Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Попель

§ 18. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • з’ясувати склад і назви сполук неметалічних елементів з Гідрогеном;
  • порівнювати і пояснювати фізичні властивості цих сполук.

Склад і назви сполук. Сполуки з Гідрогеном відомі для більшості неметалічних елементів; їх не утворюють лише інертні елементи (табл. 6).

Таблиця 6

Формули і назви сполук неметалічних елементів з Гідрогеном1

Періоди

Групи

IV

V

VI

VII

VIII

2

С

CH4

метан

N

NH3

амоніак

O

H2O

вода

F

HF

фтороводень

Ne

3

Si

SiH4

силан

Р

РН3

фосфін

S

H2S

сірководень

Сl

HCl

хлороводень

Аr

4

As

AsH3

арсин

Se

H2Se

селеноводень

Вr

НВr

бромоводень

Кr

5

Те

Н2Те

телуроводень

І

НІ

йодоводень

Хе

1 Для Карбону, як вам відомо, існує багато сполук з Гідрогеном; їх загальна назва — вуглеводні.

Скласти формулу сполуки неметалічного елемента з Гідрогеном досить легко. Значення валентності елемента в такій сполуці становить різницю між числом 8 і числом, що дорівнює номеру групи періодичної системи, в якій міститься елемент.

Визначте ступені окиснення елементів 3-го періоду в їхніх сполуках з Гідрогеном2.

2 Скористайтесь таблицею електронегативності елементів (Додаток 1).

Сполуки неметалічних елементів із Гідрогеном НnЕ, EНn.

Загальна формула сполук елементів з Гідрогеном має два варіанти написання — НnЕ і EНn. Послідовність запису елементів у хімічній формулі кожної сполуки зумовлена традицією: символи елементів VI і VII груп розміщують після символу Гідрогену (H2S), а символи елементів інших груп — перед ним (NH3). Загальні формули сполук неметалічних елементів кожної групи з Гідрогеном указують у деяких варіантах періодичної системи в окремому рядку (форзац І).

Для сполук неметалічних елементів з Гідрогеном частіше використовують тривіальні назви (табл. 6), іноді — хімічні: HF — гідроген фторид, НСl — гідроген хлорид, H2S— гідроген сульфід тощо.

Будова. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном складаються з молекул (мал. 39); атоми в них сполучені ковалентними зв’язками. Якщо електронегативності елемента і Гідрогену однакові, то ці зв’язки неполярні (наприклад, у молекулі РН3), а якщо різні — зв’язки полярні.

Мал. 39. Масштабні моделі молекул НСІ, H2S, NH3 і СН4

Зобразіть електронні та графічні формули молекул HF і SiH4. Покажіть у графічних формулах зміщення спільних електронних пар до відповідних атомів.

Якщо позитивні й негативні заряди, що виникли на атомах після зміщення спільних електронних пар, рівномірно розподілені в молекулі, то вона є неполярною (наприклад, молекула СН4). В іншому випадку молекула в одній частині має невеликий негативний заряд, а в протилежній — позитивний заряд. Така молекула полярна; її називають диполем. Полярними є молекули HF, Н2О, NH3 (мал. 39) і деякі інші.

Доведіть, що молекула води полярна.

Фізичні властивості. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном, подані в таблиці 6, за звичайних умов1 є газами, а вода — рідиною. Гідроген фторид за температури 19,5 °С переходить із рідкого стану в газуватий. Серед вуглеводнів є гази (сполуки з невеликими відносними молекулярними масами), рідини і тверді речовини.

1 Тобто за температури 20 °С і тиску 760 мм рт. ст.

Температури плавлення і кипіння сполук з Гідрогеном елементів кожної групи періодичної системи зростають зі збільшенням відносних молекулярних мас2. Проте сполуки елементів 2-го періоду — вода, амоніак і фтороводень — «випадають» із цієї залежності (мал. 40). Аномально високі температури їх плавлення і кипіння зумовлені існуванням водневих зв’язків між молекулами (мал. 41).

Мал. 40. Залежність температур кипіння сполук елементів VII групи з Гідрогеном від значень їх відносних молекулярних мас

Мал. 41. Водневі зв’язки в рідкому гідроген фториді

2 Вам відома аналогічна залежність для алканів СnН2n+2

Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном безбарвні, деякі мають характерний запах — неприємний, іноді різкий. Багато цих речовин є токсичними.

Найбільшу розчинність у воді мають галогеноводні (сполуки галогенів з Гідрогеном) та амоніак. Наприклад, в 1 л води за нормальних умов (0 °С, 760 мм рт. ст.) розчиняється приблизно 500 л газу хлороводню або майже 1000 л газу амоніаку. Цьому сприяє утворення водневих зв’язків між молекулами води і цих сполук, а також дисоціація молекул галогеноводнів у водному розчині.

Для підтвердження високої розчинності хлороводню у воді й кислотних властивостей водного розчину цієї сполуки демонструють ефектний дослід. У посудину з водою додають кілька крапель розчину лакмусу або метилоранжу. Хлороводнем наповнюють колбу, додають у неї 1—2 краплі води, швидко закривають пробкою, в яку вставлена скляна трубка, і занурюють кінець трубки в посудину з розчином індикатора (мал. 42). Під час розчинення газу тиск у колбі знижується; рідина заповнює колбу, створюючи фонтан, і набуває червоного забарвлення.

Мал. 42. Розчинення хлороводню у воді (дослід «Фонтан»)

Метан дуже слабко розчиняється у воді через неполярність молекул СН4, а отже, неможливість утворення ними водневих зв’язків і нездатність до дисоціації.

ВИСНОВКИ

Майже всі неметалічні елементи, крім інертних, утворюють сполуки з Гідрогеном. Їх загальна формула — НnE або ЕНn. Для цих сполук найчастіше використовують тривіальні назви.

Сполуки неметалічних елементів із Гідрогеном мають молекулярну будову. Галогеноводні та амоніак дуже добре розчиняються у воді.

  • 129. Яких значень може набувати індекс n у загальній формулі сполук неметалічних елементів із Гідрогеном?
  • 130. Чому галогеноводні мають високу розчинність у воді?
  • 131. Хлор і гідроген хлорид істотно різняться за розчинністю у воді. Як це пояснити?
  • 132. Чому температура плавлення хлороводню (-114 °С) набагато нижча, ніж натрій хлориду (+801 °С)?
  • 133. Внесіть у таблицю відомості про сполуку з формулою НВr (використайте інформацію з інтернету і додаткової літератури):

Назва сполуки (тривіальна, хімічна)

Формула молекули (електронна, графічна)

Фізичні властивості

  • 134. Скільки сполук неметалічних елементів з Гідрогеном мають молярну масу 34 г/моль? Напишіть їхні формули.
  • 135. Густина галогеноводню за нормальних умов становить 1,63 г/л. Знайдіть за цими даними молярну масу речовини.
  • 136. В 1 л води за нормальних умов розчинили 2 л сірководню. Обчисліть масову частку цієї сполуки в розчині, який утворився.
  • 137. Сполука елемента X з Гідрогеном містить 2,74 % Гідрогену за масою. Виведіть її формулу.