Лабораторный практикум по химии (стр. 9 )

В отчете описать опыт, привести результаты расчетов, объяснить причины потерь дихромата калия в процессе перекристаллизации. В выводе сформулировать сущность, область применения, достоинства и недостатки метода перекристаллизации.

Контрольные вопросы и задания

1. Расположите маркировку химических реактивов по повышению степени чистоты: «осч», «хч», «ч», «чда».

2. На различии каких свойств (химических или физических) основаны методы очистки веществ: декантация, фильтрование, возгонка?

3. Как можно ускорить очистку веществ методами декантации и фильтрования?

4. В какой части очищаемого образца скапливаются примеси при применении метода «зонной плавки»?

5. Что происходит с примесями цинка и серебра при электрохимическом рафинировании меди, если стандартные электродные потенциалы цинка, серебра и меди равны , соответственно?

6. Как называется метод получения циркония высокой чистоты, в котором использоваться обратимая реакция

которая при протекает в прямом, а при – в обратном направлении?

7. Как можно очистить углекислый газ от примесей паров воды и сернистого газа ?

Лабораторная работа № 6.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ МЕТАЛЛА

Твёрдые вещества имеют, как правило, кристаллическое строение. Оно характеризуется определенной ориентацией частиц (атомов, ионов, молекул) относительно друг друга. По природе входящих в состав кристалла частиц и по типу химической связи между ними кристаллы подразделяются на металлические, атомные, ионные и молекулярные.

Металлические кристаллы отличаются от других кристаллов внешним видом (металлический блеск), высокой электро - и теплопроводностью, ковкостью и пластичностью. Кристаллы металлов построены из одинаковых атомов, поэтому они представляют собой плотнейшие упаковки атомов. С другой стороны, такие свойства металлов, как пластичность и ковкость, указывают на отсутствие жесткости в металлических кристаллах: их плоскости довольно легко сдвигаются одна относительно другой.

Высокие значения электро - и теплопроводности указывают на высокую подвижность электронов в пространственной структуре. С точки зрения строения атома металлические свойства проявляют элементы, имеющие небольшое число валентных электронов и большое число незаполненных электронами орбиталей. Учитывая это обстоятельство, атомы металлов при кристаллизации будут упаковываться с максимально возможной плотностью, чтобы их незаполненные орбитали оказались как можно более полно заселены небольшим числом имеющихся валентных электронов соседних атомов. Таким образом, валентные электроны участвуют в образовании связи сразу с восьмью или двенадцатью атомами. В этих условиях валентный электрон с небольшой энергией ионизации свободно перемещается по валентным орбиталям всех соседних атомов, обеспечивая связь между ними. Такая нелокализованная химическая связь в металлических кристаллах называется металлической связью.

В металлическом кристалле атомы связаны друг с другом тем прочнее, чем больше электронов участвует в образовании связей. Поэтому среди металлов имеются легкоплавкие и легколетучие, атомы которых имеют 1–2 валентных электрона. В то же время переходные металлы центральной части периодической системы (IV–VIII группы), имеющие 4–8 валентных электронов, образуют очень прочные кристаллические решетки и относятся к числу наиболее тугоплавких и труднолетучих веществ.

Для описания металлической связи раньше использовали теорию «электронного газа». Согласно этой теории, в узлах кристаллической решетки металла находятся катионы металла, а нелокализованные валентные электроны («электронный газ») обеспечивают устойчивость кристалла за счет сил притяжения между положительными ионами металла и «электронным газом». В настоящее время строение металлических кристаллов описывается зонной теорией, которая рассматривается при изучении темы «Химическая связь».

Атомные и ионные радиусы. Условно принимая, что атомы и ионы имеют форму шара, можно считать, что межъядерное расстояние равно сумме радиусов двух соседних частиц. Очевидно, что если обе частицы одинаковы, радиус каждой равен . Например, межъядерное расстояние в металлическом натрии равно 0,320 нм. Отсюда металлический атомный радиус натрия равен 0,160 нм. Межъядерное расстояние в молекуле (такие молекулы образуются в парах натрия) составляет 0,308 нм, т. е. ковалентный радиус атома натрия равен 0,154 нм. Таким образом, атомный радиус одного и того же элемента зависит от типа химической связи его атомов в исследуемом веществе.

Эффективные радиусы атомов и ионов в соединениях определяют по разности межъядерного расстояния и известного эффективного радиуса одной из частиц. Например, радиус аниона фтора составляет 0,133 нм, а рентгеноструктурным анализом кристалла установлено, что межъядерное расстояние в нём . Следовательно, радиус иона равен 0,098 нм. Эффективные радиусы атомов и ионов зависят также от характерного для данной структуры координационного числа (к. ч.). Так, если при к. ч., равном 8, металлический радиус атома натрия равен 0,160 нм, то при к. ч. 12 он составляет 0,189 нм. Значения металлических радиусов (табл. 7) обычно приводят для значений к. ч. = 12 или 8, а ионных – для значений к. ч. = 6.

Таблица 6

Плотность и металлический радиус некоторых металлов

Металл	Тип кристаллической решетки (к. ч.)	Плотность,	Металлический радиус, нм
	Кубическая гранецентрированная (12)	19,30	0,146
	Кубическая гранецентрированная (12)	10,50	0,144
	Кубическая гранецентрированная (12)	8,92	0,128
	Гексагональная (12)	7,14	0,138
	Кубическая гранецентрированная (12)	2,70	0,143
	Гексагональная (12)	1,74	0,160
	Кубическая (8)	0,97	0,190

Плотность металлов. Плотностью называется масса вещества, заключенного в единице объема. Обозначается плотность символом . Формула для расчета: , где – масса вещества; – объем. Единицы измерения плотности: .

Плотность металлов определяют пикнометрическим методом.

Пикнометром называется стеклянный сосуд с притертой пробкой объемом 10 мл, 25 мл, 50 мл и др. В пикнометр помещают исследуемое вещество в небольшом количестве и заливают до метки пикнометрической жидкостью. В зависимости от вида исследуемого материала (плотный или пористый) используют различные пикнометрические жидкости: воду, керосин, бензол, спирт и др. При определении плотности металлов обычно используют дистиллированную воду.

По экспериментальному значению плотности можно вычислить атомный радиус металла.

Пример расчета. Вычислить атомный радиус меди, экспериментальное значение плотности которой равно .

Атомная масса меди равна , следовательно, один моль меди, содержащий атомов, занимает объем

Поскольку в металлах осуществляется плотнейшая упаковка атомов, то объем одного атома меди равен

Атомы принято считать шарообразной формы, следовательно, ориентировочное значение радиуса можно вычислить из соотношения: