Галогендер және күкірт
Оқулық: Оспанова М.Қ., Аухадиева Қ.С., Белоусова Т.Г. Химия: 9-сынып, 2-бөлім. — Алматы: Мектеп, 2019. Мәтін — оқулық тақырыптары бойынша өз сөзімізбен жазылған конспект. Жақшадағы бет — параграфтың басталатын беті.
§28. Галогендер: жалпы сипаттамасы (9-сынып 2-бөлім, 3-б.)
17(VIIA) топ элементтері — фтор F, хлор Cl, бром Br, иод I, астат At — галогендер («тұз туғызушылар») деп аталады. Сыртқы деңгейінде 7 электрон (ns²np⁵), бір электрон жетіспейді, сондықтан күшті тотықтырғыштар. Қосылыстарда −1 тотығу дәрежесін көрсетеді; фтордан басқалары оттекпен қосылыстарда +1, +3, +5, +7 тотығу дәрежелерін де көрсетеді (фтор — ең электртеріс элемент, тек −1).
Жай заттары — екі атомды молекулалар, коваленттік полюссіз байланыс: F₂ — ақшыл-сары газ, Cl₂ — сарғыш-жасыл газ, Br₂ — қызыл-қоңыр сұйықтық (жалғыз сұйық бейметалл), I₂ — күлгін жылтыры бар қара-сұр кристалдар, қыздырғанда айдалады (сублимацияланады). Барлығы өткір иісті және улы.
F-тан I-ға қарай: атом радиусы артады, электртерістік пен тотықтырғыштық қасиет кемиді, балқу және қайнау температуралары артады, түсі қоюланады.
Белсенді галоген белсенділігі төменін оның тұзынан ығыстырады: Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂; Cl₂ + 2KI → 2KCl + I₂; Br₂ + 2KI → 2KBr + I₂. Иод крахмалмен көк түс береді — иодқа сапалық реакция.
Галогенсутектер: HF, HCl, HBr, HI — түссіз газдар, суда жақсы ериді, ерітінділері қышқылдар. HF → HI қатарында қышқыл күші артады (HF — әлсіз, HI — ең күшті).
Табиғатта тек қосылыстар түрінде: флюорит CaF₂, ас тұзы NaCl, сильвин KCl, теңіз суындағы бромидтер мен иодидтер, теңіз балдырлары (иод).
Биологиялық маңызы: фтор тіс кіреукесіне қажет; хлор (Cl⁻) асқазан сөлінде; иод қалқанша без гормондарының құрамында — жетіспегенде зоб ауруы, сондықтан ас тұзын иодтайды.
§29. Хлор (9-сынып 2-бөлім, 7-б.)
Хлор: Z = 17, 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵. Тотығу дәрежелері −1, 0, +1, +3, +5, +7.
Физикалық қасиеттері: сарғыш-жасыл, тұншықтыратын өткір иісті, ауадан 2,5 есе ауыр, улы газ. Қысыммен оңай сұйылады. Суда ериді — хлор суы.
Алу: зертханада — концентрлі тұз қышқылына тотықтырғышпен әсер ету: MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O; 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 8H₂O; өнеркәсіпте — ас тұзы ерітіндісін электролиздеу: 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑ (бір мезгілде NaOH пен H₂ алынады).
Химиялық қасиеттері (күшті тотықтырғыш): металдармен: 2Na + Cl₂ → 2NaCl; 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃ (темір +3 дейін тотығады); Cu + Cl₂ → CuCl₂; сутекпен: H₂ + Cl₂ → 2HCl (жарықта жарылыспен); фосформен: 2P + 3Cl₂ → 2PCl₃; 2P + 5Cl₂ → 2PCl₅; сумен: Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO; хлорлылау қышқылы HClO тұрақсыз, атомдық оттек бөліп ыдырайды — хлор суының ағартқыш және зарарсыздандырғыш әсері осыған байланысты; сілтілермен: суықта Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O (жавель суы); 2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ → CaCl₂ + Ca(ClO)₂ + 2H₂O (хлорлы әк); бромидтер мен иодидтерден бром мен иодты ығыстырады.
Қолданылуы: ауыз су мен бассейн суын зарарсыздандыру, ағартқыштар, тұз қышқылы, поливинилхлорид (ПВХ), дәрілер мен пестицидтер, еріткіштер өндірісі. Бірінші дүниежүзілік соғыста хлор алғашқы химиялық қару ретінде қолданылған — оның улылығын еске салатын тарихи дерек.
Қауіпсіздік: хлормен жұмыс тек тартпа шкафта; улану кезінде таза ауаға шығару.
§30. Хлорсутек қышқылы (тұз қышқылы) (9-сынып 2-бөлім, 12-б.)
