ZESTAW XII

1. Pierwiastki, których tlenki są zasadami rozp w wodzie.

Chodzi tutaj chyba o tlenki litowców i berylowców ale czy wszystkich i czy jeszcze jakichś z poza tych grup, tego niestety nie wiem.. :/

2. Izomeria, tautomeria, mezomeria (definicja, przykłady)

MEZOMERIA (REZONANS)

Mezomerią nazywa się inny rozkład gęstości elektronowej, niż to wynika ze wzoru strukturalnego cząsteczki.

Pojawia się ona w cząsteczkach zawierających ruchliwe układy elektronowe (np. wiązania p pi? i elektrony niewiążące)

TEORIA REZONANSU (MEZOMERII)

1. Zjawisko rezonansu jest obserwowane w przypadku takich związków chemicznych, których budowę można przedstawić za pomocą dwóch lub większej liczby wzorów cząsteczkowych, różniących się jedynie położeniem elektronów, ale nie rozmieszczeniem jąder atomowych.
   Rzeczywista cząsteczka stanowi hybrydę wszystkich struktur rezonansowych (czyli żaden ze wzorów rezonansowych nie reprezentuje jej rzeczywistego kształtu)

2. Hybryda rezonansowa jest trwalsza od każdej z możliwych struktur rezonansowych. Energia stabilizująca związana ze zjawiskiem rezonansu nazywa się energią rezonansu(mezomerii)

3. Im bardziej energia poszczególnych struktur rezonansowych jest do siebie zbliżona, tym większa jest energia rezonansu(energia stabilizująca). Jest szczególnie wysoka gdy każda ze struktur rezonansowych ma taką samą energię.

4. Stopień udziału każdej struktury w hybrydzie zależy od trwałości danej struktury względem pozostałych. Im jest trwalsza tym większy jej udział w hybrydzie.

Struktury rezonansowe nie przedstawiają związku chemicznego, jedynie wzory graniczne różniące się rozkładem elektronów.

PRZYKŁADY:

jon azotanowy

Można jeszcze dodać klasyczny przykład benzenu.

TAUTOMERIA

Jest to zjawisko występowania w równowadze dwóch różnych związków chemicznych, posiadających tę samą liczbę tych samych atomów w cząsteczce, ale inaczej ze sobą połączonych.

Najczęściej dochodzi do przemieszczania się protonu w obrębie cząsteczki -> tworzy się tautomer, który jest w stanie równowagi ze strukturą wyjściową. Tautomerii towarzyszy mezomeria, czyli zmiana położenia elektronów.

Tautomery są izomerami konstytucyjnymi, różniącymi się położeniem wodoru w cząsteczce.

Oznaczanie:

Różnie oznaczamy tautomerię i mezomerię..

I ciąg dalszy tautomerii…

Najczęściej w chemii organicznej następuje przeskok wodoru z bardziej elektroujemnego atomu (tlen, azot, siarka) na atom węgla. Może następować proces odwrotny, z tym że równowaga reakcji jest przesunięta w stronę związku, w którym ruchomy at. wodoru jest związany z węglem.

A teraz przykłady.:

Tautomeria ketonowo- enolowa:

Inne przykłady:

IZOMERIA

Jest to zjawisko istnienia różnic w budowie lub/i właściwościach cząsteczek o takim samym składzie atomowym. (występowanie różnych związków chemicznych o takim samym wzorze a innej budowie)

Podział:

1. Konstytucyjna (strukturalna)
   a) szkieletowa (łańcuchowa)
   b) położenia podstawnika
   c) grup funkcyjnych

2. Stereoizomeria
   a) optyczna
   b) geometryczna
   

Jeśli chodzi o przykłady to chyba będziemy w stanie podać kilka chociażby z liceum.. Albo możemy skorzystać z izomerii związków kompleksowych (Kocjan str. 183). Ewentualnie jeśli komuś się to przyda podam stronkę o izomerii: http://www.scholaris.edu.pl/cms/view_all.php?id=7673

3. Tlenki i kwasy fosforu.
   

Dokładne informacje na ten temat znajdziemy w J.D. Lee str. 225- 232

To co będę pisał wszystko będzie „grubą czcionką”…

TLENKI FOSFORU:

Tlenki fosforu i ich stopnie utlenienia:

P4O6

-Trójtlenek fosforu jest dimerem i dlatego mamy wzór P4O6 a nie P2O3.

-Trójtlenek azotu ma strukturę tetraedryczną.

-Tlenki azotu możemy otrzymywać przez spalanie fosforu w powietrzu.
( ograniczony dostęp powietrza !)

-Ciało stałe silnie trujące

-Trójtlenek fosforu (P4O6) jest tlenkiem kwasowym.

-Pod wpływem gorącej wody otrzymujemy mieszaninę kw. Fosforowego, fosforiaku (PH3) i czerwonego fosforu

- Każdy atom fosforu tworzy wiązanie z tlenem, ale zawsze pozostaje wolna, niewiążąca para elektronowa

-Hydroliza P4O6 prowadzi do powstania kwasu fosforawego.: (z zimną wodą)

P4O10

- znowu dimer, więc P4O10, a nie P2O5

- każdy atom tworzy dodatkowe koordynacyjne wiązanie z tlenem (brak wolnej pary el. -> porównaj z P4O6 wyżej)

- powstaje w wyniku spalania w nadmiarze! powietrza/ tlenu

- rozpuszcza się w wodzie tworząc kwas fosforowy:

- ogólnie bardziej kwasowy związek jest na wyższym stopniu utlenienia

- bardzo higroskopijny -> osuszanie gazów, środek odwadniający

P4O8 i P4O9

- zawierają fosfor na obu stopniach utlenienia, w wyniku ich hydrolizy powstaję więc kwas fosforowy i fosforawy:

KWASY FOSFOROWE

Wyróżniamy kwasy fosforowe i fosforawe

Fosforowe- V st. utl. Fosforu -> utleniacze

Fosforawe- III -> reduktory

Ogólnie atom fosforu jest tetraedrycznie otoczony przez 4 atomy tlenu ( ma liczbę koordynacyjną 4)

Kwas ortofosforowy (H3PO4):

Otrzymujemy go z fosforytu:

Lub przez działanie st kwasem azotowym na fosfor, albo przez hydrolizę P4O10:

POLIFOSFORANY związki o prostych łańcuchach:

METAFOSFORANY związki o budowie pierścieniowej

Trójfosforan sodu (Na5P3O10) jest stosowany do zmiękczania wody.

Otrzymywanie:

1. Stopienie Na2O z P4O10:
   
   

2. Stopienie stechiometrycznych ilości Na2HPO4 i NaH2PO4, a następnie rekrystalizację:
   
   

3. Hydroliza metatrójfosforanu:

Ortofosforany litowców i amonu NH4+ rozpuszczalne w wodzie

Innych metali rozpuszczalne w rozc CH3COOH i HCl
Fosforany tytanu, cyrkonu i toru nierozpuszczalne w kwasach-> w analizie usuwanie jonów fosforanowych.

Metafosforany tworzą związki pierścieniowe. Otrzymujemy je przez ogrzanie ortofosforanów:

Wszystkie odmiany metafosforanu sodu przekształcają się w temp 630C w metatrójfosforan (jest najbardziej trwały).

Sól Grahama , czyli wielocząsteczkowy polimer (NaPO3)n znajduje się w handlu pod nazwą kalgonu <to ciekawe…> i jest stosowana do zmiękczania wody. (tworzy rozpuszczalne kompleksy z Mg2+ i Ca2+

KWAS PODFOSFOROWY H4P2O6

Zawiera fosfor na +IV

Nie jest reduktorem (nie zawiera wiązań P-H)

Posiada wiązanie P-P, które jest silniejsze niż P-O-P -> hydroliza kwasu przebiega powoli:

KWASY FOSFORAWE:

Zawierają fosfor na +III, mają wiązania P-H -> reduktory.

