Буринська Н.М., Депутат В.М., Сударева Г.Ф., Чайченко Н.Н. Хімія. Підручник для 10 класу загальноосвітніх навчальних закладів. Профільний рівень

Подождите немного. Документ загружается.

181

Неметалічні елементи та їх сполуки

Завдяки сучасним методам аналізу встановлено, що рослини засвою-

ють з ґрунту понад 60 хімічних елементів періодичної системи. Три

найважливіші з них — Нітроген, Фосфор і Калій (NРК) — необхідні

рослинам у великих кількостях. Засвоюючи поживні речовини, росли-

ни безповоротно виносять значну їх кількість з ґрунту разом з урожаєм

основної продукції.

Добрива вносять у ґрунт для поповнення запасу поживних елемен-

тів у ньому. Вони повинні відповідати таким вимогам: мати належну

концентрацію і відповідний комплекс поживних елементів, добру роз-

чинність. Бажано, щоб добрива були гранульовані. Однак надлишок

мінеральних добрив, наприклад нітратів, може призвести до нагрома-

дження їх в органах рослин. Продукти, які виробляють з цих рослин,

стають непридатними для споживання. Мінеральні добрива класифі-

кують залежно від наявності в речовині Нітрогену, Фосфору або Калію,

а також сукупності цих елементів (табл. 11).

Т а б л и ц я 11

Класифікація мінеральних добрив

Мінеральні добрива

(у дужках — масова частка поживних елементів у % від 1 моль добрива)

Калійні (К

О)

Калій хлорид

КСl (52 — 60)

Калій сульфат

(45 — 52)

Фосфорні (Р

)

Простий суперфосфат

CaSO

· 2Н

О + Са(Н

РО

)

· Н

(14 — 21)

Подвійний суперфосфат

Са(Н

РО

)

· Н

О (42 — 48)

Преципітат СаНРО

· 2Н

(33 — 40)

Азотні (N)

Натрієва селітра NaNO

(15,0 — 16,5)

Амонійна селітра NH

(34 — 35)

Сечовина (NH

)

(46,0 — 46,3)

Амоній сульфат (NH

)

(20,5 — 21,2)

Комбіновані добрива (азотно-фосфатні)

Амофоска (NН

)

НРО

з домішками NН

РО

+ KCl

N (12 — 16), Р

(12 — 16), К

О (12 — 16)

Нітрофоска СаНРО

· (NН

)

НРО

+ NH

+ KCl

N (12,3 — 17,5), Р

(6,8 — 18,7), К

О (13,0 — 18,9)

Азотні добрива. Нестача Нітрогену призводить до порушення нор-

мального перебігу життєвих процесів. Особливо це позначається на рості

рослин. У результаті азотного живлення рослини розвивають міцну веге-

тативну масу, в них збільшується вміст білку, зростає врожайність.

Регулюючи азотне живлення рослин, можна впливати не лише на

абсолютні показники врожайності, а й на якість і структуру. Навпаки,

при зниженні азотного живлення зменшується вміст нітрогенних ре-

човин у рослинах. Зазвичай азотне живлення рослин регулюють засто-

суванням різних мінеральних азотних добрив (табл. 11, мал. 66). Крім

твердих азотних добрив використовують також рідкі, наприклад амі-

ачну воду (водний розчин амоніаку).

Chemistry10kl_v17j.indd 181Chemistry10kl_v17j.indd 181 06.01.2011 15:05:5606.01.2011 15:05:56

182

Розділ 2

Фосфорні добрива. У рослинах Фосфор забезпечує нормальний пе-

ребіг багатьох найважливіших процесів. У разі його нестачі порушу-

ється синтез вуглеводів (наприклад, зменшуються вміст крохмалю в

картоплі та цукристість цукрових буряків), уповільнюється розвиток

рослин, погіршується якість урожаю.

Приклади фосфорних добрив див. на мал. 67 і в табл. 12 (с. 186).

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

ОЗНАЙОМЛЕННЯ ЗІ ЗРАЗКАМИ АЗОТНИХ

І ФОСФОРНИХ ДОБРИВ

Опишіть зовнішній вигляд виданих вам добрив. Дослідіть їх роз-

чинність у воді і порівняйте. Для цього насипте у пробірки приблиз-

но по чверті чайної ложки кожного добрива, долийте на третину про-

бірки води і перемішайте. Що спостерігаєте? Візьміть пучку кожного

з добрив і посипте його на полум’я спиртівки. Результати спостере-

жень запишіть до таблиці:

Добриво

Хімічна

формула

Зовнішній

вигляд

Розчинність

у воді

Забарвлення

полум’я

а б в

Мал. 66. Азотні добрива: а— селітра; б— амоній сульфат; в— карбамід (сечовина)

а б в

Мал. 67. Фосфорні добрива: а— суперфосфат гранульований; б —суперфосфат

простий і подвійний; в —фосфоритне борошно

Chemistry10kl_v17j.indd 182Chemistry10kl_v17j.indd 182 06.01.2011 15:05:5606.01.2011 15:05:56

183

Неметалічні елементи та їх сполуки

Фосфорні добрива добувають із фосфоритів і апатитів, які містять

Фосфор у вигляді кальцій ортофосфату Са

(РО

)

. Кальцій ортофосфат

важкорозчинний, отже, погано засвоюється рослинами. Тому його у

вигляді фосфоритного борошна застосовують лише на кислих ґрунтах.

Для одержання добрив, що легко засвоюються, фосфорити й апатити

хімічно обробляють і переводять їх у кислі солі. Суперфосфат гранулю-

ють, бо у вигляді гранул він менше злежується і не пригнічує життєді-

яльності ґрунтових мікроорганізмів.

Цінним добривом є нітрофоска, оскільки містить усі три поживні

елементи (Нітроген, Фосфор і Калій).

Доступність Фосфору залежить також від біологічних особливостей

самих рослин, кислотності ґрунтів тощо. Таку взаємодію досліджував

Д. М. Прянишников.

Зазначимо, ще Д. І. Менделєєв передбачав майбутнє фосфорних

добрив: «Ера фосфорних добрив ще настане». Саме з його працями

пов’язаний розвиток агрохімічної науки. Вчений досліджував роль вап-

нування ґрунтів, був ініціатором вивчення в ґрунтових умовах ефектив-

ності кісткового борошна, що містить Са

(РО

)

, і суперфосфату.

Комбіновані добрива. Ці добрива містять кілька (2—3 і більше) еле-

ментів живлення рослин (приклади див. у табл. 11). Важливими у цій

групі добрив є нітрофоски з вмістом Нітрогену, Фосфору і Калію. По-

рівняно з простими вони мають істотні переваги. Зокрема, у них менше

баласту, тому застосовувати їх економічно вигідно, а елементи живлен-

ня легко засвоюються рослинами. За рахунок внесення мінеральних

Д. М. Прянишников

(1865— 1948)

Видатний російський учений, академік, спеціаліст

у галузі агрохімії, фізіології рослин і рослинництва.

Розробив теорію нітратного живлення рослин (1916),

називав амоніак альфою й омегою в живленні рослин.

Запропонував фізіологічну характеристику калійних

добрив

П. А. Власюк

(1905— 1980)

Відомий український учений, академік, спеціаліст

угалузі агрохімії, фізіології рослин, ґрунтознавства.

Вперше розробив органо-мінеральну систему добрив

рослин у сівозмінах, яка сприяла значній економії

добрив і підвищенню продуктивності рослинництва

вУкраїні

Chemistry10kl_v17j.indd 183Chemistry10kl_v17j.indd 183 06.01.2011 15:05:5606.01.2011 15:05:56

184

Розділ 2

добрив урожайність зростає на 30 — 40 %. Під час внесення мінераль-

них добрив важливо дотримуватися відповідних норм, пам’ятати про

екологічну культуру їх використання.

В Україні дослідження з питань агрохімії, фізіології рослин і ґрун-

тознавства пов’язані з працями П. А. Власюка.

