Właściwości niektórych pierwiastków i związków nieorganicznych

WODÓR

Pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej Z = 1 znajdujący się w pierwszej grupie i pierwszym okresie układu okresowego. W stanie wolnym występuje w postaci cząsteczek dwuatomowych H2. W przyrodzie występuje głównie w postaci związków chemicznych, z których najważniejszym jest woda.

Właściwości fizyczne- Wodór jest bezbarwnym gazem o gęstości 0,0899 kg/m3 (najmniejszej ze wszystkich gazów). Skropleniu i zestaleniu ulega dopiero w temperaturach bliskich zera bezwzględnego (tj. -2730C). Jest gazem bardzo słabo rozpuszczalnym w wodzie.

Właściwości chemiczne - Wodór jest gazem palnym. Z tlenem i powietrzem tworzy mieszaniny wybuchowe.

Otrzymywanie

Wodór można otrzymać:

1. W reakcjach aktywnego metalu z kwasami

2. W procesie elektrolizy wody

Najważniejsze związki

Do najważniejszych związków wodoru można zaliczyć przede wszystkim:

1. Wodorki metali i niemetali (najważniejsze wodorki niemetali to woda (H2O) i amoniak (NH3)

2. Kwasy i zasady (np. H2SO4, NaOH)

3. Węglowodory i inne związki organiczne

Zastosowanie

Wodór stosowany jest w przemyśle jako środek redukujący, a także jako substrat w niektórych syntezach (między innymi w syntezie amoniaku).

FLUOROWCE

Fluorowce, zwane również halogenami są to pierwiastki grupy 17 układu okresowego. Są typowymi, bardzo reaktywnymi niemetalami. W stanie wolnym występują w postaci cząsteczek dwuatomowych. Maksymalna wartościowość wynosi VII (wyjątek stanowi fluor), a w związkach z wodorem i metalami, I. W przyrodzie fluorowce występują głównie w postaci halogenków metali alkalicznych. Do grupy fluorowców należą: fluor, chlor, jod, brom i astat.

CHLOR

Właściwości fizyczne - Chlor jest zielonkawożółtym gazem, o umiarkowanej rozpuszczalności w wodzie. Wodny roztwór (tzw. woda chlorowa) wykazuje jasnożółte zabarwienie.

Właściwości chemiczne - Chlor jest gazem silnie trującym (dawniej był stosowany jako gaz bojowy), o ostry, nieprzyjemnym zapachu. Bardzo łatwo reaguje z większością metali, tworząc chlorki. Z wodorem tworzy chlorowodór, o wzorze HCl.

Zastosowanie: Chlor wykorzystywany do dezynfekcji między innymi wody

CHLOROWODÓR (HCl)

Właściwości fizyczne - Chlorowodór jest bezbarwnym gazem, gęstszym od powietrza. Bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie, czemu towarzyszy wydzielanie dużych ilości ciepła (efekt egzotermiczny).

Właściwości chemiczne - Chlor działa silnie drażniąco na drogi oddechowe. Jest niepalny, znacznie mnie reaktywny niż kwas solny (roztwór chlorowodoru w wodzie).

BROM

Właściwości fizyczne - Brom jest lotną cieczą o barwie czerwonobrunatnej. Umiarkowanie rozpuszcza się w wodzie. Roztwór wodny nazywany jest wodą bromową i przyjmuje zabarwienie brązowe. Dobrze rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych.

Właściwości chemiczne - Brom jest silną trucizną. Jego pary, o duszącym zapachu, działają drażniąco na błony śluzowe. Wywołuje trudno gojące się poparzenia skóry. Reaguje z większością metali tworząc bromki. Z wodorem tworzy bromowodór o wzorze HBr.

JOD

Właściwości fizyczne - Jod jest ciałem stałym, występującym w formie ciemnofioletowych kryształów. Łatwo ulega sublimacji (przejściu ze stanu stałego w gazowy z pominięciem stanu ciekłego). Jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie. Rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych.