Хлорсутек HCl — түссіз, өткір иісті газ, ауадан ауыр, суда өте жақсы ериді (1 көлем суда шамамен 500 көлем HCl). Ылғалды ауада «түтіндейді» (ұсақ қышқыл тамшылары түзіледі). Оның судағы ерітіндісі — хлорсутек қышқылы (тұз қышқылы); концентрлі ерітіндісі ≈ 37%.
Алу: зертханада — қатты ас тұзына концентрлі күкірт қышқылымен қыздырып әсер ету: NaCl(қ) + H₂SO₄(конц) → NaHSO₄ + HCl↑; өнеркәсіпте — сутекті хлорда жағу: H₂ + Cl₂ → 2HCl, түзілген газды суға сіңіру.
Химиялық қасиеттері — күшті бір негізді қышқыл, қышқылдардың барлық ортақ қасиеттері бар: индикаторлар: лакмус қызарады; металдармен: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑ (мыс әрекеттеспейді); негіздік оксидтермен: MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O; негіздермен: KOH + HCl → KCl + H₂O; тұздармен: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑; тотықсыздандырғыш ретінде күшті тотықтырғыштармен хлор бөледі (MnO₂, KMnO₄).
Хлорид ионына сапалық реакция: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ — ақ ірімшік тәрізді тұнба, азот қышқылында ерімейді.
Тұздары — хлоридтер: NaCl (ас тұзы), KCl (тыңайтқыш), CaCl₂ (кептіргіш, жолдарды мұздан тазарту), ZnCl₂ (дәнекерлеу кезінде металды тазарту), AgCl (фотографияда), HgCl₂ (сулема, өте улы).
Маңызы: асқазан сөлінде 0,2–0,5% HCl бар — ол асқорытуға қатысады, микробтарды жояды. Өнеркәсіпте металдарды тат пен қақтан тазарту, хлоридтер, дәрілер, бояғыштар өндірісі.
§31. 16(VIA) топ элементтері: жалпы сипаттамасы (9-сынып 2-бөлім, 15-б.)
16(VIA) топ — оттек O, күкірт S, селен Se, теллур Te, полоний Po (халькогендер, «кен туғызушылар»). Сыртқы деңгейде 6 электрон (ns²np⁴). Тотығу дәрежелері: оттек — негізінен −2; күкірт пен келесілері −2, +4, +6.
O-дан Te-ге қарай атом радиусы артады, бейметалдық қасиеттер мен электртерістік кемиді; полоний — металл, радиоактивті. Сутекті қосылыстары H₂O, H₂S, H₂Se, H₂Te; H₂S-тен H₂Te-ге қарай қышқылдық қасиет пен тотықсыздандырғыштық күшейеді. Жоғары оксидтері RO₃ (SO₃, SeO₃) — қышқылдық, оларға H₂RO₄ қышқылдары сәйкес келеді.
Оттек пен күкірттің айырмашылығы: оттек атомы кіші, электртерістігі үлкен, жай заты — газ (O₂, O₃); күкірт — қатты сары зат, бірнеше аллотропиялық түрөзгерісі бар.
Күкірттің аллотропиясы: ромбылық күкірт (ең тұрақты, S₈ тәж тәрізді молекулалар, сары кристалдар), моноклиндік күкірт (ине тәрізді кристалдар, 96 °C-тан жоғары тұрақты), пластикалық күкірт (балқыған күкіртті суық суға құйғанда түзілетін созылғыш қоңыр масса, біртіндеп ромбылыққа айналады).
§32. Табиғаттағы күкірт және оны алу. Күкірттің қасиеттері (9-сынып 2-бөлім, 18-б.)
Табиғатта: бос күйінде (саф күкірт — жанартау аймақтарында) және қосылыстар түрінде — сульфидтер (пирит FeS₂, мырыш алдамышы ZnS, қорғасын жылтыры PbS, мыс жылтыры Cu₂S, киноварь HgS) және сульфаттар (гипс CaSO₄·2H₂O, глаубер тұзы Na₂SO₄·10H₂O). Мұнай мен табиғи газда күкіртсутек және күкіртті органикалық қосылыстар бар (Қазақстанда — Теңіз, Қашаған кен орындары; газды тазартқанда көп күкірт алынады). Күкірт белоктардың құрамына кіреді.
Алу: жер астындағы саф күкіртті ыстық су буымен балқытып шығару; табиғи газдағы күкіртсутектен: 2H₂S + O₂ → 2S + 2H₂O немесе 2H₂S + SO₂ → 3S + 2H₂O.
Физикалық қасиеттері: сары, морт, суда ерімейді және суланбайды (флотация әдісі осыған негізделген), 113–119 °C-та балқиды, ток пен жылуды өткізбейді.
