8: فلزات نماینده، متالوئیدها و غیر فلزات
- Page ID
- 216223
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)توسعه جدول تناوبی در اواسط دهه 1800 از مشاهدات حاصل شد که یک رابطه تناوبی بین خواص عناصر وجود دارد. شیمیدانان، که درک درستی از تغییرات این خواص دارند، توانسته اند از این دانش برای حل طیف گسترده ای از چالش های فنی استفاده کنند. به عنوان مثال، سیلیکون و دیگر نیمه هادی ها ستون فقرات الکترونیک مدرن را تشکیل می دهند، زیرا توانایی ما در تنظیم خواص الکتریکی این مواد است. این فصل به بررسی خواص مهم فلزات نماینده، متالوئیدها و غیر فلزات در جدول تناوبی می پردازد.
- 8.1: مقدمه
- توسعه جدول تناوبی در اواسط دهه 1800 از مشاهدات حاصل شد که یک رابطه تناوبی بین خواص عناصر وجود دارد. شیمیدانان، که درک درستی از تغییرات این خواص دارند، توانسته اند از این دانش برای حل طیف گسترده ای از چالش های فنی استفاده کنند.
- 8.2: دوره ای
- این بخش بر دوره ای بودن عناصر نماینده تمرکز دارد، جایی که الکترون ها وارد اوربیتال های s و p می شوند. عناصر نماینده در گروه های 1، 2 و 12-18 رخ می دهد. این عناصر فلزات نماینده، متالوئیدها و غیر فلزات هستند. فلزات قلیایی (گروه 1) بسیار واکنش پذیر هستند، به راحتی یون هایی با بار 1+ تشکیل می دهند تا ترکیبات یونی را تشکیل دهند که معمولاً در آب محلول هستند و به شدت با آب واکنش نشان می دهند تا گاز هیدروژن و یک محلول اساسی هیدروکسید فلزی تشکیل شود.
- 8.3: وقوع و آماده سازی فلزات نماینده
- به دلیل واکنش شیمیایی آنها، لازم است که فلزات نماینده را در فرم های خالص خود با کاهش از ترکیبات طبیعی تولید کنیم. الکترولیز در تولید سدیم، پتاسیم و آلومینیوم مهم است. کاهش شیمیایی روش اولیه برای جداسازی منیزیم، روی و قلع است. روش های مشابه برای سایر فلزات نماینده مهم است.
- 8.4: ساختار و خواص عمومی متالوئیدها
- عناصر بور، سیلیکون، ژرمانیوم، آرسنیک، آنتیموان و تلوریم فلزات را از غیر فلزات در جدول تناوبی جدا می کنند. این عناصر، متالوئید یا گاهی نیمه فلزات نامیده می شوند، ویژگی های هر دو فلز و غیر فلزات را نشان می دهند. ساختار این عناصر از بسیاری جهات شبیه به غیر فلزات است، اما عناصر نیمه هادی های الکتریکی هستند.
- 8.5: ساختار و خواص عمومی غیر فلزات
- غیر فلزات دارای ساختارهایی هستند که بسیار متفاوت از فلزات هستند، در درجه اول به این دلیل که الکترونگاتیوی بیشتری دارند و الکترونهایی که محکم تر به اتم های فردی متصل هستند. اکثر اکسیدهای غیر فلزی انیدریدهای اسیدی هستند، به این معنی که آنها با آب واکنش نشان می دهند تا محلول های اسیدی را تشکیل دهند. ساختارهای مولکولی برای اکثر غیر فلزات رایج هستند و چندین مورد دارای آلوتروپ های متعدد با خواص فیزیکی متفاوت هستند.
- 8.6: وقوع، آماده سازی و ترکیبات هیدروژن
- هیدروژن فراوان ترین عنصر در جهان است و شیمی آن واقعا منحصر به فرد است. اگرچه دارای برخی از واکنش های شیمیایی است که شبیه به فلزات قلیایی است، هیدروژن دارای بسیاری از خواص شیمیایی مشابه یک غیر فلزی با الکترونگاتیوی نسبتاً کم است. هیدریدهای یونی با فلزات فعال، ترکیبات کووالانسی با حالت اکسیداسیون -1 با عناصر الکترونگاتیو کمتر و ترکیبات کووالانسی با حالت اکسیداسیون 1+ با غیر فلزات الکترونگاتیو بیشتر تشکیل می دهد.
- 8.7: پیدایش، تهیه و خواص کربناتها
- روش معمول برای تهیه کربناتهای فلزات قلیایی و قلیایی خاکی با واکنش یک اکسید یا هیدروکسید با دی اکسید کربن است. کربنات های دیگر از طریق بارش تشکیل می شوند. کربنات های فلزی یا کربنات های هیدروژن مانند سنگ آهک (CaCO3)، آنتی اسیدها (CaCO3) و جوش شیرین (NaHCO3) نمونه های رایج هستند. کربنات ها و کربنات های هیدروژن در حضور اسیدها تجزیه می شوند و بیشتر در حرارت تجزیه می شوند.
- 8.8: وقوع، آماده سازی و خواص نیتروژن
- نیتروژن حالت های اکسیداسیون را از 3 تا 5+ نشان می دهد. به دلیل پایداری پیوند سه گانه NN، برای ساخت ترکیبات از نیتروژن مولکولی به انرژی زیادی نیاز دارد. فلزات فعال مانند فلزات قلیایی و فلزات قلیایی خاکی می توانند نیتروژن را برای تشکیل نیتریدهای فلزی کاهش دهند. اکسیدهای نیتروژن و هیدریدهای نیتروژن نیز مواد مهمی هستند.
- 8.9: وقوع، آماده سازی و خواص فسفر
- فسفر (گروه 15) معمولاً حالت های اکسیداسیون 3− با فلزات فعال و 3+ و 5+ را با غیر فلزات الکترونگاتیو بیشتر نشان می دهد. هالوژن ها و اکسیژن فسفر را اکسید می کنند. اکسیدها عبارتند از فسفر (V) اکسید، P4O10، و فسفر (III) اکسید، P4O6. دو روش معمول برای تهیه اورتوفسفریک اسید، H3PO4، یا واکنش یک فسفات با اسید سولفوریک یا واکنش آب با فسفر (V) اکسید است. اسید ارتو فسفریک تریپروتیک است که 3 نوع نمک را تشکیل می دهد.
- 8.10: وقوع، آماده سازی و ترکیبات اکسیژن
- اکسیژن یکی از عناصر واکنش پذیر است. این واکنش پذیری، همراه با فراوانی آن، باعث می شود که شیمی اکسیژن بسیار غنی و به خوبی درک شود. ترکیبات فلزات نماینده با اکسیژن در سه دسته (1) اکسید، (2) پراکسید ها و سوپر اکسید ها و (3) هیدروکسیدها وجود دارد. گرم کردن هیدروکسیدها، نیترات ها یا کربنات های مربوطه رایج ترین روش برای تولید اکسید است. حرارت دادن فلز یا اکسید فلز در اکسیژن ممکن است منجر به تشکیل پراکسیدها و سوپر اکسیدها شود.
- 8.11: وقوع، آماده سازی و خواص گوگرد
- گوگرد (گروه 16) تقریباً با تمام فلزات واکنش می دهد و به راحتی یون سولفید، S2- را تشکیل می دهد که در آن حالت اکسیداسیون 2− دارد. گوگرد با اکثر غیر فلزات واکنش می دهد.
- 8.12: وقوع، آماده سازی و خواص هالوژن ها
- هالوژنها هالیدهایی با عناصر الکترونگاتیوی کمتر تشکیل میدهند. هالیدهای فلزات از یونی تا کووالانسی متفاوت است. هالیدهای غیر فلزات کووالانسی هستند. اینترهالوژنها از ترکیب دو یا چند هالوژن مختلف تشکیل میشوند. تمام فلزات نماینده به طور مستقیم با هالوژن های عنصری یا با محلول های اسیدهای هیدروهالیک (HF، HCl، HBr و HI) واکنش نشان می دهند تا هالید های فلزی نماینده تولید کنند.
- 8.13: وقوع، آماده سازی و خواص گازهای نجیب
- مهمترین خاصیت گازهای نجیب (گروه 18) عدم فعالیت آنهاست. آنها در غلظت های کم در جو رخ می دهند. آنها به عنوان جو بی اثر، علائم نئون و به عنوان خنک کننده استفاده می کنند. سه سنگین ترین گازهای نجیب با فلوئور واکنش داده و فلوراید را تشکیل می دهند. فلورایدهای زنون بهترین مواد اولیه برای چند ترکیب گاز نجیب دیگر هستند.
- 8.16: تمرینات
- اینها تمرینات مشق شب برای همراهی با TeXTMAP است که برای «شیمی» توسط OpenStax ایجاد شده است. بانک های سوال شیمی عمومی مکمل را می توان برای سایر نقشه های متنی یافت و می توانید در اینجا مشاهده کنید. علاوه بر این سوالات در دسترس عموم، دسترسی به بانک مشکلات خصوصی برای استفاده در امتحانات و تکالیف تنها به صورت فردی در دسترس است؛ لطفا با Delmar Larsen برای یک حساب کاربری با مجوز دسترسی تماس بگیرید.