Właściwości chemiczne - Jod jest pierwiastkiem trującym. Jego pary działają drażniąco na błony śluzowe, a zwłaszcza na oczy. Reaguje z większością metali tworząc jodki. Ze skrobią tworzy charakterystycznie ciemnoniebiesko zabarwiony związek.

Zastosowanie fluorowców

Fluor stosowany jako środek zapobiegający próchnicy zębów

Brom i jod w formie halogenków wchodzą w skład światłoczułych emulsji fotograficznych.

Jod jest również wykorzystywany jako środek odkażający (jodyna).

TLENOWCE

Tlenowce są pierwiastkami należącymi do grupy 16 układu okresowego. Do grupy tlenowców należą: tlen, siarka, selen, tellur i polon. Tlen, siarka i selen są reaktywnymi niemetalami. Wraz ze wzrostem liczby atomowej, wzrasta również charakter metaliczny tlenowców. Maksymalna wartościowość w związkach chemicznych to VI (za wyjątkiem tlenu). W związkach z wodorem i metalami przyjmują zwykle wartościowość II.

Występowanie - Tlen oraz siarka występują zarówno w stanie wolnym, jak i w postaci związków chemicznych. Pozostałe tlenowce występują przede wszystkim w postaci związanej.

TLEN

Właściwości fizyczne - Tlen jest bezbarwnym gazem, słabo rozpuszczalnym w wodzie. Skrapla się w temperaturze -1830C, a zestala się poniżej -2230C.

Właściwości chemiczne - W stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowych cząsteczek O2 Tlen łączy się z większością pierwiastków z wytworzeniem tlenków. Jest niezbędny do życia większości organizmów, gdyż bierze udział między innymi w procesach oddychania.

WODA (H2O)

Właściwości fizyczne - Woda jest bezbarwną, przezroczystą cieczą o gęstości 1g/cm3 w temperaturze 40C. Krzepnie w temperaturze 00C, zwiększając jednocześnie swoją objętość, wrze w temperaturze 1000C. Jest jednym z podstawowych rozpuszczalników dla niektórych substancji (o budowie jonowej - np. sól; lub budowie polarnej - np. alkohol). Nie rozpuszcza wielu substancji - między innymi niepolarnych związków organicznych.

Właściwości chemiczne - Woda jest cieczą bezwonną. Podczas elektrolizy ulega rozkładowi na tlen i wodór, bierze udział w wielu reakcjach chemicznych i procesach biologicznych. Reaguje z niektórymi metalami z wydzieleniem wodoru.

NADTLENEK WODORU (H2O2)

Właściwości fizyczne - Nadtlenek wodoru jest syropowata, bezbarwną cieczą, mieszającą się z wodą w stopniu nieograniczonym.

Właściwości chemiczne i zastosowanie - Łatwo ulega rozkładowi przekształcając się w wodę z wydzieleniem tlenu. Wykazuje silne właściwości utleniające ze względu na fakt, iż w czasie rozkładu powstaje w pierwszej chwili bardzo reaktywny tlen atomowy. Rozkład czystego H2O2 może zachodzić wybuchowo, dlatego w praktyce stosowane są przede wszystkim rozcieńczone roztwory nadtlenku wodoru. Roztwór o stężeniu 30% nazywany jest perhydrolem i wykorzystuje się go między innymi jako środek wybielający. Na skórę działa żrąco wywołując białe plamy. 90% roztwór nadtlenku wodoru stosowany jest jako składnik wysokoenergetycznych paliw rakietowych. W handlu najczęściej spotyka się roztwór 3%, wykorzystywany przede wszystkim jako dobry środek odkażający.

SIARKA

Właściwości fizyczne - Siarka jest żółtym ciałem stałym, o dużej kruchości. Wykazuje gęstsza od wody, w której praktycznie się nie rozpuszcza. Może występować w kilku odmianach alotropowych. Np. siarka jednoskośna występuje w postaci cienkich, długich, przezroczystych kryształów, a siarka rombowa ma barwę mlecznożółtą.

Właściwości chemiczne - Siarka wykazuje słaby, charakterystyczny zapach. Jest pierwiastkiem stosunkowo reaktywnym. Reaguje z niektórymi metalami tworząc siarczki. Jest palna.