Химиялық қасиеттері — тотықтырғыш та, тотықсыздандырғыш та: металдармен (тотықтырғыш): Fe + S → FeS; Zn + S → ZnS; Hg + S → HgS (төгілген сынапты зарарсыздандыру — демеркуризация); сутекпен: H₂ + S → H₂S; оттекпен (тотықсыздандырғыш): S + O₂ → SO₂ (көкшіл жалын); күшті тотықтырғыштармен: S + 2HNO₃(конц) → H₂SO₄ + 2NO (немесе NO₂ түзіле).
Қолданылуы: күкірт қышқылы өндірісі (негізгі тұтынушы), резеңкені вулкандау, сіріңке, қара оқ-дәрі, ауыл шаруашылығында зиянкестерге қарсы, тері ауруларына қарсы жақпа майлар.
§33. Күкірттің қосылыстары: күкіртсутек, күкірт оксидтері (9-сынып 2-бөлім, 21-б.)
Күкіртсутек H₂S — түссіз, шіріген жұмыртқа иісті, өте улы газ. Тотығу дәрежесі −2, сондықтан тек тотықсыздандырғыш: 2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O (жеткілікті оттекте); 2H₂S + O₂ → 2S + 2H₂O (оттек жетіспесе). Суда ерігенде әлсіз екі негізді күкіртсутек қышқылын түзеді; тұздары — сульфидтер. Сапалық реакция: Pb²⁺ + S²⁻ → PbS↓ (қара тұнба), Cu²⁺ + S²⁻ → CuS↓ (қара).
Күкірт(IV) оксиді SO₂ (күкіртті газ) — түссіз, жанған сіріңке иісті, улы газ, суда жақсы ериді. Қышқылдық оксид: SO₂ + H₂O ⇄ H₂SO₃ (күкіртті қышқыл — әлсіз, тұрақсыз; тұздары — сульфиттер); SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O. Тотығу дәрежесі +4 аралық, сондықтан екі жақты: тотықсыздандырғыш — 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ (катализатор V₂O₅); тотықтырғыш — SO₂ + 2H₂S → 3S + 2H₂O. Ағартқыш және зарарсыздандырғыш әсері бар (жүнді, жібекті ағарту, жеміс-жидекті консервілеу, қоймаларды дезинфекциялау). Ауадағы SO₂ — қышқыл жаңбырдың басты себептерінің бірі.
Күкірт(VI) оксиді SO₃ — түссіз, ұшқыш сұйықтық (≈ 17 °C-тан төмен кристалданады). Қышқылдық оксид, сумен күшті жылу бөле әрекеттеседі: SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Тек тотықтырғыш (күкірт ең жоғары +6 күйде).
§34. Күкірт қышқылы және оның тұздары (9-сынып 2-бөлім, 24-б.)
Күкірт қышқылы H₂SO₄ — түссіз, майлы, ауыр сұйықтық (96%-дық ерітіндінің тығыздығы ≈ 1,84 г/см³), ұшқыш емес. Сумен кез келген қатынаста араласады, көп жылу бөледі, сондықтан «қышқылды суға құй» ережесі сақталады. Гигроскопиялық — газдарды кептіруге қолданылады, органикалық заттарды көмірлендіреді (қант, қағаз, ағаш қараяды).
Өндіру (жанасу әдісі) үш сатыда:
- SO₂ алу — пиритті күйдіру немесе күкіртті жағу: 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂; S + O₂ → SO₂;
- SO₂-ні тотықтыру: 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ + Q (V₂O₅, ≈ 450 °C, артық ауа);
- SO₃-ті концентрлі күкірт қышқылына сіңіру — олеум түзіледі (H₂SO₄·nSO₃), содан кейін сұйылтып керекті концентрацияға жеткізеді (SO₃-ті тікелей суға сіңірмейді, себебі қышқыл тұманы түзіледі).
Сұйылтылған H₂SO₄ — күшті екі негізді қышқыл: сутекке дейінгі металдармен H₂ бөледі (Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑), негіздік оксидтермен, негіздермен, тұздармен әрекеттеседі. Екі тұз қатарын түзеді: орта — сульфаттар (Na₂SO₄), қышқыл — гидросульфаттар (NaHSO₄).
Концентрлі H₂SO₄ — күшті тотықтырғыш (S⁺⁶ есебінен): сутектен кейінгі металдармен де әрекеттеседі, сутек бөлінбейді: Cu + 2H₂SO₄(конц) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O. Белсенді металдармен SO₂, S немесе H₂S түзілуі мүмкін. Бейметалдарды тотықтырады: C + 2H₂SO₄ → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O. Суық концентрлі қышқыл темір мен алюминийді пассивтейді — сондықтан болат цистерналарда тасымалданады.
Сульфат ионына сапалық реакция: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ — қышқылдарда ерімейтін ақ тұнба.
