintre o bază insolubilă și un acid o reacție de neutralizare?

Student. Da deoarece Ca rezultat al acestei reacții, se formează sare și apă.

Profesor. Între ce substanțe are loc o reacție de neutralizare?

Student. Reacția de neutralizare are loc între acizi și baze, atât solubile, cât și insolubile.

Profesor. Reacția de neutralizare este un caz special de reacție de schimb. Substanțe din ce alte clase de compuși pot intra în reacții de schimb?

Student. Oxizii bazici suferă, de asemenea, reacții de schimb.

Profesor. Pentru a rezolva această problemă, să efectuăm experimentul 4. În timpul experimentului, nu uitați de regulile pentru încălzirea substanțelor.

CONVERSAȚIE FRONTALĂ

(discuția rezultatelor experimentale)

Profesor. Ce semne indică faptul că reacția a trecut?

Student. Precipitatul s-a dizolvat, s-a format o soluție albastră.

Profesor. Cum ai scris ecuația reacției?(Elevul notează ecuația reacției la tablă.) Deci, oxidul de metal și acidul intră într-o reacție de schimb.

Încheierea conversației

Profesor. Câte tipuri de reacții chimice cunoașteți acum?

Student. Cunoaștem patru tipuri de reacții chimice: reacții de combinare, de descompunere, de substituție și de schimb.

Profesor. Între ce clase de substanțe pot apărea reacții de schimb?

Student. Pot avea loc reacții de schimb între baze și acizi, acizi și oxizi bazici, săruri și alcalii.

Profesor. Ce reacție se numește reacție de neutralizare?

Student. O reacție de neutralizare este o reacție de schimb între o bază și un acid, care are ca rezultat formarea de sare și apă.

Profesor. Două săruri solubile intră, de asemenea, într-o reacție de schimb dacă se formează ca rezultat o sare insolubilă. De exemplu:

AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3,

BaCl2 + MgS04 = BaS04 + MgCl2.

Profesorul acordă note în funcție de numărul de jetoane colectate.

Teme pentru acasă. Conform manualului lui O.S. Gabrielyan „Chimie-8” § 27, ex. 2b, 3a, p. 100.

* Vezi Nr. 7, 10/2006

Literatură

Gabrielyan O.S.. Chimie-8. M.: Butarda, 2002, 208 p.; Gabrielyan O.S., Voskoboynikova N.P., Yashukova A.V. Manualul profesorului. clasa a 8-a. M.: Butard, 2002, 416 p.; Gabrielyan O.S., Smirnova T.V.. Studiem chimia in clasa a VIII-a. Ghid metodologic al manualului de O.S. Gabrielyan „Chimie-8” pentru elevi și profesori. M.: Blik and Co., 2001, 224 p.; Kuznetsova N.E., Titova I.M., Gara N.N., Zhegin A.Yu.. Chimie. clasa a 8-a. M.: Ventana-Graf, 2003, 224 p.

Conținutul articolului

MALACHIT– este un compus de cupru, compoziția malachitului natural este simplă: este carbonat de cupru bazic (CuOH) 2 CO 3, sau CuCO 3 ·Cu(OH) 2. Acest compus este instabil din punct de vedere termic și se descompune ușor atunci când este încălzit, chiar și nu foarte puternic. Dacă încălziți malachitul peste 200 o C, acesta se va deveni negru și se va transforma în pulbere neagră de oxid de cupru și, în același timp, se vor elibera vapori de apă și dioxid de carbon: (CuOH) 2 CO 3 ® 2CuO + CO 2 + H 2 O. Cu toate acestea, obținerea din nou de malachit este o sarcină foarte dificilă: acest lucru nu a putut fi făcut timp de multe decenii, chiar și după sinteza cu succes a diamantului.

Nu este ușor să obțineți nici măcar un compus de aceeași compoziție cu malachitul. Dacă îmbinați soluții de sulfat de cupru și carbonat de sodiu, veți obține un precipitat albastru liber, voluminos, foarte asemănător cu hidroxidul de cupru Cu(OH) 2; În același timp, va fi eliberat dioxid de carbon. Dar după aproximativ o săptămână, sedimentul albastru liber va deveni foarte dens și va căpăta o culoare verde. Repetarea experimentului cu soluții fierbinți de reactivi va duce la faptul că aceleași modificări în sediment vor avea loc într-o oră.