Поживну цінність добрив умовно виражають через масову частку в

них Нітрогену N, фосфор(V) оксиду Р

і калій оксиду К

О. При визна-

ченні масової частки Р

і К

О враховують, що в самих добривах цих

оксидів як самостійних сполук немає. Вони виокремлюються умовно,

а тому розрахунки за ними мають умовний, однак важливий характер.

Для визначення поживності добрив розроблено відповідні стандарти.

Стандартними є фосфорне добриво, в якому масова частка Р

стано-

вить 18,9 %,

і калійне — з масовою часткою К

О 41,6 %.

Наведемо приклади визначення поживної цінності мінеральних до-

брив. Цей показник обчислюють так само, як масову частку елемента у

сполуці за формулою: W =

 Приклад. Обчислити масову частку К

О у калій хлориді.

Д а н о:

КСl

Р о з в ’ я з а н н я

(KCl) = 74,5; M

(К

О) = 94.

Оскільки в складі КСl є один атом Калію, а в К

О —

два атоми Калію, то відносну молекулярну масу

КСl треба подвоїти:

W(К

О) — ?

W(K

O) =

В і д п о в і д ь. 63,1 %.

Контрольні завдання

1. Поясніть, за якими ознаками класифікують мінеральні добрива.

2. Поясніть, яку форму Нітрогену — нітратну NO

–

чи амонійну NН

— за-

своюють рослини.

3. Установіть відповідність між формулами і назвами мінеральних добрив.

Формула Назва

1. Са(Н

РО

)

А Фосфоритне борошно

2. NH

Б Преципітат

3. Са

(РО

)

B Подвійний суперфосфат

4. NН

РО

, (NН

)

НРО

Г Амонійна селітра

5. СаНРО

· Н

О Ґ Амофос

4. Ви, звісно, бачили напис на упаковці «Овочі без нітратів». А як у цьому

переконатися?

Chemistry10kl_v17j.indd 184Chemistry10kl_v17j.indd 184 06.01.2011 15:05:5606.01.2011 15:05:56

185

Неметалічні елементи та їх сполуки

5. Обчисліть, яку масу амоній сульфату потрібно взяти, щоб внести у ґрунт

Нітроген масою 0,5 т на площу 1 га.

6. Обчисліть масову частку Ca(H

)

у зразку суперфосфату, якщо в ньо-

му масова частка фосфор(V) оксиду становить 20 %.

Творче завдання. Складіть розповідь про використання мінеральних

добрив на своїй присадибній ділянці.

ПРАКТИЧНА РОБОТА 8

ВИЗНАЧЕННЯ МІНЕРАЛЬНИХ ДОБРИВ

Завдання. Визначити, які мінеральні добрива містяться у паке-

тах під номерами:

 Варіант І. Амоній сульфат, суперфосфат, калійна селітра.

 Варіант ІІ. Натрієва селітра, амоній хлорид, суперфосфат.

Під час виконання роботи скористайтеся табл. 12 «Визначення

мінеральних добрив».

1. Складіть спочатку план розв’язування завдання у вигляді

таблиці:

№

Реагенти

(формули, назви)

Формули мінеральних добрив

(за текстом завдання)

2. Складіть рівняння реакцій у молекулярній, повній і скороченій

йонних формах.

3. Виконайте експеримент згідно з назвами колонок таблиці. Ре-

зультати запишіть у таблицю:

№

Зовнішній

вигляд

Розчинність

у воді

Дія

реактивів

Колір

полум’я

Формула Назва

У колонку «Дія реактивів» запишіть відповідно такі формули:

+ Cu (t); BaCl

+ CH

COOH; NaOH (t); AgNO

4. Оформіть відповідь: у пакеті № 1 ________; № 2 _________.

Chemistry10kl_v17j.indd 185Chemistry10kl_v17j.indd 185 06.01.2011 15:05:5606.01.2011 15:05:56

186

Розділ 2

Т а б л и ц я 12

Визначення мінеральних добрив

Добриво Зовнішній вигляд

Розчинність

у воді

Взаємодія

твердого

добрива

з Cu + H

Взаємодія розчину добрива з розчином

BaCl

та

COOН

NaOH (t) AgNO

Колір полум’я

Амонійна

селітра

Біла,

дрібнокристалічна

речовина

Добра

Виділяється

бурий газ

—

Виділяється

амоніак

—

Жовтий колір

(від домішок)

Натрієва

селітра

Великі безбарвні

кристали

Добра

Виділяється

бурий газ

Невелике

помутніння

(від домішок)

—

Виділяється

невеликий

осад (від

домішок)

Жовтий колір

Калійна

селітра

Дрібні світло-сірі

кристали

Добра

Виділяється

бурий газ

——

Незначне

помутніння

(від домішок)

Фіолетове

забарвлення

(при розгляді

полум’я крізь

синє скло)

Амоній

сульфат

Великі безбарвні

кристали

Добра

Бурий газ не

виділяється

Білий осад,

нерозчинний

в ацетатній

кислоті

Виділяється

амоніак

Незначне

помутніння

(від домішок)

—

Амоній

хлорид

Біла кристалічна

речовина

Добра

Бурий газ не

виділяється

—

Виділяється

амоніак

Білий осад

Жовтий колір

(від домішок)

Супер-

фосфат

Світло-сірий

порошок або

гранули

Погана —

Білий осад,

частково

розчинний

в ацетатній

кислоті

— Жовтий осад

Жовтий колір

(від домішок)

Chemistry10kl_v17j.indd 186Chemistry10kl_v17j.indd 186 06.01.2011 15:05:5606.01.2011 15:05:56

187

Неметалічні елементи та їх сполуки

ПРАКТИЧНА РОБОТА 9

РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ЗАДАЧ

«СПОЛУКИ НІТРОГЕНУ ТА ФОСФОРУ»

 Варіант І (середній рівень)

1. Доведіть якісний склад амоній хлориду. Складіть рівняння виконаних

реакцій у повній і скороченій йонних формах.

2. Визначте за характерними реакціями, в якій з пронумерованих пробі-

рок містяться розчини сульфатної та фосфатної кислот. Складіть рівнян-

ня виконаних реакцій у повній і скороченій йонних формах. Поясніть

результати своїх спостережень.

 Варіант ІІ (достатній рівень)

1. Доведіть якісний склад амоній сульфату та амоній фосфату. Складіть

рівняння виконаних реакцій у повній і скороченій йонних формах.

2. Визначте за характерними реакціями, в якій з пронумерованих про-

бірок містяться розчини натрій хлориду, натрій фосфату і купрум(ІІ)

нітрату. Поясніть результати своїх спостережень. Складіть рівняння ви-

конаних реакцій у повній і скороченій йонних формах.

3. Добудьте кальцій фосфат трьома різними способами. Складіть рівнян-

ня виконаних реакцій у повній і скороченій йонних формах і зазначте

умови їх перебігу. Поясніть результати своїх спостережень.

 Варіант ІІІ (високий рівень)

1. Доведіть якісний склад амоній нітрату, фосфатної кислоти і натрій

фосфату. Складіть рівняння виконаних реакцій у повній і скороченій

йонних формах.

2. Визначте на основі характерних реакцій, в якому з пронумерованих

пакетів міститься сіль: калій нітрат, натрій нітрат, амоній сульфат, ка-

лій хлорид. Складіть рівняння виконаних реакцій у повній і скороче-

ній йонних формах. Виконайте експеримент і поясніть результати своїх

спостережень.

3. Проведіть реакції, за якими можна здійснити такі перетворення:

NaOH → Na

→ NaCl → NaNO

Складіть рівняння виконаних реакцій у повній і скороченій йонних фор-

мах. Зазначте умови їх перебігу і поясніть результати своїх спостережень.