Kwas pirofosforawy i ortofosforawy powstają poprzez hydrolizę P4O6:

Kwas metafosforawy otrzymujemy z fosfowodoru pod niskim ciśnieniem:

Kwas podfosforawy H3PO2 (P na +I) ma o jeden at tlenu mniej niż kw ortofosforawy. Otrzymujemy go przez alkaliczną hydrolizę fosforu:

Silny reduktor. Jego sole to podfosforyny. Podfosforyn sodu NaH2PO2 jest stosowany do bielenia drewna i w produkcji papieru.

Ogólnie fosforany stosuje się do produkcji nawozów, jako detergenty, składniki karmy dla zwierząt, do zmiękczania wody, czy produkcji artykułów farmaceutycznych.

4.Działanie H2SO4 na związki organiczne.

Będzie opisowo, gdyż ani w J.D ani w Kocjanie chyba nie ma żadnych konkretów…

Stężony H2SO4 silnie odciąga wodę i zwęgla substancje organiczne. Ma duże powinowactwo do wody (silnie higroskopijny). Podczas mieszania go z wodą wydziela się duża ilość ciepła w wyniku tworzenia jonu hydroniowego:

H2SO4 + 2H2O -> 2H3O+ + SO42- (to wyjaśnia gorącą probówkę po wlaniu 18 h2so4 )

Zdolność odwadniająca kw siarkowego jest wystarczająco duża, by usuwać wodór i tlen w postaci wody za związków organicznych, np. z cukru (zwęglenie)

Działanie H2SO4 na organizm ludzki:

Jest silnie żrący dla wszystkich części ciała, wywołuje oparzenia. Jego opary są żrące dla dróg oddechowych, mogą spowodować obrzęk płuc, a w konsekwencji śmierć. (Kto pamięta białe dymy z h2so4 na całej pracowni i ludzi uciekających do okien ^_^)

Działanie na skórę:

Silnie żrąco, niszczy naskórek, wnika w tkankę podskórną i mięsnie powodując martwice

Na oczy:

Podrażnienia i poparzenia

Połknięcie:

Uszkodzenie dróg pokarmowych

Wdychanie:

Drażni drogi oddechowe. Do 48 h może nastąpić spowolniony obrzęk płuc, który może się zakończyć śmiercią

Jako że h2so4 jest silnie utleniający, może wspomagać palenie.

Używany także w nitrowaniu związków organicznych.

Ogólnie h2so4 utlenia związki organiczne.

Niszczy strukturę białka

5.Cyna

Cyna należy do 14 gr i 5 okresu układu okresowego. Jest metalem.

Cynę wydobywa się w postaci kasyterytu SnO2. Można go zredukować do cyny węglem w wysokiej temperaturze. Sn ma strukturę typu diamentu, chociaż może także występować w postaci metalicznej.

Cyna ma niska temperaturę topnienia (nie wszystkie 4 zew elektrony uczestniczą w tworzeniu wiązania metalicznego).

Cyna tworzy wybitnie związki jonowe jedynie z F i O: SnF4, SnO2.

Cyna może występować na +II i na +IV stopniu utlenienia. W wyniku hybrydyzacji sp3 tworzy struktury tetraedryczne. Sn (+II) wystepuje w postaci prostych jonów jako silny reduktor, natomiast Sn(+IV) jest kowalencyjna. Cyna może tworzyć związki kompleksowe:

Powstają 4 wiązania kowalencyjne i 2 koordynacyjne, a w wyniku hybrydyzacji sp3d2 powstaje struktura oktaedryczna.

Cyna tworzy kowalencyjne wodorki. Cynowodór SnH4 jest stosunkowo mało trwały i trudno go otrzymać. Powstaje w wyniku redukcji halogenku przez Li[AlH4]. Znany jest także cynowodór Sn6H6.

Halogenki:

Występuje w postaci czterohalogenków SnX4 (X to Cl, I, Br lub F). Są one tetraedryczne, lotne i kowalencyjne. Wyjątek stanowi SnF4, który jest związkiem jonowym i trudno topliwym.