Reacția sărurilor de cupru cu carbonați de metale alcaline a fost studiată de mulți chimiști din diferite țări, dar rezultatele analizei precipitatelor rezultate au variat între diferiți cercetători, uneori semnificativ. Dacă luați prea mult carbonat, nu se va forma deloc precipitat, dar veți obține o soluție albastră frumoasă care conține cupru sub formă de anioni complecși, de exemplu, 2–. Dacă luați mai puțin carbonat, cade un precipitat voluminos, asemănător unui jeleu, de culoare albastru deschis, spumat cu bule de dioxid de carbon. Transformările ulterioare depind de raportul dintre reactivi. Cu un exces de CuSO 4, chiar și mic, precipitatul nu se modifică în timp. Cu un exces de carbonat de sodiu, după 4 zile precipitatul albastru scade brusc (de 6 ori) în volum și se transformă în cristale verzi, care pot fi filtrate, uscate și măcinate într-o pulbere fină, care se apropie ca compoziție de malachit. Dacă creșteți concentrația de CuSO 4 de la 0,067 la 1,073 mol/l (cu un ușor exces de Na 2 CO 3), atunci timpul de trecere a precipitatului albastru la cristale verzi scade de la 6 zile la 18 ore. Evident, în jeleul albastru, în timp, se formează nuclee ai fazei cristaline, care cresc treptat. Iar cristalele verzi sunt mult mai aproape de malachit decât de jeleul fără formă.

Astfel, pentru a obține un precipitat cu o anumită compoziție corespunzătoare malachitului, trebuie să luați un exces de 10% de Na 2 CO 3 , o concentrație mare de reactivi (aproximativ 1 mol/l) și să păstrați precipitatul albastru sub soluție. până se transformă în cristale verzi. Apropo, amestecul obținut prin adăugarea de sodă la sulfatul de cupru a fost folosit de mult împotriva insectelor dăunătoare în agricultură sub numele de „amestec de Burgundy”.

Compușii solubili de cupru sunt cunoscuți a fi otrăvitori. Carbonatul de cupru bazic este insolubil, dar în stomac sub influența acidului clorhidric se transformă ușor în clorură solubilă: (CuOH) 2 CO 3 + 2HCl ® 2CuCl 2 + CO 2 + H 2 O. Este malahitul periculos în acest caz? Cândva, a fost considerat foarte periculos să te înțepe cu un ac de cupru sau un ac de păr, vârful căruia a devenit verde, indicând formarea sărurilor de cupru - în principal carbonat de bază sub influența dioxidului de carbon, oxigenului și umidității din aer. De fapt, toxicitatea carbonatului de cupru bazic, inclusiv a celui care se formează sub forma unei patine verzi pe suprafața produselor din cupru și bronz, este oarecum exagerată. După cum au arătat studiile speciale, doza de carbonat de cupru bazic care este letală pentru jumătate dintre șobolanii testați este de 1,35 g per 1 kg de greutate pentru masculi și 1,5 g pentru femele. Doza unică maximă sigură este de 0,67 g per 1 kg. Desigur, o persoană nu este un șobolan, dar malachitul nu este clar cianură de potasiu. Și este greu de imaginat că cineva ar mânca o jumătate de pahar de malachit pudră. Același lucru se poate spune despre acetatul de cupru bazic (denumirea istorică este verdigris), care se obține prin tratarea carbonatului bazic cu acid acetic și este folosit, în special, ca pesticid. Mult mai periculos este un alt pesticid cunoscut sub numele de „Verde de Paris”, care este un amestec de acetat de cupru bazic cu arseniatul său Cu(AsO2)2.

Chimiștii au fost de mult interesați de întrebarea dacă nu există carbonat de cupru de bază, ci simplu, CuCO 3. În tabelul de solubilitate a sării există o liniuță în locul CuCO 3, ceea ce înseamnă unul din două lucruri: fie această substanță este complet descompusă de apă, fie nu există deloc. Într-adevăr, timp de un secol întreg nimeni nu a reușit să obțină această substanță și toate manualele scriau că carbonatul de cupru nu există. Cu toate acestea, în 1959 această substanță a fost obținută, deși în condiții speciale: la 150 ° C într-o atmosferă de dioxid de carbon sub o presiune de 60–80 atm.

