Валентность фтора (f), формулы и примеры

Инфоурок › Химия ›Презентации›Валентность химических элементов. Определение валентности элементов по формулам бинарных соединений

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Описание слайда:

Повторим домашнее задание! © Фокина Лидия Петровна

2 слайд Описание слайда:

Вычислите массовые доли элементов в фосфорной кислоте, имеющей простейшую химическую формулу H3PO4 с точностью до сотых. © Фокина Лидия Петровна

3 слайд Описание слайда:

Решение: 1. Из Периодической таблицы имени Д.И.Менделеева выписываем значения относительных масс атомов элементов, входящих в состав фосфорной кислоты Ar(H)=1 Ar(P)=31 Ar(O)=16 2.

Вычисляем относительную молекулярную массу соединения Mr(H3PO4) = 3·Ar(H) + Ar(P) + 4·Ar(O) = 3·1 + 31 + 4·16 = 98 3.

Вычисляем массовые доли элементов по формуле: w(элемента) = (n· Ar(элемента) · 100%) / Mr(вещества) w(H) = n(H)·Ar(H)·100% / Mr(H3PO4) = 3·1·100% / 98 = 3,06% w(P) = n(P)·Ar(P)·100% / Mr(H3PO4) = 1·31·100% / 98 = 31,63% w(O) = n(O)·Ar(O)·100% / Mr(H3PO4) = 4·16·100% / 98 = 65,31% Проверка Сумма значений массовых долей всех элементов должна составить 100% w(H) + w(P) + w(O) = 100% Подставляем значения, 3,06% + 31,63% + 65,31% = 100% Таким образом, массовые доли элементов в фосфорной кислоте вычислены правильно. © Фокина Лидия Петровна

4 слайд Описание слайда:

Ответ: w(H) = 3,06% w(P) = 31,63% w(O) = 65,31% © Фокина Лидия Петровна

5 слайд Описание слайда:

Валентность химических элементов. Определение валентности элементов по формулам бинарных соединений. © Фокина Лидия Петровна

6 слайд Описание слайда:

Валентность — это способность атома данного элемента образовывать определенное количество химических связей.. © Фокина Лидия Петровна

7 слайд Описание слайда:

© Фокина Лидия Петровна

8 слайд Описание слайда:

9 слайд Описание слайда:

При соединении металлов с неметаллами последние проявляют низшую валентность Так, низшая валентность серы 8 — 6 = 2, фтора и других галогенов — (8  — 7) = 1, азота и фосфора — (8 — 5)= 3 и так далее. © Фокина Лидия Петровна

10 слайд Описание слайда:

Высшая валентность элемента в большинстве случаев совпадает с номером группы, в которой находится данный элемент. Например, марганец находится в VII группе (побочная подгруппа), высшая валентность Mn равна семи.

Кремний расположен в IV группе (главная подгруппа), его высшая валентность равна четырем. Следует помнить, однако, что высшая валентность не всегда является единственно возможной.

Например, высшая валентность хлора равна семи (убедитесь в этом!), но известны соединения, в которых этот элемент проявляет валентности VI, V, IV, III, II, I.

Важно запомнить несколько исключений: максимальная (и единственная) валентность фтора равна I (а не VII), кислорода — II (а не VI), азота — IV (способность азота проявлять валентность V — популярный миф, который встречается даже в некоторых школьных учебниках). © Фокина Лидия Петровна

11 слайд Описание слайда:

Правила определения валентности © Фокина Лидия Петровна

12 слайд Описание слайда:

1.     Валентность водорода принимают за I (единицу). Тогда в соответствии с формулой воды Н2О к одному атому кислорода присоединено два атома водорода. 2.     Кислород в своих соединениях всегда проявляет валентность II. Поэтому углерод в соединении СО2 (углекислый газ) имеет валентность IV. 3.     Высшая валентность равна номеру группы.

4.     Низшая валентность равна разности между числом 8 (количество групп в таблице) и номером группы, в которой находится данный элемент, т.е. 8 — Nгруппы. 5.     У металлов, находящихся в «А» подгруппах, валентность равна номеру группы. 6.