SnCl4 ulega hydrolizie w roztworach rozcieńczonych, lecz hydroliza często nie przebiega do końca i można ją cofnąć przez dodanie kwasu fluorowcowodorowego.:

W obecności nadmiaru kwasu liczba koordynacyjna cyny wzrasta od 4 do 6 i powstają jony kompleksowe, np.: [SiF6]2-, [SnCl6]2-, [SnCl]5-

Wszystkie halogenki są bezbarwne lub białe, z wyjątkiem SnI4, który jest jasnopomarańczowy.

Tlenki cyny:

SnO2 jest amfoteryczny. Rozpuszcza się on w alkaliach tworząc [Sn(OH)6]2-.

Tlenek ten jest nierozpuszczalny w kwasach, jedynie w obecności czynnika kompleksującego (np. F-, Cl-) powstają jony kompleksowe: [SnCl6]2-

SnO ma sieć warstwową, nie zaś typową strukturę jonową. Jest amfoteryczny.

Cyna jest odporna na korozję, dlatego często pokrywa się nią inne metale jako warstwa antykorozyjna.

Stop cyny i ołowiu stosowany był do lutowania. Obecnie przechodzi się na lutowanie bezołowiowe.

Stopami cyny i miedzi są brąz cynowy oraz spiż używany do odlewania dzwonów.

ZESTAW XI

1. Pierwiastki, których zawartość w litosferze jest wysoka.

O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg

2. Praktyczne zastosowanie wzoru Nernsta

Odsyłam do Kocjana str. 163 :P

3. Związki chloru z pierwiatkami bloku elektronowego p.

1. Borowce gr. 13

Wszystkie borowce tworzą trójhalogenki. BX3- związki kowalencyjne i gazowe. Kształt cząsteczki jest trójkątny i płaski. Hydroliza BCl3:

(podejrzewam że analogicznie)

Pozostałe chlorki borowców mają w stanie bezwodnym wyraźny charakter kowalencyjny. AlCl3 i GaCl3 występują w postaci dimerów, w których at centralny osiągnął konfigurację gazu szlachetnego.

Pierwiastki tej grupy mają 3 el walencyjne + 3 przy uwspólnieniu z chlorem. Razem 6. Są więc elektronowo deficytowe. Bor osiąga oktet elektronowy poprzez utworzenie wiązań pi, ale atomy pozostałych pierwiastków są większe, nie mogą efektywnie tworzyć wiązań pi, więc polimeryzują dla zrekompensowania niedoboru elektronów.

Dwuhalogenki:

B2Cl4. Ulega powolnemu rozkładowi w temp. pokojowej. Otrzymywanie:

Struktura:

Gal i Ind tworzą dwuhalogenki:

Jednohalogenki:

Tworzą je borowce w fazie gazowej i podwyższonych temperaturach:

Związki te są trwałe i mają charakter kowalencyjny.

Bor tworzy szereg trwałych polimerycznych halogenków, które są substancjami krystalicznymi.:

2. Grupa 14

Tworzą czterohalogenki. Są tetraedryczne, lotne i kowalencyjne. Halogenki krzemu szybko hydrolizują pod wpływem wody tworząc kwas krzemowy:

GeCl4 hydrolizuje trudniej, SnCl4 i PbCl4 ulegają hydrolizie w roztworach rozcieńczonych, lecz hydroliza często nie przebiega do końca i można ją cofnąć przez dodanie odpowiedniego kwasu fluorowcowodorowego:

Chlorki węgla nie ulegają w normalnych warunkach hydrolizie.

Otrzymywanie CCl4: (głównie z dwusiarczku węgla)

CCl4 stosuje się jako rozpuszczalnik, w gaśnicach i do wyrobu freonów.

Polimery (SiCl2)n powstają podczas przepuszczania czterohalogenków nad ogrzanym krzemem. Polimery te rozkładają się w wyniku ogrzewania na polimery o małej masie cząsteczkowej (oligomery).

German tworzy dimer Ge2Cl6.

Wszystkie chlorki tej grupy są bezbarwne lub białe.

3.Grupa 15

Azot tworzy chlorki będące pochodną azydku wodoru: ClN3 jest nietrwały i wybuchowy.