Malachitul ca mineral.

Malachitul natural se formează întotdeauna acolo unde există depozite de minereuri de cupru, dacă aceste minereuri apar în roci carbonatice - calcare, dolomite etc. Adesea acestea sunt minereuri sulfurate, dintre care cele mai frecvente sunt calcocitul (o altă denumire este calcochitul) Cu 2 S, calcopirită CuFeS 2, bornită Cu 5 FeS 4 sau 2Cu 2 S·CuS·FeS, covellită CuS. Când minereul de cupru intră sub influența apei subterane, în care oxigenul și dioxidul de carbon sunt dizolvați, cuprul intră în soluție. Această soluție, care conține ioni de cupru, se infiltrează încet prin calcarul poros și reacționează cu acesta pentru a forma carbonatul de cupru de bază, malachitul. Uneori, picăturile de soluție, care se evaporă în goluri, formează depozite, ceva de genul stalactitelor și stalagmitelor, doar că nu calcit, ci malachit. Toate etapele formării acestui mineral sunt clar vizibile pe pereții unei uriașe cariere de minereu de cupru până la 300–400 m adâncime din provincia Katanga (Zaire). Minereul de cupru din partea de jos a carierei este foarte bogat - conține până la 60% cupru (în principal sub formă de calcocit). Calcocitul este un mineral de argint închis, dar în partea superioară a stratului de minereu toate cristalele sale au devenit verzi, iar golurile dintre ele au fost umplute cu o masă verde solidă - malachit. Aceasta a fost tocmai în acele locuri în care apa de suprafață a pătruns prin roci care conțineau o mulțime de carbonați. Când s-au întâlnit cu calcocitul, au oxidat sulful, iar cuprul sub formă de carbonat bazic s-a depus chiar acolo, lângă cristalul de calcocit distrus. Dacă era un gol în stânca din apropiere, malachitul ieșea în evidență sub forma unor depozite frumoase.

Deci, pentru formarea malachitului, este necesară apropierea de calcar și minereu de cupru. Este posibil să folosiți acest proces pentru a obține artificial malachit în condiții naturale? Teoretic, acest lucru nu este imposibil. De exemplu, s-a propus să se utilizeze această tehnică: se toarnă calcar ieftin în vechile lucrări subterane de minereu de cupru. De asemenea, nu va lipsi cupru, deoarece chiar și cu cea mai avansată tehnologie de minerit este imposibil să se evite pierderile. Pentru a accelera procesul, trebuie furnizată apă la producție. Cât poate dura un astfel de proces? De obicei, formarea naturală a mineralelor este un proces extrem de lent și durează mii de ani. Dar uneori cristalele minerale cresc repede. De exemplu, cristalele de gips în condiții naturale pot crește cu o rată de până la 8 microni pe zi, cuarțul - până la 300 de microni (0,3 mm), iar hematitul mineral de fier (pietra de sânge) poate crește cu 5 cm într-o zi. studiile au arătat că și malachitul poate crește cu o rată de până la 10 microni pe zi. La această viteză, în condiții favorabile, o crustă de zece centimetri a unei bijuterii magnifice va crește în aproximativ treizeci de ani - nu este o perioadă atât de lungă: chiar și plantațiile forestiere sunt proiectate pentru 50, sau chiar 100 de ani sau chiar mai mult.

Cu toate acestea, există cazuri în care descoperirile de malachit în natură nu mulțumesc nimănui. De exemplu, ca urmare a multor ani de tratare a solurilor viticole cu amestec Bordeaux, sub stratul arabil se formează uneori boabe reale de malachit. Acest malachit artificial se obține în același mod ca și cel natural: amestecul Bordeaux (un amestec de sulfat de cupru și lapte de var) se infiltrează în sol și se întâlnește cu depuneri de calcar dedesubt. Ca urmare, conținutul de cupru din sol poate ajunge la 0,05%, iar în cenușa frunzelor de struguri - mai mult de 1%!