13 слайд Описание слайда:

Пример 1. Найти валентности всех элементов в соединении NH3. © Фокина Лидия Петровна

14 слайд Описание слайда:

Решение. Валентность водорода нам известна — она постоянна и равна I. Умножаем валентность Н на число атомов водорода в молекуле аммиака: 1 • 3 = 3. Следовательно, для азота произведение 1 (число атомов N) на X (валентность азота) также должно быть равно 3. Очевидно, что Х = 3. Ответ: N(III), H(I). © Фокина Лидия Петровна

15 слайд Описание слайда:

Пример 2. Найти валентности всех элементов в молекуле Cl2O5. © Фокина Лидия Петровна

16 слайд Описание слайда:

Решение. кислорода валентность постоянна (II), в молекуле данного оксида пять атомов кислорода и два атома хлора. Пусть валентность хлора = Х. Составляем уравнение: 5 • 2 = 2 • Х. Очевидно, что Х = 5. Ответ: Cl(V), O(II). © Фокина Лидия Петровна

17 слайд Описание слайда:

© Фокина Лидия Петровна

18 слайд Описание слайда:

Алгоритм составления химической формулы бинарного соединения по известным валентностям. Запишите рядом знаки химических элементов, которые входят в состав вещества.

Над знаками химических элементов поставьте их валентность. Определите наименьшее общее кратное валентностей обоих элементов. Разделите наименьшее общее кратное на валентность каждого элемента.

Полученный ответ является индексом. © Фокина Лидия Петровна

19 слайд Описание слайда:

Составьте химическую формулу по валентности следующих соединений: KO; AlCl; AlO. © Фокина Лидия Петровна

20 слайд Описание слайда:

Спасибо за урок!!! © Фокина Лидия Петровна

Скрыть

Важно! Узнайте, чем закончилась проверка учебного центра «Инфоурок»?

Проверен экспертом

Общая информация

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Источник: https://infourok.ru/valentnost-himicheskih-elementov-opredelenie-valentnosti-elementov-po-formulam-binarnih-soedineniy-3300074.html

Фтор: валентность, свойства, характеристика

Фтор (F) – наиболее реактивный химический элемент и самый легкий галоген группы 17 (VIIa) периодической таблицы. Данная характеристика фтора объясняется его способностью привлекать электроны (это самый электроотрицательный элемент) и небольшим размером его атомов.

История открытия

Фторсодержащий минерал плавиковый шпат был описан в 1529 году немецким врачом и минералогом Георгием Агриколой. Вероятно, что плавиковая кислота была впервые получена неизвестным английским стеклодувом в 1720 г. А в 1771 г.

шведский химик Карл Вильгельм Шееле получил неочищенную плавиковую кислоту при нагревании плавикового шпата с концентрированной серной кислотой в стеклянной реторте, которая в значительной степени корродировала под действием полученного продукта.

Поэтому в дальнейших экспериментах использовались сосуды из металла.

Почти безводная кислота была получена в 1809 году, а спустя два года французский физик Андре-Мари Ампер предположил, что это соединение водорода с неизвестным элементом, аналогичным хлору, для которого он предложил название фтор из греческого φθόριος, «разрушающий». Плавиковый шпат оказался фторидом кальция.

Выделение фтора оставалось одной из главных нерешенных проблем неорганической химии до 1886 года, когда французский химик Анри Муассан получил элемент электролизом раствора гидрофторида калия во фтороводороде. За это в 1906 году он получил Нобелевскую премию.

Трудность в обращении с этим элементом и токсические свойства фтора способствовали медленному прогрессу в области химии этого элемента. Вплоть до Второй мировой войны он был лабораторной диковинкой.

Затем, однако, использование гексафторида урана при разделении изотопов урана наряду с ростом промышленного значения органических соединений данного элемента, сделало его химикатом, который приносит значительную пользу.