Маңызды сульфаттар: CuSO₄·5H₂O — мыс купоросы (өсімдіктерді қорғау, бордо сұйығы); FeSO₄·7H₂O — темір купоросы; CaSO₄·2H₂O — гипс; Na₂SO₄·10H₂O — глаубер тұзы; MgSO₄·7H₂O — ащы тұз; BaSO₄ — рентген зерттеуінде «барий ботқасы» (ерімейтіндіктен улы емес); (NH₄)₂SO₄ — тыңайтқыш; KAl(SO₄)₂·12H₂O — ашудас.
Қолданылуы: тыңайтқыштар өндірісі (ең көп), аккумулятор электролиті, мұнай өнімдерін тазарту, бояғыштар, дәрілер, жарылғыш заттар, басқа қышқылдар өндірісі. Күкірт қышқылының өндіріс көлемі елдің химия өнеркәсібі дамуының көрсеткіші саналады.
§35. Өнім шығымының массалық және көлемдік үлестерін есептеу (9-сынып 2-бөлім, 28-б.)
Іс жүзінде алынған өнімнің мөлшері теңдеу бойынша есептелген (теориялық) мөлшерден әрдайым аз болады: реакциялар толық жүрмейді, өнімнің бір бөлігі бөліп алу кезінде жоғалады, жанама реакциялар жүреді.
Өнім шығымы (η) — практикалық массаның (көлемнің) теориялық массаға (көлемге) қатынасы: η = m(практ.) / m(теор.) немесе η = V(практ.) / V(теор.); пайызбен ×100%.
Есептің үш түрі:
- шығымды табу — теориялық массаны теңдеуден есептеп, практикалық массаға бөлеміз;
- практикалық массаны табу — m(практ.) = m(теор.) · η;
- бастапқы заттың қажетті массасын табу — m(теор.) = m(практ.) / η, содан кейін теңдеу бойынша кері есептеу.
Мысал: 32 г күкірт жанғанда іс жүзінде 57,6 г SO₂ алынды. Шығым қанша? S + O₂ → SO₂; n(S) = 1 моль; m(теор.)(SO₂) = 64 г; η = 57,6 / 64 = 0,9 (90%).
Мысал: 2,24 л (қ.ж.) аммиак алу үшін шығым 80% болса, қанша грамм аммоний хлориді керек? 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O. V(теор.) = 2,24 / 0,8 = 2,8 л; n(NH₃) = 0,125 моль; n(NH₄Cl) = 0,125 моль; m = 0,125 · 53,5 ≈ 6,69 г.
Мысал: 98 г H₂SO₄ мырышпен әрекеттескенде 20 л (қ.ж.) сутек алынды. Көлемдік шығым: V(теор.) = 22,4 л; η = 20 / 22,4 ≈ 89,3%.
№10 зертханалық жұмыс. Хлорсутек қышқылы ерітіндісінің қасиеттерін оқып-үйрену (9-сынып 2-бөлім, 66-б.)
Үш сынауыққа 2 мл-ден тұз қышқылы құйылады. 1-сынауық: лакмус тамызылады (қызарады), содан кейін калий гидроксиді қосылады — бейтараптану жүріп, түс күлгінге, сілті артық болса көкке өзгереді: HCl + KOH → KCl + H₂O; H⁺ + OH⁻ → H₂O. 2-сынауық: мырыш түйіршігі салынады — сутек көпіршіктері бөлінеді: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑; Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂↑. 3-сынауық: магний оксиді салынады — ол ериді: MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O; MgO + 2H⁺ → Mg²⁺ + H₂O.
Қорытынды: тұз қышқылы қышқылдардың барлық ортақ қасиеттерін көрсетеді; олар ерітіндідегі H⁺ иондарымен байланысты.
№5 практикалық жұмыс. Сұйылтылған күкірт қышқылының химиялық қасиеттерін оқып-үйрену (9-сынып 2-бөлім, 67-б.)
1-тәжірибе: күкірт қышқылы бар екі сынауықтың біріне мырыш, екіншісіне мыс салынады. Мырышта сутек бөлінеді (Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑ — ТТР: Zn⁰ − 2e⁻ → Zn⁺², 2H⁺ + 2e⁻ → H₂⁰), мыс сұйылтылған қышқылмен әрекеттеспейді. 2-тәжірибе: қара мыс(II) оксидіне қышқыл құйып, қыздырғанда көк ерітінді түзіледі: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O; CuO + 2H⁺ → Cu²⁺ + H₂O. 3-тәжірибе: фенолфталеин тамызылған сілтіге түсі жойылғанша қышқыл тамызу — бейтараптану: 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O. 4-тәжірибе: мыс сульфаты мен сілтіден Cu(OH)₂ көк тұнбасын алып, оны күкірт қышқылында еріту: Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O. 5-тәжірибе: күкірт қышқылына барий хлоридін қосу — ақ тұнба: H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl; Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ (сульфат ионына сапалық реакция).