Malachitul se formează și pe produse din cupru și aliajele sale - alamă, bronz. Acest proces are loc mai ales rapid în orașele mari, unde aerul conține oxizi de sulf și azot. Acești agenți acizi, împreună cu oxigenul, dioxidul de carbon și umiditatea, favorizează coroziunea cuprului și a aliajelor sale. În acest caz, culoarea principalului carbonat de cupru format la suprafață are o nuanță de pământ.

Malachitul în natură este adesea însoțit de azurit mineral albastru - azur de cupru. Acesta este, de asemenea, carbonat de cupru de bază, dar de o compoziție diferită - 2CuCO 3 ·Cu(OH) 2. Azuritul și malachitul se găsesc adesea împreună; intercreșterile lor cu benzi se numesc azuromalachit. Azuritul este mai puțin stabil și treptat devine verde în aer umed, transformându-se în malachit. Astfel, malachitul nu este deloc rar în natură. Acoperă chiar și lucruri vechi din bronz care se găsesc în timpul săpăturilor arheologice. Mai mult, malachitul este adesea folosit ca minereu de cupru: conține aproape 56% cupru. Cu toate acestea, aceste boabe minuscule de malachit nu prezintă interes pentru căutătorii de piatră. Cristale mai mult sau mai puțin mari ale acestui mineral se găsesc foarte rar. De obicei, cristalele de malachit sunt foarte subțiri - de la sutimi la zecimi de milimetru și până la 10 mm lungime și numai ocazional, în condiții favorabile, pot depune depozite uriașe de mai multe tone dintr-o substanță densă constând dintr-o masă de aparent lipite între ele. se formează cristale. Aceste depozite formează malachitul de bijuterii, care este foarte rar. Astfel, în Katanga, pentru a obține 1 kg de malachit de bijuterii, trebuie prelucrate aproximativ 100 de tone de minereu.

Au existat odată zăcăminte foarte bogate de malachit în Urali; Din păcate, în prezent sunt practic epuizate. Malachitul Ural a fost descoperit în 1635 și în secolul al XIX-lea. Acolo au fost extrase până la 80 de tone de malachit de o calitate de neegalat pe an, iar malachitul a fost adesea găsit sub formă de blocuri destul de grele. Cel mai mare dintre ele, cu o greutate de 250 de tone, a fost descoperit în 1835, iar în 1913 a fost găsit un bloc cu o greutate de peste 100 de tone. Pentru decorare au fost folosite mase solide de malachit dens, iar boabe individuale distribuite în stâncă - așa-numitele pământoase. malachit și mici acumulări de malachit pur au fost folosite pentru a produce vopsea verde de înaltă calitate, „verde de malachit” (această vopsea nu trebuie confundată cu „verde de malachit”, care este un colorant organic și singurul lucru pe care îl are în comun cu malachitul este culoarea lui). Înainte de revoluția de la Ekaterinburg și Nizhny Tagil, acoperișurile multor conace erau vopsite cu malachit într-o frumoasă culoare verde-albăstruie. Malachitul a atras și topitorii de cupru din Ural. Dar cuprul a fost extras doar dintr-un mineral care nu prezenta niciun interes pentru bijutieri și artiști. Bucăți solide de malachit dens au fost folosite doar pentru decorare.

Malachit ca decor.

Oricine a văzut produse din malachit va fi de acord că aceasta este una dintre cele mai frumoase pietre. Străluciri de diferite nuanțe de la albastru la verde intens, combinate cu un model bizar, conferă mineralului o identitate unică. În funcție de unghiul de incidență al luminii, unele zone pot părea mai ușoare decât altele, iar atunci când proba este rotită, se observă o „încrucișare” a luminii - așa-numita moiré sau nuanță mătăsoasă. Conform clasificării academicianului A.E. Fersman și mineralogului german M. Bauer, malachitul ocupă cea mai înaltă categorie din rândul pietrelor semiprețioase, alături de cristalul de stâncă, lapislazuli, jaspul și agatul.

Mineralul își trage numele de la grecescul malache - nalbă; Frunzele acestei plante, ca malachitul, sunt de un verde strălucitor. Termenul „malachit” a fost introdus în 1747 de mineralogul suedez J.G. Vallerius.

Malachitul este cunoscut încă din timpuri preistorice. Cel mai vechi produs de malachit cunoscut este un pandantiv dintr-un cimitir neolitic din Irak, care are mai mult de 10,5 mii de ani. Mărgelele de malachit găsite în vecinătatea vechiului Ierihon au 9 mii de ani. În Egiptul Antic, malachitul amestecat cu grăsime era folosit în cosmetică și în scopuri igienice. L-au folosit pentru a vopsi pleoapele în verde: se știe că cuprul are proprietăți bactericide. Malachitul sub formă de pulbere a fost folosit pentru a face sticlă colorată și glazură. Malachitul a fost folosit și în scopuri decorative în China antică.

În Rusia, malachitul este cunoscut încă din secolul al XVII-lea, dar utilizarea sa pe scară largă ca piatră de bijuterii a început abia la sfârșitul secolului al XVIII-lea, când la mina Gumeshevsky au fost găsite monoliți uriași de malachit. De atunci, malachitul a devenit un ceremonial de piatră care decorează interioarele palatului. De la mijlocul secolului al XIX-lea. În aceste scopuri, zeci de tone de malachit erau aduse anual din Urali. Vizitatorii Schitului de Stat pot admira Sala Malachit, a cărei decorare a luat două tone de malachit; Există și o vază uriașă de malachit acolo. Produse realizate din malachit pot fi văzute și în Sala Catherine a Marelui Palat al Kremlinului din Moscova. Dar coloanele de la altarul Catedralei Sf. Isaac din Sankt Petersburg, inalte de aproximativ 10 m, pot fi considerate cel mai remarcabil produs din punct de vedere al frumusetii si dimensiunilor.Necunoscatorilor li se pare ca atat vaza cat si coloanele sunt realizate din bucăți uriașe solide de malachit. De fapt, acest lucru nu este adevărat. Produsele în sine sunt fabricate din metal, gips și alte materiale, iar numai exteriorul este căptușit cu plăci de malachit, tăiate dintr-o bucată potrivită - un fel de „placaj de malachit”. Cu cât bucata originală de malachit este mai mare, cu atât plăcile care ar putea fi tăiate din ea sunt mai mari. Și pentru a salva piatra valoroasă, plăcile au fost făcute foarte subțiri: grosimea lor ajungea uneori la 1 mm! Dar acesta nu a fost nici măcar trucul principal. Dacă așezați pur și simplu orice suprafață cu astfel de plăci, atunci nu va ieși nimic bun: la urma urmei, frumusețea malachitului este determinată în mare măsură de modelul său. Era necesar ca modelul fiecărei plăci să fie o continuare a modelului precedentului.

O metodă specială de tăiere a malachitului a fost adusă la perfecțiune de către maeștrii malachitului din Urali și Peterhof și, prin urmare, este cunoscută în întreaga lume ca „mozaic rusesc”. În conformitate cu această metodă, o bucată de malachit este tăiată perpendicular pe structura stratificată a mineralului, iar plăcile rezultate par să se „desfacă” sub forma unui acordeon. În acest caz, modelul fiecărei plăci ulterioare este o continuare a modelului precedentului. Cu o astfel de tăiere, o bucată relativ mică de mineral poate fi folosită pentru a acoperi o suprafață mare cu un singur model continuu. Apoi, folosind un mastic special, plăcile rezultate au fost lipite peste produs, iar această lucrare a necesitat și cea mai mare îndemânare și artă. Meșterii au reușit uneori să „întindă” modelul de malachit printr-un produs destul de mare.

În 1851, Rusia a participat la Expoziția Mondială de la Londra. Printre alte exponate a fost, desigur, „mozaic rusesc”. Londonezii au fost izbiți în special de ușile din pavilionul rusesc. Unul dintre ziarele locale a scris despre asta: „Trecerea de la o broșă, care este decorată cu malachit ca o piatră prețioasă, la uși colosale părea de neînțeles: oamenii au refuzat să creadă că aceste uși sunt făcute din același material cu care toată lumea era obișnuită. consideră o bijuterie.” O mulțime de bijuterii sunt, de asemenea, făcute din malachit Ural ( Cutie de malachit Bazhova).

Malachit artificial.