Распространенность

Фторсодержащий плавиковый шпат (флюорит, CaF2) в течение многих столетий использовался в качестве флюса (очищающего средства) в металлургических процессах. Минерал впоследствии оказался источником элемента, который был также назван флуором. Бесцветные прозрачные кристаллы флюорита при освещении имеют синеватый оттенок. Это свойство известно под названием флуоресценции.

Фтор – элемент, который встречается в природе только в виде его химических соединений, за исключением чрезвычайно небольших количеств свободного элемента в плавиковом шпате, подвергшегося воздействию излучения радия. Содержание элемента в земной коре составляет около 0,065 %. Основными фторсодержащими минералами являются плавиковый шпат, криолит (Na3AlF6), фторапатит (Са5[PO4]3 [F, Cl]), топаз (Al2SiO4[F, OH]2) и лепидолит.

Физические и химические свойства фтора

При комнатной температуре фтор является газом бледно-желтого цвета с раздражающим запахом. Вдыхание его опасно. При охлаждении он становится желтой жидкостью. Существует только один стабильный изотоп этого химического элемента – фтор-19.

Первая энергия ионизации данного галогена очень высока (402 ккал/моль), что составляет стандартную теплоту образования катиона F+ 420 ккал/моль.

Небольшой размер атома элемента позволяет разместить их относительно большое количество вокруг центрального атома с образованием множества устойчивых комплексов, например, гексафторсиликата (SiF6)2- и гексафторалюмината (AlF6)3-.

Данная характеристика фтора на протяжении более 150 лет не позволяла получить его ни одним химическим методом. Это удалось только за счет использования электролиза. Тем не менее в 1986 г. американский химик Карл Крайст сообщил о первом «химическом» получении фтора.

Он использовал K2MnF6 и пентафторид сурьмы (SbF5), которые могут быть получены из растворов HF.

Фтор: валентность и степень окисления

Внешняя оболочка галогенов содержит неспаренный электрон. Вот почему валентность фтора в соединениях равна единице. Однако атомы элементов группы VIIa могут увеличивать количество таких электронов до 7.

Максимальная валентность фтора и его степень окисления равны -1. Элемент не способен расширить свою валентную оболочку, так как у его атома отсутствует d-орбиталь.

Другие галогены благодаря ее наличию способны проявлять валентность вплоть до 7.

Высокая окислительная способность элемента позволяет достигать максимально возможной степени окисления в других элементах. Фтор (валентность I) может образовывать соединения, которых не существует ни у каких других галогенидов: дифторид серебра (AgF2), трифторид кобальта (CoF3), гептафторид рения (ReF7), пентафторид брома (BrF5) и гептафторид йода (IF7).

Соединения

Формула фтора (F2) составлена из двух атомов элемента. Он может вступать в соединения со всеми другими элементами, кроме гелия и неона, образуя ионные или ковалентные фториды.

Некоторые металлы, такие как никель, быстро покрываются слоем этого галогена, что предотвращает дальнейшую связь металла с элементом. Некоторые сухие металлы, такие как мягкая сталь, медь, алюминий или монель (66 % никеля и 31,5 % сплава меди) при обычных температурах с фтором не реагируют.

Для работы с элементом при температурах до 600 °C подходит монель; спеченный глинозем устойчив до 700 °C.

Фторуглеродные масла являются наиболее подходящими смазочными материалами. Элемент бурно реагирует с органическими веществами (например, резиной, деревом и тканями), поэтому контролируемое фторирование органических соединений элементарным фтором возможно только при принятии специальных мер предосторожности.

Производство

Плавиковый шпат является главным источником фтора. В производстве фтористого водорода (HF) порошкообразный флюорит перегоняют с концентрированной серной кислотой в свинцовом или чугунном аппарате. В ходе перегонки образуется сульфат кальция (CaSO4), нерастворимый в HF.

Фтористый водород получают в достаточно безводном состоянии путем фракционной перегонки в медных или стальных сосудах и хранят в стальных баллонах.

Обычными примесями в промышленном фтороводороде являются сернистая и серная кислоты, а также кремнефтористоводородная кислота (H2SiF6), образующиеся из-за наличия в плавиковом шпате кремнезема.