KWAS SIARKOWY (VI) (H2SO4)

Właściwości fizyczne - Kwas siarkowy(VI) jest bezbarwną, oleistą cieczą, znacznie cięższą od wody. Miesza się z wodą, czemu towarzyszy bardzo intensywne wydzielanie ciepła (efekt egzotermiczny). Wykazuje właściwości higroskopijne (łatwo pochłania wodę).

Właściwości chemiczne - Jest bardzo reaktywnym, mocnym kwasem. Ma właściwości żrące, powoduje zwęglenie drewna, cukier, tkanin i innych związków organicznych. Reaguje niemal ze wszystkimi metalami.

Zastosowania tlenowców

Tlen stosowany jest szeroko w przemyśle chemicznym. Używany jest również w medycynie w celu ułatwienia oddychania. Ponadto wykorzystuje się go między innymi w procesach spawalniczych.

Siarka stanowi główne surowiec do produkcji kwasu siarkowego(VI) bardzo szeroko stosowanego w różnych gałęziach przemysłu chemicznego

AZOTOWCE

Azotowce to pierwiastki należące do grupy 15 układu okresowego. Do grupy azotowców należą: azot, fosfor, arsen, antymon i bizmut. Azot i fosfor są typowymi niemetalami, arsen i antymon wykazują charakter przejściowy, natomiast bizmut ma właściwości charakterystyczne dla metali. Maksymalna wartościowość w związkach chemicznych wynosi V, a w związkach z wodorem i metalami III. W przyrodzie najbardziej rozpowszechniony jest fosfor, ale występuje tylko w postaci związków chemicznych. Najmniej rozpowszechniony jest bizmut. Azot występuje przede wszystkim w stanie wolnym, jako składnik powietrza.

AZOT

Właściwości fizyczne - Azot jest gazem bezbarwnym, słabo rozpuszczalnym w wodzie. Skrapla się w temperaturze -1960C, a krzepnie przy -2100C. Jest słabo rozpuszczalny w wodzie.

Właściwości chemiczne Azot jest gazem bezwonnym, stosunkowo mało reaktywnym.

KWAS AZOTOWY(V) - HNO3

Właściwości fizyczne - Jest bezbarwną ciecz, o gęstości większej niż gęstość wody. Miesza się z wodą w stopniu nieograniczonym.

Właściwości chemiczne - Kwas azotowy(V) jest substancją bardzo reaktywną. Jest żrący, na skórze zostawia żółte plamy. Stężony roztwór HNO3 zapala nawet drewno. Reaguje z wszystkimi metalami za wyjątkiem złota i platyny.

AMONIAK (NH3)

Właściwości fizyczne - Amoniak to bezbarwny gaz, lżejszy od powietrza. W wodzie dobrze się rozpuszcza tworząc roztwór o odczynie zasadowym (w handlu dostępny jako amoniak lub woda amoniakalna).

Właściwości chemiczne - Amoniak jest gazem palnym, a z tlenem tworzy nawet mieszaninę wybuchową. Ma właściwości toksyczne. Jest bardzo reaktywny. Wykazuje bardzo charakterystyczny zapach, działa drażniąco na błony śluzowe. Reaguje z kwasami, a produktami tych reakcji są sole amonowe.

FOSFOR

Właściwości fizyczne - Fosfor jest ciałem stałym, występującym w postaci kilku odmian alotropowych. Najpowszechniejszy jest fosfor biały, oraz fosfor czerwony. Obie odmiany są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie.

Właściwości chemiczne - Fosfor biały ma właściwości silnie trujące (fosfor czerwony nie jest toksyczny). Odmiana biała biały jest bardzo łatwo palna. Fosfor czerwony natomiast zapala się dopiero w temperaturze około 4000C. Fosfor tworzy związki z wieloma pierwiastkami, zarówno metalami jak i niemetalami.

Zastosowanie azotowców - Azot jest jednym z głównych substratów w wielu syntezach chemicznych, przede wszystkim w syntezie amoniaku, a w dalszej części kwasu azotowego. Jest również składnikiem nawozów sztucznych

Fosfor jest przede wszystkim głównym składnikiem sztucznych nawozów fosforowych.

WĘGLOWCE to pierwiastki należące do 14 grupy układu okresowego. Do grupy węglowców należą: węgiel, krzem, german, cyna, ołów. Od krzemu do ołowiu zaznacza się coraz silniejszy charakter metaliczny poszczególnych pierwiastków. Maksymalna wartościowość w związkach chemicznych wynosi IV. W przyrodzie w stanie wolnym występuje jedynie węgiel (między innymi w postaci grafitu, diamentu, a także w węglach kopalnych). Wchodzi w skład wszystkich substancji organicznych budujących organizmy żywe. Krzem występuje przede wszystkim w postaci SiO2 oraz krzemianów.

WĘGIEL

Właściwości fizyczne - Węgiel jest ciałem stałym tworzącym kilka odmian alotropowych. Najważniejsze z nich to diament i grafit. Występująca powszechnie sadza to drobne kryształki o strukturze grafitu. Grafit jest miękki, diament należy do najtwardszych materiałów. Grafit przewodzi prąd elektryczny, diament jest izolatorem. Obydwie odmiany są dobrymi przewodnikami ciepła. . Żadna z odmian węgla nie rozpuszcza się w wodzie, ani w żadnym innym rozpuszczalniku.

Właściwości chemiczne - Węgiel jest pierwiastkiem palnym (produktami spalania są w zależności od dostępu tlenu, dwutlenek węgla, tlenek węgla lub sadza). Jest pierwiastkiem mało reaktywnym.

TLENEK WĘGLA(II) (CO)

Właściwości fizyczne Jest bezbarwnym gazem o znikomej rozpuszczalności w wodzie.

Właściwości Chemiczne - Tlenek węgla(II) jest związkiem silnie trującym, bezwonnym. Tworzy mieszaninę wybuchową z tlenem, spalając się do dwutlenku węgla.

TLENEK WĘGLA(IV) - dwutlenek węgla, CO2

Właściwości fizyczne - Jest bezbarwnym gazem, umiarkowanie rozpuszczającym w wodzie.

Właściwości chemiczne - Bezwonny, nie jest toksyczny ani palny. Wykorzystuje się go między innymi do gaszenia pożarów.

TLENEK KRZEMU(IV) - dwutlenek krzemu, SiO2

Właściwości fizyczne - Dwutlenek krzemu jest bezbarwnym ciałem stałym, nierozpuszczalnym w wodzie.

Właściwości chemiczne - Jest stosunkowo mało reaktywny. Nie reaguje z kwasami za wyjątkiem kwasu fluorowodorowego.

KRZEMIANY

Krzemianami nazywane są sole kwasów krzemowych. Występują powszechnie w przyrodzie pod postacią licznych minerałów.

Są najliczniejszymi przedstawicielami minerałów:

* ponad 90% skał tworzących skorupę ziemską to krzemiany (60% stanowią skalenie, 12% kwarc, 15% oliwiny, pirokseny i amfibole, a 3% to miki i inne krzemiany).

* pozostałe 10% stanowi reszta minerałów - przeważnie tlenki (4%), oraz węglany (3%).

METALE LEKKIE

Pojęciem „metale lekkie” określane są zwykle pierwiastki metaliczne należące do grupy 1 i 2 układu okresowego (litowców i berylowców).

Litowce są metalami bardzo reaktywnymi, a ich wartościowość w związkach chemicznych wynosi I. Reagują z tlenem tworząc tlenki oraz nadtlenki, a także z wodą, kwasami, oraz wieloma niemetalami. Tlenki litowców wykazują charakter zasadowy, a w reakcji z wodą dają wodorotlenki.

Berylowce są również bardzo reaktywne, ale mniej niż litowce. W związkach chemicznych zawsze są dwuwartościowe. Reagują z tlenem tworząc tlenki, a także z wodą, kwasami i niemetalami. Tlenki berylowców również mają charakter zasadowy, a w reakcji z wodą, tworzą wodorotlenki.