Soarta oricărui zăcământ mare de malachit (și le poți număra pe o mână în lume) este aceeași: în primul rând, acolo sunt extrase bucăți mari, din care se fac vaze, instrumente de scris și cutii; apoi dimensiunile acestor piese sunt reduse treptat și sunt folosite în principal pentru a face inserții în pandantive, broșe, inele, cercei și alte bijuterii mici. În cele din urmă, depozitul de malachit ornamental este complet epuizat, așa cum s-a întâmplat cu zăcămintele din Ural. Și deși zăcămintele de malachit sunt cunoscute în prezent în Africa (Zaire, Zambia), Australia (Queensland) și SUA (Tennessee, Arizona), malachitul exploatat acolo este inferioară ca culoare și frumusețe a designului celei din Urali. Nu este surprinzător faptul că s-au dedicat efort considerabil obținerii de malachit artificial. Dar, deși este relativ ușor să sintetizați carbonat de cupru bazic, este foarte dificil să obțineți malachit real - la urma urmei, precipitatul obținut într-o eprubetă sau reactor, care corespunde în compoziție cu malachit, și o bijuterie frumoasă diferă unul de celălalt nu mai puțin. decât o bucată nedescrisă de cretă dintr-o bucată de marmură albă ca zăpada

Se părea că nu vor fi probleme mari aici: cercetătorii aveau deja realizări precum sinteza diamantului, smaraldului, ametistului și a multor alte pietre și minerale prețioase. Cu toate acestea, numeroase încercări de a obține un mineral frumos, și nu doar o pulbere verde, nu au dus la nimic, iar bijuteriile și malachitul ornamental au rămas multă vreme una dintre puținele pietre prețioase naturale, a căror producție era considerată aproape imposibilă.

În principiu, există mai multe moduri de a obține minerale artificiale. Una dintre ele este crearea de materiale compozite prin sinterizarea pulberii minerale naturale în prezența unui liant inert la presiune ridicată. În acest caz, apar multe procese, principalele fiind compactarea și recristalizarea substanței. Această metodă a devenit larg răspândită în SUA pentru obținerea artificială turcoaz. S-au obținut și jadeit, lapis lazuli și alte pietre semiprețioase. La noi, compozitele au fost obținute prin cimentarea unor fragmente mici de malachit natural cu dimensiuni cuprinse între 2 și 5 mm folosind întăritori organici (cum ar fi rășinile epoxidice) cu adăugarea de coloranți de culoarea corespunzătoare și pulbere fină din același mineral ca umplutură. Masa de lucru, compusă din componentele indicate într-un anumit procent, a fost supusă comprimării la presiuni de până la 1 GPa (10.000 atm) în timp ce se încălzește simultan peste 100 ° C. Ca urmare a diferitelor procese fizice și chimice, toate componentele au fost ferm. cimentat într-o masă solidă care este bine lustruită . Într-un ciclu de lucru se obțin astfel patru plăci cu latura de 50 mm și grosimea de 7 mm. Adevărat, sunt destul de ușor de distins de malachitul natural.

O altă metodă posibilă este sinteza hidrotermală, adică. obţinerea de compuşi anorganici cristalini în condiţii care simulează procesele de formare a mineralelor în intestinele pământului. Se bazează pe capacitatea apei de a se dizolva la temperaturi ridicate (până la 500 ° C) și la presiuni de până la 3000 atm substanțe care sunt practic insolubile în condiții normale - oxizi, silicați, sulfuri. În fiecare an, prin această metodă se obțin sute de tone de rubine și safire, iar cuarțul și soiurile sale, de exemplu, ametist, sunt sintetizate cu succes. În acest fel s-a obținut malachitul, aproape deloc diferit de cel natural. În acest caz, cristalizarea se realizează în condiții mai blânde - din soluții ușor alcaline la o temperatură de aproximativ 180 ° C și presiune atmosferică.

Dificultatea de a obține malachit a fost că, pentru acest mineral, principalul lucru nu este puritatea chimică și transparența, ceea ce este important pentru pietre precum diamantul sau smaraldul, ci nuanțele sale de culoare și textura - un model unic pe suprafața unei probe lustruite. Aceste proprietăți ale pietrei sunt determinate de dimensiunea, forma și orientarea reciprocă a cristalelor individuale din care constă. Un „mugur” de malachit este format dintr-o serie de straturi concentrice de diferite grosimi - de la fracțiuni de milimetru la 1,5 cm în diferite nuanțe de verde. Fiecare strat constă din multe fibre radiale („ace”), strâns adiacente între ele și uneori imposibil de distins cu ochiul liber. Intensitatea culorii depinde de grosimea fibrelor. De exemplu, malachitul fin-cristalin este vizibil mai ușor decât malachitul cristalin grosier, prin urmare, aspectul malachitului, atât natural, cât și artificial, depinde de rata de nucleare a noilor centri de cristalizare în timpul formării sale. Este foarte dificil să reglementezi astfel de procese; De aceea, acest mineral nu a fost susceptibil de sinteza mult timp.

Trei grupuri de cercetători ruși au reușit să obțină malachit artificial, care nu este inferior malahitului natural - la Institutul de Cercetare pentru Sinteza Materiilor Prime Minerale (orașul Aleksandrov, Regiunea Vladimir), la Institutul de Mineralogie Experimentală al Academiei Ruse de Științe (Chernogolovka, Regiunea Moscova) și la Universitatea de Stat din Sankt Petersburg. În consecință, au fost dezvoltate mai multe metode pentru sinteza malachitului, făcând posibilă obținerea în condiții artificiale a aproape tuturor soiurilor texturale caracteristice pietrei naturale - cu bandă, plisată, în formă de rinichi. A fost posibil să se distingă malahitul artificial de cel natural doar prin metode de analiză chimică: malachitul artificial nu conținea impurități de zinc, fier, calciu, fosfor, caracteristice pietrei naturale. Dezvoltarea metodelor de producere artificială a malachitului este considerată una dintre cele mai semnificative realizări în domeniul sintezei analogilor naturali ai pietrelor prețioase și ornamentale. Astfel, în muzeul institutului amintit din Aleksandrov se află o vază mare din malachit sintetizat aici. Institutul a învățat nu doar să sintetizeze malachitul, ci chiar să programeze modelul acestuia: satin, turcoaz, în formă de stea, pluș... În toate proprietățile sale, malachitul sintetic poate înlocui piatra naturală în bijuterii și tăierea pietrei. Poate fi folosit pentru placarea detaliilor arhitecturale atat in interiorul cat si in exteriorul cladirilor.

Malachitul artificial cu un model frumos în straturi subțiri este, de asemenea, produs în Canada și într-o serie de alte țări.

Ilya Leenson

Scopul lecției: continuă formarea conceptului de substanță, introduce elevii în substanțe complexe, metode de demonstrare a complexității lor - analiză și sinteză.

În timpul orelor

1. Sondaj frontal.

Ce substanțe sunt clasificate ca simple: a) diamant, b) apă, c) sare de masă?

În ce două grupuri se împart substanțele simple dacă există o graniță clară între ele?

Ce proprietăți și structuri au metalele și nemetalele?

Cum se exprimă compoziția unei substanțe simple (moleculare și nemoleculare)?

Hârtii.

Alcătuiți formule chimice ale substanțelor moleculare simple, ale căror modele sunt prezentate în manual.

Scrieți formulele substanțelor simple formate din elemente din perioada a treia.

Aceste exerciții sunt de o importanță deosebită, deoarece le ajută să conecteze structura internă a unei substanțe cu modelul ei iconic (formula).

2. Discuție despre material nou.

Întrebări:

Discuție despre compoziția elementară a substanțelor folosind exemple cunoscute;
Dovada experimentală a complexității materiei - sinteza unei substanțe complexe;
Analiza substanței;
Discuție asupra structurilor substanțelor complexe.

Demonstrăm o serie de substanțe simple și complexe: oxid de cupru, grafit, cuarț (sau nisip de râu), carbonat de cupru bazic (malahit), sulf, hidrogen, dioxid de carbon, apă. Care dintre aceste substanțe constă dintr-un element și care din două sau mai multe? Elevii pot numi sulful și hidrogenul ca fiind formate dintr-un element, iar apa, pe baza experienței anterioare, ca fiind formată din două elemente. În același timp, ei pot spune cum să demonstreze că apa este formată din două elemente. Concluzionăm că este imposibil să recunoaștem substanțele simple și complexe după aspectul lor. Trebuie să le explorăm.

Cum numim acele substanțe care constau dintr-un singur element?

Cum numim substanțe care constau din două sau mai multe elemente?

De regulă, copiii răspund cu precizie – substanțe complexe. Să formulăm definiția. Studenții trebuie să fie implicați în asta.

Cum se efectuează un experiment pentru a demonstra dacă o substanță este complexă sau simplă? Substanța trebuie descompusă.

După ce semne știm că o substanță este complexă? Dacă din el se obțin substanțe noi, atunci este complex.

Aici este necesar să explicăm faptul că determinarea compoziției unei substanțe folosind descompunere se numește analiză și că descompunerea este adesea efectuată prin încălzire. Este foarte util ca elevii să efectueze singuri experimentele. Dispozitivele de descompunere (o eprubetă cu un tub de evacuare a gazului montat într-un suport) trebuie pregătite pe mesele elevilor. Turnăm malachit (pe unele mese) și permanganat de potasiu (pe altele) într-o eprubetă. Le spun elevilor numele substanțelor care nu sunt pentru memorare, deși le amintesc deja în primele lecții. Elevii au sarcina de a demonstra că aceste substanțe sunt complexe.

Înainte de experimente, îi prezint pe băieți regulile de lucru cu o lampă cu alcool. Elevii din grupul care studiază malachitul trebuie să pună un pahar cu apă de var sub tubul de evacuare a gazului. Un alt grup care studiază permanganatul de potasiu este un pahar cu apă curată.

Câte substanțe noi au primit elevii?

Când malachitul se descompune, trei substanțe sunt clar vizibile: gaz, picături de apă (pe pereții eprubetei) și o substanță neagră rămasă în eprubetă. Dioxidul de carbon este testat prin turbiditatea apei de var. Profesorul raportează că substanța neagră rămasă în eprubetă este oxid de cupru.

În timpul descompunerii permanganatului de potasiu, observațiile sunt complicate de mascarea oxidului negru rezultat și aproape aceeași culoare a manganatului, care diferă puțin în exterior de permanganatul de potasiu luat. Elevii numesc două substanțe ca rezultat al experimentului - un gaz și un solid negru.

Elevii testează gazul eliberat într-un pahar gol, aducând o așchie care mocnește, care se aprinde puternic.

Eu însumi examinez a doua substanță izolată. Pentru a face acest lucru, dizolv substanța rezultată ca urmare a descompunerii și substanța inițială – permanganat de potasiu – în două pahare de apă. Permanganatul de potasiu dă o culoare purpurie, iar substanța, ca urmare a descompunerii, dă o culoare verde.

Elevii văd diferența dintre cele două substanțe și ajung la concluzia că prin descompunerea permanganatului de potasiu se produce două substanțe diferite. Pe baza cercetărilor pe grupe, elevii completează tabelul.

Aduc elevii la o concluzie generală: acele substanțe care se descompun în două sau mai multe noi sunt formate din mai multe elemente și aparțin unor substanțe complexe, iar cele care nu pot fi descompuse sunt formate dintr-un singur element și aparțin unora simple.

În continuare trec la conceptul de sinteză. Demonstrez un experiment: încălzesc pilitura de fier cu pudră de sulf. Ce substanță se formează ca rezultat - stabilă sau complexă? Din ce elemente constă? Elevii răspund – din sulf și fier. Aceasta înseamnă că ajungem la concluzia că cu ajutorul sintezei se pot obține substanțe complexe din substanțe simple. Pe baza experienței, elevii dau conceptul de sinteză.

3. Consolidarea.

Pentru a consolida acest lucru, arăt un poster cu desene ale structurilor unor substanțe complexe și simple. Unde elevii izolează substanțe complexe. În continuare, elevii răspund la întrebarea - ce sunt substanțele complexe și dau exemple. Pe baza materialului studiat, concluzionăm: substanțele complexe au structuri moleculare (dioxid de carbon) și nemoleculare (oxid de mangan).

Teme pentru acasă: pp. 4-6, exercițiul 4.