Фтористый водород используют в приготовлении множества промышленных неорганических и органических соединениях фтора, например, натрийфторидалюминия (Na3AlF6), используемого в качестве электролита при выплавке металлического алюминия. Раствор газообразного фтористого водорода в воде называется плавиковой кислотой, большое количество которой применяется при очистке металлов и для полировки, придания матовости стеклу или для его травления.

Получение свободного элемента осуществляется с помощью электролитических процедур в отсутствие воды. Как правило, они имеют форму электролиза расплава фторида калия фторидом водорода (в соотношении 1 к 2,5-5) при температурах 30–70, 80–120 или 250 °C.

Во время процесса содержание фтороводорода в электролите уменьшается, и температура плавления повышается. Поэтому необходимо, чтобы его добавление происходило непрерывно. В высокотемпературной камере электролит заменяется, когда температура превысит 300 °C.

Фтор можно безопасно хранить под давлением в баллонах из нержавеющей стали, если клапаны цилиндров свободны от следов органических веществ.

Использование

Элемент используется для производства различных фторидов, таких как трифторид хлора (ClF3), гексафторид серы (SF6) или трифторид кобальта (CoF3).

Соединения хлора и кобальта являются важными фторирующими агентами органических соединений. (При наличии соответствующих мер предосторожности для этого может быть использован непосредственно фтор).

Гексафторид серы используется в качестве газообразного диэлектрика.

Элементарный фтор, часто разбавленный азотом, вступает в реакцию с углеводородами с образованием соответствующих фторуглеродов, в которых часть или весь водород замещается галогеном. Полученные соединения, как правило, характеризуются высокой стабильностью, химической инертностью, высоким электрическим сопротивлением, а также другими ценными физико-химическими свойствами.

Фторирование можно произвести также путем обработки органических соединений трифторидом кобальта (CoF3) или электролизом их растворов в безводном фтористом водороде. Полезные пластики с антипригарными свойствами, такие как политетрафторэтилен [(CF2CF2)х], известные под коммерческим названием тефлон, получают из ненасыщенных фторированных углеводородов.

Органические соединения, содержащие хлор, бром или йод, фторируют для получения таких веществ, как дихлордифторметан (Cl2CF2), хладагент, который широко применялся в бытовых холодильниках и кондиционерах.

Так как хлорфторуглероды, такие как дихлордифторметан, играют активную роль в истощении озонового слоя, их производство и применение было ограничено, и теперь предпочтение отдается хладагентам, содержащим гидрофторуглероды.

Элемент также используется для получения гексафторида урана (UF6), используемого в газовом диффузионном процессе отделения урана-235 от урана-238 при производстве ядерного топлива.

В последние годы наиболее важное значение приобрело применение соединений фтора в фармацевтической и сельскохозяйственной областях. Селективное замещение фтора резко изменяет биологические свойства веществ.

Анализ

Сложно точно определить количество данного галогена в соединениях. Свободный фтор, валентность которого равна 1, можно выявить по его окислению ртути Hg + F2 → HgF2, а также измеряя увеличения веса ртути и изменение объема газа. Основными качественными тестами на присутствие ионов элемента являются:

• выделение фтористого водорода под действием серной кислоты,
• образование осадка фторида кальция при добавлении раствора хлорида кальция,
• обесцвечивание желтого раствора тетраоксида титана (TiO4) и пероксида водорода в серной кислоте.

Количественные методы анализа:

• осаждение фторида кальция в присутствии карбоната натрия и обработка осадка с помощью уксусной кислоты,
• осаждение хлорфторида свинца путем добавления хлорида натрия и нитрата свинца,
• титрование (определение концентрации растворенного вещества) с раствором нитрата тория (Th [NO3]4) с использованием ализаринсульфоната натрия в качестве индикатора: Th(NO3)4 + 4KF ↔ ThF4 + 4KNO3.

Ковалентно связанный фтор (валентность I), как, например, в фторуглеродах, анализировать сложнее. Это требует соединения с металлическим натрием с последующим анализом ионов F-, как описано выше.

Свойства элемента

Напоследок приведем некоторые свойства фтора:

• Атомный номер: 9.
• Атомный вес: 18,9984.
• Возможные валентности фтора: 1.
• Температура плавления: -219,62 °C.
• Точка кипения: -188 °C.
• Плотность (1 атм, 0 °C): 1,696 г/л.
• Электронная формула фтора: 1s22s22p5.

Источник: https://autogear.ru/article/255/978/himicheskiy-element-ftor-valentnost-svoystva-harakteristika/

Фтор: валентность, химические свойства, характеристики :

Где располагается в таблице Менделеева фтор? Валентность данного элемента равна одному, следовательно, он является типичным представителем седьмой группы главной подгруппы. Дадим краткую характеристику этому неметаллу, выявим его основные физические и химические свойства.

Страницы истории

Рассмотрим строение атома фтора, но сначала остановимся на истории его открытия. В начале шестнадцатого века немецкий врач и минералог Григорий Агрикола описал минерал, в составе которого содержался фтор. Валентность элемента тогда еще не была известна, поэтому сложно было предсказать его основные свойства.

В конце восемнадцатого века шведскому химику Карлу Шееле удалось синтезировать при нагревании в стеклянном сосуде концентрированной серной кислоты и плавикового шпата фтороводородное соединение. Полученное ученым вещество не вступало во взаимодействие с металлами, поэтому Шееле сделал вывод о незначительной химической активности плавиковой кислоты.

В безводном виде она была получена только в начале девятнадцатого века, но никому не удавалось выделить из соединения чистый фтор. Валентность данного неметалла долгое время оставалась для химиков настоящей загадкой.

Только в 1886 году Муассану удалось путем электролиза водного раствора гидрофторида кальция выделить чистый фтор. Валентность неметалла он так и не определил, но за свое исследование был удостоен Нобелевской премии в области химии (1906 год).

Из-за токсических свойств, выявленных у данного химического элемента, его изучение было достаточно продолжительным. Только после Второй мировой войны фтор стали получать путем промышленной переработки фторидов.

Нахождение в природе

Молекула фтора не встречается в природе в чистом виде. Среди самых распространенных соединений фтора отметим плавиковый шпат.

Именно флюорит на протяжении нескольких столетий применяли в качестве очищающего компонента в металлургическом производстве.

Формула фтора была определена значительно позже, причиной стала его незначительная распространенность в земной коре (не больше 0,065 процента). В качестве основных соединений можно рассмотреть топаз, криолит, а также лепидолит.

Особенности свойств

Данный неметалл при обычных условиях является бледно-желтым газом, имеющим раздражающий запах. Вдыхание фтора опасно для человека, поэтому так долго не было достоверной информации о физических характеристиках этого галогена.

В ходе исследований был выявлен один стабильный изотоп этого элемента, имеющий вид – фтор-19. Специфическое строение атома фтора объясняет его способность размещать вокруг атома устойчивые комплексы.

Например, выявлены гексафторсиликаты и гексафтоалюминаты, причем фтор проявляет свои сильные окислительные свойства.

Ни у какого другого неметалла, располагающегося в таблице Менделеева, нет такой способности к образованию анионов. Именно по этой причине фтор не встречается в природе в чистом виде. Только в конце двадцатого века американскому химику Карлу Крайсту удалось осуществить получение фтора. Для этого он провел электролиз раствора пентафторида сурьмы.

Химические свойства фтора основываются на его способности к присоединению электрона от других элементов. Имея на внешнем уровне семь валентных электронов, он проявляет степень окисления -1.

Основные химические свойства фтора можно объяснить особенностями строения его атома. У данного элемента нет свободной d-орбитали, как у хлора, поэтому для него не характерны положительные значения степеней окисления.

Благодаря высокой окислительной способности данного элемента, он образует соединения, нехарактерные для иных галогенидов: трифторид кобальта, дифторид серебра, гептафторид рения, гептафторид йода.