Chemistry10kl_v17j.indd 187Chemistry10kl_v17j.indd 187 06.01.2011 15:05:5606.01.2011 15:05:56

188

Розділ 2

ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ІVА ГРУПИ

До ІVА групи періодичної системи належать Карбон С, Силіцій Si,

Германій Ge, Станум Sn і Плюмбум Pb.

Карбон у вигляді сажі, кам’яного і деревного вугілля відомий з гли-

бокої давнини. Назва Карбону походить від лат. carbo — вугілля.

Й. Берцеліус Д. І. Менделєєв і К. Вінклер

(1779— 1848) (1894 р., Німеччина)

Силіцій (від лат. silex — кремінь, тобто камінь, що під час удару ви-

кресає іскру) відкрив шведський хімік Й. Берцеліус (1825).

Германій, передбачений Д. Менделєєвим (1871), відкрив німецький

учений К. Вінклер і назвав на честь Німеччини (1886).

Олово і свинець — прості речовини елементів Стануму і Плюмбуму —

разом із золотом, сріблом, міддю, залізом і ртуттю входять до числа семи

металів, відомих людині з давніх-давен.

§ 44. Загальна характеристика

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

6 характеризувати і порівнювати хімічні елементи ІVА групи за міс-

цем у періодичній системі та електронною будовою атомів, їх поши-

реність у природі;

6 пояснювати біологічну роль Карбону та Силіцію.

Електронна будова і властивості атомів. Хімічні елементи ІVА гру-

пи є р-елементами. Вони мають на р-підрівні зовнішнього рівня два

неспарених електрони та вільну р-орбіталь, на яку під час збудження

атома може переходити розпарований електрон s-підрівня. Тому їх ва-

лентність становить IV, а ступені окиснення –4, 0, +2, +4.

Зі зростанням атомного номера елементів цієї групи відбувається

закономірне збільшення розмірів їх атомів, зменшення електронега-

тивності і, як наслідок, послаблення неметалічних і посилення мета-

лічних властивостей (табл. 13). Ось чому лише Карбон є типовим не-

Chemistry10kl_v17j.indd 188Chemistry10kl_v17j.indd 188 06.01.2011 15:05:5606.01.2011 15:05:56

189

Неметалічні елементи та їх сполуки

металічним елементом, у Силіцію і Германію з’являються металічні

ознаки, а Станум і Плюмбум — метали. У даному розділі докладніше

ознайомимося лише з Карбоном і Силіцієм та їх сполуками.

Т а б л и ц я 13

Загальна характеристика хімічних елементів ІVА групи

Хімічний

елемент

Період

Атомний

номер

Відносна

атомна маса

Радіус

атома, нм

Електро-

негативність

Валентні

електрони

Валентність

Ступені

окиснення

Неметалічні

властивості

Карбон С

Силіцій Si

Германій Ge

Станум Sn

Плюмбум Pb

119

207

0,077

0,135

0,139

0,158

0,175

2,50

1,74

2,02

1,72

1,55

ІІ, ІІІ, ІV

ІІ, ІV

+4, +2, 0, –4

+4, +2

Послаблюються

Як елементи ІVА групи Карбон і Силіцій мають на зовнішньому

енергетичному рівні незбудженого атома чотири валентних електрони

та одну вільну орбіталь і належать до р-елементів. Конфігурація їх ва-

лентних електронів в основному стані ns

ns np

↑↓ ↑ ↑

Завдяки двом неспареним електронам їх атоми можуть утворювати

два ковалентні зв’язки і виявляти валентність ІІ (СS, SiO). Але Карбон, на

відміну від Силіцію, в деяких сполуках здатний утворювати третій кова-

лентний зв’язок за донорно-акцепторним механізмом, надавши парі елек-

тронів атома Оксигену у молекулі CO вільну орбіталь атома Карбону:

Отже, за кількістю утворених зв’язків Карбон у СО тривалентний, а

Силіцій у SiО — двовалентний. Ступінь окиснення обох елементів у цих

оксидах однакова й дорівнює +2.

При переході атомів у збуджений стан число неспарених електронів

збільшується до чотирьох:

ns np

↑ ↑↑↑

Це зумовлює здатність Карбону і Силіцію утворювати чотири кова-

лентні зв’язки і виявляти вищу валентність ІV і ступені окиснення +4

з електронегативнішими елементами (СО

, SiО

) та –4 з елементами,

менш електронегативними (СН

, SiН

Chemistry10kl_v17j.indd 189Chemistry10kl_v17j.indd 189 06.01.2011 15:05:5706.01.2011 15:05:57

190

Розділ 2

Збуджений стан атомів і валентність ІV для Карбону та Силіцію є

найхарактернішими. В органічних сполуках ступінь окиснення Карбо-

ну може змінюватися від –4 до +4, наприклад:

–4

, С

–3

, С

–2

, С

–1

, С

НCl

, С

–CH

, С

Унікальною особливістю Карбону є здатність його атомів сполучати-

ся один з одним й утворювати карбонові ланцюги різних типів: лінійні,

розгалужені, циклічні. Саме цією властивістю пояснюється виняткова

роль Карбону в існуванні життя на Землі.

Вищі оксиди Карбону і Силіцію типу ЕО

є кислотними, відповідні

їм гідроксиди Н

ЕО

— кислоти. Летка сполука Карбону з Гідрогеном —

метан СН

є стійкою органічною сполукою. Силан SiН

— малостійкий і

самозаймається на повітрі. Метан і силан, на відміну від подібних спо-

лук елементів VIIA — VA груп, не виявляють ані кислотних, ані основ-

них властивостей. Це пояснюється низькою полярністю зв’язків С—Н

і Si—Н унаслідок близьких за значенням електронегативностей атомів

Карбону, Силіцію і Гідрогену.

Отже, Карбон і Силіцій є неметалічними елементами, але порівняно

з неметалічними елементами VIIА — VА груп виявляють ознаки неме-

талічності меншою мірою.

Поширеність у природі. Карбон є поширеним у природі елементом і

трапляється у вигляді простих речовин (графіт, алмаз, вугілля) і неор-

ганічних та органічних сполук. Вуглець — головна складова кам’яного

і бурого вугілля, торфу.

В Україні є значні поклади бурого вугілля (Дніпропетровський ву-

гільний басейн), кам’яного вугілля й антрациту (Донецький і Криво-

різький вугільні басейни).

Основу мінералів становлять карбонати: кальцит СаСО

(вапняк,

мармур, крейда), магнезит MgCO

, доломіт MgCO

· СаСО

, поташ К

СО

малахіт (CuOH)

(мал. 68). З карбонатів Кальцію і Магнію склада-

ються корали, перли й панцири найпростіших. У повітрі в невеликій

кількості є вуглекислий газ (0,03 % за об’ємом), у природній воді роз-

чинені кислі солі — гідрогенкарбонати Кальцію та Магнію.

Силіцій за поширенням у земній корі (атомна частка 28 %) посідає дру-

ге місце після Оксигену й трапляється лише в літосфері Землі у вигляді

силіцій(IV) оксиду SiO

і силікатів. На їх частку припадає понад 3/4 маси

планети. Кристалічний SiO

(кварц) є основною складовою гранітів, піско-

виків, морського піску, а також утворює різноманітні мінерали: гірський

кришталь, агат, аметист, онікс, халцедон, яшма, опал тощо (мал. 69, 1 — 7).

Силікати, переважно Калію, Натрію, Кальцію, Магнію, Алюмінію,

є основою гірських порід, що складаються з різноманітних мінералів:

польового шпату (К

О · Аl

· 6SiО

), глини (Аl

· 2SiО

· 2Н

О), слюди

(силікати Калію, Алюмінію, Магнію), тальку (3МgО · 4SiО

· Н

О), азбе-

сту («гірський льон», 3МgО · 2SiО

· 2Н

О) та ін. (мал. 69, 8 — 10).

Chemistry10kl_v17j.indd 190Chemistry10kl_v17j.indd 190 06.01.2011 15:05:5706.01.2011 15:05:57