Trójhalogenki (chlorki):
Znane są wszystkie możliwe trójhalogenki tej grupy ( czyli istnieją wszystkie trójchlorki każdego z atomów tej grupy)

NCl3- wybuchowy. NCl3 znajdował się dawniej w handlu jako środek do wybielania mąki, jednak jego stosowanie zarzucono, gdy zaczęto podejrzewać, że chleb z mąki bielonej w ten sposób doprowadza do szaleństwa psy.. lol o_O < ten fakt chyba zapamiętają wszyscy >

Wszystkie trójhalogenki ulegają hydrolizie:

PCl3 ulega utlenieniu przez tlen lub pięciotlenek fosforu tworząc tlenochlorek fosforu POCl3:

Pięciohalogenki:

PCl5, SbCl5 W fazie gazowej mają kształt bipiramidy trygonalnej.

4. Grupa 16

S, Se, Te, Po tworzą czterochlorki w wyniku bezpośredniej reakcji z chlorem. SCl4 jest dość nietrwałą cieczą, inne chlorki są substancjami stałymi.

TeCl4 reaguje z kwasem solnym tworząc jon kompleksowy [TeCl6]2- :

Również Po tworzy kompleksowe jony halogenkowe:

(NH4)2[PoCl6], Cs2[PoCl6]

Dwuhalogenki:

SCl2 (otrzymujemy przez nasycenie S2Cl2 chlorem)

Selen tworzy dimeryczne jednohalogenki Se2Cl2. Wykazuje tendencje do dysproporcjonowania:

Ogólnie:

MX4: SCl4, SeCl4, TeCl4, PoCl4

MX2: SCl2, TeCl2, PoCl2

M2X2: S2Cl2, Se2Cl2

Inne: Cl2O6, Cl2O7

4. Bor i jego związki.

Bor jest niemetalem. Bor występuje w przyrodzie jako boraks Na2B4O7*10H20 Występuje na +III stopniu utlenienia. Bor jest zawsze kowalencyjny

Silnie rozdrobniony i bezpostaciowy bor jest zwykle zanieczyszczony. Spala się w powietrzu tworząc tlenek i azotek, a także we fluorowcach tworząc trójhalogenki.

Natomiast czysty i krystaliczny bor jest niereaktywny. Reaguje jedynie w bardzo wysokich temperaturach albo z gorącym st H2SO4 czy nadtlenkiem wodoru.

B2O3 (trójtlenek dwuboru) można otrzymać przez ogrzewanie w tlenie, ale częściej otrzymuje się go przez odwodnienie kwasu borowego:

B2O3 ma właściwości kwasowe i jest bezwodnikiem kwasu ortoborowego. Ogrzewany z tlenkami metali tworzy metaoksoborany, często charakterystycznie zabarwione. Na tym polega tzw. próba perły boraksowej:

B2O3 może reagować z tlenkami silnie kwasowymi. W takim przypadku B2O3 zachowuje się jak zasada:

Kwas ortoborowy H3BO3 zachowuje się jak słaby kwas jednoprotonowy. W wyniku dodania pewnych wielowodorotlenowych związków organicznych, np. gliceryny, mannitu, cukrów, kwas ortoborowy staje się mocnym kwasem jednoprotonowym.

Produkowany w dużych ilościach peroksoboran sodu zawiera wiązania nadtlenowe:

Związek ten jest stosowany jako wybielacz optyczny w proszkach do prania. Działa w temp wyższych niż 50C i dobrze łączy się z enzymami.

Wodorki:
Żaden z borowców nie reaguje bezpośrednio z wodorem. Wodorki boru (borowodory) nazywa się niekiedy boranami. Istnieje 7 dobrze znanych boranów tworzących 2 szeregi:

i

Otrzymywanie diboranu:

Borany nie zawierają dostatecznej liczby elektronów, by utworzyć oczekiwaną liczbę wiązań kowalencyjnych, są to więc związki z deficytem elektronów.