Metale lekkie są zwykle srebrzystobiałymi ciałami stałymi do dużej miękkości (litowce można nawet kroić nożem). Łatwo ulegają wzbudzeniu nawet pod wpływem wysokiej temperatury (pod działaniem palnika). W przyrodzie nie występują w stanie wolnym.

WODOROTLENEK SODU (NaOH) I WODOROTLENEK POTASU (KOH)

Właściwości fizyczne - Obie substancje są bezbarwnymi ciałami stałymi, o silnie higroskopijnych właściwościach. Dobrze rozpuszczają się w wodzie z wydzieleniem dużych ilości ciepła. Roztwory wodne wodorotlenków nazywane są zasadami, a stężony roztwór nazwany jest ługiem.

Właściwości chemiczne - Są to substancje reaktywne, bardzo silnie żrące. Wykazują silne właściwości zasadowe. Pochłaniają z powietrza dwutlenek węgla z powietrza, a w reakcjach z kwasami, tworzą sole.

TLENEK WAPNIA (CaO)

Właściwości fizyczne - Jest białym ciałem stałym o właściwościach higroskopijnych

Właściwości chemiczne - Tlenek wapnia jest substancja żrąca, ma właściwości zasadowe. Z powietrza pochłania dwutlenek węgla. Z wodą reaguje z wytworzeniem wodorotlenku i wydzieleniem dużych ilości ciepła (przemiana egzotermiczna).

WODOROTLENEK WAPNIA - Ca(OH)2 -Zwany jest też również wapnem gaszonym.

Właściwości fizyczne - Jest ciałem stałym o formie białego proszku. Słabo rozpuszcza się w wodzie. Nasycony roztwór wodny wodorotlenku wapnia to tzw. woda wapienna.

Właściwości chemiczne - Wodorotlenek wapnia wykazuje silne właściwości zasadowe. W formie wody wapiennej służy do wykrywania CO2 (wówczas mętnieje w wyniku powstania trudno rozpuszczalnego węglanu wapnia.)

METALE CIĘŻKIE

Do metali ciężkich zalicza się wszystkie pierwiastki metaliczne za wyjątkiem litowców i berylowców. Wśród wspólnych właściwości tych pierwiastków należy przede wszystkim wymienić połysk, oraz dobre przewodnictwo elektryczne. Są stosunkowo mało reaktywne i stosunkowo odporne na działanie tlenu i wody. Ze względu na zróżnicowanie poszczególnych właściwości, zarówno fizycznych, jak i chemicznych, metale ciężkie, oraz ich stopy, znalazły bardzo szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu (między innymi jako materiały konstrukcyjne). W przyrodzie występują przede wszystkim w formie tlenków i soli tworzących złoża. Metale szlachetne (np. złoto, srebro, platyna) są odporne na działanie większości reaktywnych związków chemicznych. Można je roztworzyć jedynie przy pomocy bardzo stężonych roztworów kwasów tlenowych.

Związki chemiczne, które mają właściwość zmiany barwy w zależności od odczynu roztworu nazywane są wskaźnikami. Można je podzielić na jednobarwne, które barwią się tylko w określonym środowisku (np. fenoloftaleina) i dwu- lub wielobarwne, które zmieniają barwę w zależności od odczynu. Najczęściej stosowane wskaźniki i ich barwy przedstawia tabela

wskaźnik	kwas	zasada
fenoloftaleina	bezbarwna	malinowy
oranż metylowy	czerwony	żółty
czerwień kongo	niebieski	czerwony
lakmus	czerwony	niebieski
czerwień metylowa	czerwony	żółty

Do określania odczynu roztworów używane są często tzw. papierki wskaźnikowe, czyli paski bibuły nasączone wskaźnikami. Papierki mogą zawierać tylko jeden wskaźnik np. papierki lakmusowe, lub specjalnie dobraną mieszaniną wskaźników np. papierki uniwersalne. Na dołączonej do papierków skali barw można odczytać jakie jest pH roztworu. W czternastostopniowej skali PH roztwory kwaśne będą miały pH poniżej 6, roztwory zasadowe pH powyżej 8. Przedział pH 6-8 uznaje się za obojętny.

---