Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Попель

§ 16. Фізичні властивості неметалів. Адсорбція

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • пригадати фізичні властивості деяких неметалів;
  • дізнатися про явище адсорбції;
  • отримати інформацію про адсорбенти та їх використання.

Фізичні властивості неметалів. Неметали відрізняються один від одного за фізичними властивостями більшою мірою, ніж метали. Це й зрозуміло, бо частина неметалів має молекулярну будову, решта складається з атомів — розрізнених або сполучених разом ковалентним зв’язком, тоді як будова металів ґрунтується на металічному зв’язку.

Для неметалів характерні невисокі температури плавлення і кипіння (винятки — бор, силіцій, графіт, алмаз1).

1 Графіт і алмаз не плавляться; за сильного нагрівання й відсутності повітря алмаз перетворюється на графіт, який за температури понад 3700 °С із твердого стану переходить у газуватий.

Прості речовини інертних елементів, азот, кисень, озон, водень, фтор і хлор за звичайних умов є газами, бром — рідиною, а інші перебувають у твердому стані.

Як можна пояснити те, що температура плавлення брому вища, ніж хлору, а хлору — вища, ніж фтору?

Неметали не проводять електричного струму (назвіть виняток), не розчиняються або слабо розчиняються у воді. Хлор, бром і йод при розчиненні у воді частково взаємодіють з нею, а фтор надзвичайно активно реагує з водою.

Адсорбція. Відомо, що деревне вугілля здатне поглинати молекули газів, а також молекули і йони речовин з розчинів. Ці частинки «заходять» у численні пори вугілля і залишаються там.

Явище поглинання молекул, йонів поверхневим шаром твердої речовини називають адсорбцією1, а речовину — адсорбентом.

1 Термін походить від латинських слів ad — на, біля і sorbere — поглинати.

В одних випадках поглинені частинки залишаються незмінними (це — фізична адсорбція), а в інших — взаємодіють із частинками адсорбента (хімічна адсорбція). У разі фізичної адсорбції молекули речовин можна видалити з адсорбента, наприклад, нагріваючи його.

Деревне вугілля для збільшення кількості пор обробляють гарячою водяною парою. Отриману в такий спосіб речовину називають активованим вугіллям. Його використовують для очищення води, промислових стоків і газових викидів, а також як лікарський засіб при отруєнні (мал. 32).

Мал. 32. Активоване вугілля (лікарський засіб)

Під час Першої світової війни німецькі війська застосували проти англійських військ отруйний газ хлор. Для захисту від хлору та інших небезпечних для здоров’я газів російський хімік М. Д. Зелінський у 1915 р. винайшов протигаз (мал. 33). Повітря, яким дихає людина у протигазі, проходить крізь шар активованого вугілля, що міститься у спеціальній коробці, й очищується. Протигази використовують пожежники, працівники служб із ліквідації аварійних ситуацій на промислових об’єктах, при транспортуванні небезпечних речовин.

Мал. 33. Сучасний протигаз

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 2

Дослідження адсорбційної здатності активованого вугілля та аналогічних лікарських препаратів

У три пробірки помістіть по одній пігулці активованого вугілля. У дві пробірки налийте води. В одну з них додайте кілька крапель йодної настоянки, а в іншу — 1—2 краплі розчину брильянтового зеленого (медичний препарат із назвою «зеленка»). У третю пробірку налийте дуже розбавлений розчин калій перманганату (мал. 34). Вміст кожної пробірки періодично перемішуйте.

Мал. 34. Початок досліду з виявлення адсорбційних властивостей активованого вугілля

Чи змінюється колір розчинів? Якщо так, то наскільки швидко?

Аналогічний дослід можна провести з лікарськими препаратами, які містять адсорбенти, — лігніном, ентеросгелем.

Цікаво знати

За допомогою адсорбції очищують кров від токсичних речовин. Назва цього процесу — гемосорбція.

У промисловості, крім активованого вугілля, як адсорбенти використовують силікагель, аеросил (обидві речовини є гідратами силіцій(ІV) оксиду SiO2 · nН2О), деякі мінерали, що належать до силікатів — солей силікатних кислот. Речовини з високою адсорбційною здатністю застосовують у різних фільтрах, при ліквідації забруднень водойм нафтопродуктами.

Адсорбенти містяться в побутових пристроях для очищення води, засобах для видалення запаху в холодильнику (мал. 35). Пакетики з гранулами силікагелю вміщують у корпуси наукових приладів для поглинання водяної пари з повітря.

Мал. 35. Кульки з поглиначем запаху

Процеси адсорбції досліджують хіміки в багатьох лабораторіях. Провідною вітчизняною установою в цій галузі є Інститут хімії поверхні НАН України імені О. О. Чуйка. Учені виявили, що йони найкраще поглинаються йонними адсорбентами (цеолітами), а молекули — адсорбентами молекулярної або атомної будови.

ВИСНОВКИ

Неметали здебільшого різняться за фізичними властивостями. Для них характерні невисокі температури плавлення і кипіння, нездатність проводити електричний струм.

Явище поглинання молекул, йонів поверхневим шаром речовини називають адсорбцією. Найважливішими адсорбентами є активоване вугілля, силікагель, деякі силікатні мінерали.

  • 114. Яка можлива причина того, що бор і силіцій мають високі температури плавлення?
  • 115. За матеріалами з інтернету підготуйте повідомлення про фізичну властивість силіцію, завдяки якій цей неметал використовують в електронній техніці.
  • 116. Чому в рівняннях реакцій за участю вугілля цю речовину позначають символом С, хоча вугілля не є простою речовиною Карбону?
  • 117. Як можна пояснити те, що деякі природні силікати значно краще за активоване вугілля поглинають йони?
  • 118. Змішали однакові маси водню й азоту. Які об’ємні частки газів у цій суміші?
  • 119. У 100 г етанолу при 20 °С розчиняється 27,1 г йоду. Обчисліть масову частку йоду в його насиченому розчині.