Типичные соединения

Основная масса фтора находится в виде различных соединений, имеющих практическое значение. Например, фторуглеродные масла считают оптимальными смазочными материалами.

Фтор легко вступает во взаимодействие с деревом, резиной, тканями, что нашло применение во фторировании органических веществ.

При этом важно соблюдать предосторожность, чтобы не ощутить на себе токсического действия данного элемента.

Производство

Получение фтора основывается на переработке плавикового шпата. Изготовление фтороводорода сопровождается перегонкой порошкообразного флюорита с концентрированной серной кислотой.

Данный процесс осуществляется в чугунном или свинцовом аппарате. После перегонки образуется сульфат кальция, не способный растворяться во фтороводороде.

В качестве основных примесей, содержащихся в данном соединении, отметим серную, сернистую и кремнефтористоводородную кислоту. Они образуются из-за наличия кремнезема в плавиковом шпате. Для удаления из реакционной смеси следов влаги, проводят электролиз на платиновых электродах. Готовая формула фтора хранится над сильной кислотой Льюиса, способной образовывать соли.

Востребованность HF

Фтористый водород востребован в производстве разных органических и неорганических соединений фтора. К примеру, с его помощью образуется Na3AlF6, применяемый в качестве электролита в процессе выплавки алюминия. Плавиковая кислота, являющаяся раствором HF, в больших количествах нужна для очистки металлов и полировки. Она придает стеклу матовый цвет, необходима для травления.

Чистый фтор можно размещать в стальных баллонах под давлением только в том случае, если на клапанах нет органических веществ.

Фториды

Рассматриваемый химический элемент применяют при производстве разных фторидов, например, трифторида кобальта, гексафторида серы. Именно эти соединения являются востребованными фторирующими агентами органических веществ. Гексафторид серы нашел применение в качестве газообразного диэлектрика.

Элементарный фтор в смеси с азотом способен реагировать с углеводородами. В качестве продукта реакции образуется определенный фтороуглерод, где водород в полной мере или частично замещен галогеном. Образующиеся соединения отличаются высокой стабильностью, отличным электрическим сопротивлением, а также химической инертностью.

Особенности фторирования

Осуществить это процесс можно с помощью обработки органического соединения трифторидом кобальта, а также путем электролиза его водного раствора. Тефлон, хорошо знакомый российским хозяйкам, известен в химии в качестве политетрафторэтилена, получаемого при галогенировании непредельных углеводородов.

В кондиционерах и холодильниках используют специальный хладагент (дихлордифтометан). В связи с тем, что подобные реагенты оказывали негативное воздействие на атмосферу, способствовали истощению озонового слоя, постепенно их производство было ограничено. В настоящее время их заменили хладагенты, которые в своем составе имеют гидрофторуглероды.

Заключение

Фтор проявляет самые сильные окислительные свойства из всех представителей подгруппы галогенов. Он имеет небольшой радиус атома, а значит, ему гораздо проще принимать один электрон, поэтому фтор используют для получения фторидов.

Например, гексафторид урана применяют при газовом диффузионном процессе выделения урана-235 из 238, что характерно для производства ядерного топлива.

Трифторид бора и фтороводород производят в больших объемах, поскольку эти компоненты являются отличными катализаторами для алкилирования, они востребованы в производстве органических соединений.

Например, при добавлении в питьевую воду фторида натрия, можно снизить заболеваемость кариесом.

В настоящее время особое значение получило применение фтора в сельскохозяйственной и фармацевтической промышленности. Например, при количественном осаждении фторида кальция, его последующей обработке уксусной кислотой можно вычислить содержание данного элемента и использовать полученные результаты для количественного анализа.

Благодаря современным методам качественного и количественного анализа, широко применяемым в аналитической химии, стало возможным использование разнообразных соединений фтора. Именно этот представитель подгруппы галогенов является одним из самых востребованных элементов в органической и в неорганической химии.

Источник: https://www.syl.ru/article/306228/ftor-valentnost-himicheskie-svoystva-harakteristiki