Borany są lotne i w temp czerwonego żaru rozkładają się na bor i wodór, w powietrzu palą się lub wybuchają, w wodzie ulegają rozkładowi:

Borany reagują z amoniakiem. Powstają różne produkty w zależności od warunków reakcji:

Borany próbowano stosować jako wydajne paliwa do samolotów wojskowych i pocisków rakietowych, okazały się jednak nieodpowiednie ze względu na niecałkowite spalanie i zanieczyszczenie dysz wylotowych powstającym B2O3.

Hydroborany:

Tetrahydroboran sodu, otrzymywanie:

Hydroborany litowców są białymi substancjami jonowymi, natomiast hydroborany berylu, glinu i metali przejściowych są coraz bardziej kowalencyjne i lotne.

Li[BH4] reaguje z wodą gwałtownie

Na(BH4) można wykrystalizować z zimnej wody bez znacznego rozkładu

K(BH4) jest odporny na działanie wody

Hydroborany litowców sa stosowane w chemii jako silne reduktory.

Hydroborowanie, czyli „niezwykle ważne reakcje”. Przebiegają między B2H6 a alkenami i alkinami:

Trójhalogenki:

Halogenki boru BX3 są kowalencyjne i gazowe. Są to trójkątne cząsteczki płaskie.

użyteczne także jako przykład rezonansu..

Gdy pusty orbital 2p zostaje obsadzony przez wolną parę elektronową cz. donora, np. NH3 powstaje cz. tetraedryczna:

Wszystkie halogenki boru hydrolizują pod wpływem wody, fluorek tworzy fluoroborany, a pozostałe halogenki kwas ortoborowy:

BX3 łatwo przyjmuje wolną parę elektronową od atomu donorowego (np. O, N, P, S) i dlatego BF3 jest użytecznym katalizatorem reakcji Friedela- Craftsa.

Dwuhalogenki:
Dwuhalogenki o wzorze B2X4, które ulegają powolnemu rozkładowi w temp pokojowej. Otrzymywanie i struktura:

Nieeliptyczna w stanie gazowym i ciekłym, płaska w stałym.

Jednohalogenki (MX):
Związki bardzo trwałe o charakterze kowalencyjnym.

Polimeryczne jednohalogenki boru:

B4, B8 i B9 są substancjami krystalicznymi.

Kompleksy:

H[BF4] tetraedryczny

Otrzymywanie pierwiastków:

Bor otrzymuje się przez redukcję B2O3 magnezem lub sodem:

Tak otrzymany bor jest bezpostaciowy i może zawierać do 5% zanieczyszczeń.

Czysty, krystaliczny bor otrzymujemy w niewielkich ilościach przez redukcję BCl3 wodorem lub pirolizę BI3 (metoda van Arkela):

Bor jest używany do zwiększenia hartowności stali. Szeroko stosuje się kwas borowy i boraks. Zmieszany z NaOH boraks jest używany jako preparat uodparniający drewno przeciwko atakowi owadów i zmniejszający ich palność. Boraks jest także składnikiem szkła borokrzemianowego, jako topnik do lutowania i składnik środków piorących. Peroksyborany są stosowane jako wybielacze optyczne, które stanowią składnik środków piorących. H3BO3, B2O3 i oksoboran wapnia są stosowane w produkcji włókna szklanego.

5. Nadtlenki metali.

Trochę informacji o nadtlenkach w poprzednich zestawach.

Nadtlenki są to związki zawierające grupy dwóch powiązanych ze sobą at tlenu, O-O, którym przypisuje się stopień utlenienia -I. Znane są nadtlenki litowców( np. Na2O2), berylowców (oprócz berylu, np. BaO2). Oprócz tego istnieją nadtlenki cynku ZnO2, kadmu CdO2, nadtlenek chromu VI (nietrwały i niebieski) CrO5, nadtlenek wodoru.

Nadtlenki są silnymi utleniaczami, a zmieszane z substancjami redukującymi często wybuchają.

Jest z lekka obszernie ale ciężko cokolwiek wyrzucić.. No cóż zawsze lepiej jest wiedzieć więcej niż mniej..

---