Kimyo · Elementlar kimyosi · 1-kurs

s- va p-elementlar qonuniyatlari

Nega seziy suvda portlaydi, litiy sekin vishillaydi, ftor esa eng kuchli oksidlovchi?

Vaziyat

Qo‘ng‘irotda osh tuzidan soda, Dehqonobodda kaliy tuzlaridan o‘g‘it, Muborakda nordon gazdan sariq oltingugurt, Navoiyda havodagi azotdan nitrat kislota olinadi. Bu elementlarning hammasi davriy jadvalning chap (s) va o‘ng (p) qanotida turadi. Nega bir guruhdagi elementlar o‘xshash bo‘lsa-da, pastga tushgan sari xossalari keskin o‘zgaradi: seziy suvda portlaydi, litiy sekin vishillaydi, ftor hatto suvni oksidlaydi, yod esa ancha kuchsiz oksidlovchi? Qonuniyatni bilgan kimyogar hali ko‘rmagan birikmaning xossasini oldindan ayta oladimi?

Mavzu

s- va p-elementlar: guruhlar bo‘ylab qonuniyatlar. O‘zbekiston xaritasi ustida davriy jadvalning chap va o‘ng qanoti: Qo‘ng‘irot soda zavodi (Na), Dehqonobod kaliy zavodi (K), Qizilqum fosforit kombinati (P), Muborak…

Asosiy tushunchalar

Guruh bo‘ylab qonuniyatlar
Diagonal o‘xshashlik
Inert juft effekti

Formulalar

I_{1} : Li 520 > Na 496 > K 419 > Rb 403 > Cs 376 kJ/mol

Guruhda pastga ionlanish energiyasi kamayadi — metallik va faollik ortadi.

2 M + 2 H_{2} O \overset{}{\to} 2 MOH + H_{2} ↑

Ishqoriy metallar (M = Li … Cs) suv bilan: ishqor va vodorod.

Cl_{2} + 2 KBr \overset{}{\to} 2 KCl + Br_{2}

Galogenlarning siqib chiqarish qatori: F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂.

E_{i \to j}^{\circ} = \frac{\sum n_{k} E_{k}^{\circ}}{\sum n_{k}}

Latimer diagrammasida qo‘shni bo‘lmagan zarrachalar orasidagi potensial ( $n_{k}$ — har bosqichdagi elektronlar).

PbO_{2} + 4 HCl \overset{}{\to} PbCl_{2} + Cl_{2} ↑ + 2 H_{2} O

Inert juft effekti: Pb(IV) → Pb(II) — qo‘rg‘oshin(IV) oksidi xloridni xlorgacha oksidlaydi.

Nazariya

Tarqalganlik, geokimyo va oddiy moddalar

Koinotda massa bo‘yicha vodorod (≈ 74 %) va geliy (≈ 24 %) ustun: ular Katta portlashda hosil bo‘lgan, og‘irroq yadrolar (temirgacha) yulduzlarda termoyadro reaksiyalarida sintezlangan; juft $Z$ li elementlar qo‘shnilaridan ko‘proq (Oddo–Garkins qoidasi) — bu kosmokimyo. Yer qobig‘ida (massa %): O 46,1 · Si 28,2 · Al 8,2 · Fe 5,6 · Ca 4,2 · Na 2,4 · Mg 2,3 · K 2,1 — sakkiz element 99 % ni tashkil qiladi, asosan silikatlar va alyumosilikatlar shaklida. Geokimyo elementlarni yo‘ldoshlari bo‘yicha guruhlaydi: litofil (silikatlarda: Na, K, Mg, Al, Si), xalkofil (sulfidlarda: Cu, Zn, Pb, Ag), siderofil (temir bilan: Ni, Co, Au, Pt), atmofil (N₂, nodir gazlar). O‘zbekistonda: Qizilqum fosforitlari, Dehqonobod kaliy tuzlari (silvinit), Qo‘ng‘irot osh tuzi, Muborak nordon gazi (H₂S → oltingugurt) — «Foydali qazilmalar». Oddiy moddalar tuzilishi: s-metallar — metall panjara; N₂, O₂, galogenlar, nodir gazlar — molekulyar; B, C (olmos), Si — atom (kovalent) panjara; allotropiya: O₂/O₃, oq va qizil fosfor, rombik va monoklin oltingugurt, olmos va grafit. O‘zgaruvchan tarkibli birikmalar (bertollidlar) karrali nisbatlar qonuniga bo‘ysunmaydi: vyustit $F e_{1 - x} O$ (x ≈ 0,05–0,15), ko‘pgina oksid va sulfidlar; doimiy tarkibli molekulyar moddalar — daltonidlar.

Ichki va ikkilamchi davriylik, oksidlanish darajalari

Davr bo‘ylab yadro zaryadi ortadi: radius kichrayadi, ionlanish energiyasi va elektromanfiylik ortadi; guruhda pastga — aksincha. Davr ichida «sakrashlar» bor (ichki davriylik): N ( $2 p^{3}$ , yarim to‘lgan) ning $I_{1}$ i O nikidan katta, Be ning $I_{1}$ i B nikidan katta. Ikkilamchi davriylik: guruh bo‘ylab xossalar tekis emas, «arra» bo‘lib o‘zgaradi — 3d qavat to‘lgandan keyingi Ga, Ge, As, Se, Br yomon ekranlangan yadroni «sezadi»: Ga ning kovalent radiusi Al nikiga deyarli teng (122 va 121 pm), $I_{1}$ i hatto biroz katta (579 va 578 kJ/mol), As(V), Se(VI), Br(VII) birikmalari P, S, Cl nikidan beqarorroq (HBrO₄ faqat 1968-yilda olingan). Kaynosimmetriya: 2p elementlar (B…F) birinchi marta p-orbital to‘ldiradi, d-orbitali yo‘q va kichik — kuchli π-bog‘lar (N≡N, C=O) hosil qiladi, koordinatsion soni ko‘pi bilan 4 (BF₄⁻, CF₄, NO₃⁻); 3-davrda esa 6 gacha (AlF₆³⁻, SiF₆²⁻, PCl₆⁻, SF₆) — shuning uchun N₂ gaz, fosfor esa P₄; CO₂ gaz, SiO₂ esa kvars. Oksidlanish darajasi: eng yuqorisi — guruh raqami (13–18-guruhda raqam − 10), eng pasti — guruh − 18; og‘ir elementlarda barqaror holat 2 ga kamayadi — inert juft (6p: relyativistik siqilgan $6 s^{2}$ ). Davriy jadvalning o‘zi — «Elementlar va davriy jadval» tajribasida.

s-elementlar: 1- va 2-guruhlar

Ishqoriy metallar ( $n s^{1}$ ) eng faol metallar: $I_{1}$ Li 520 → Cs 376 kJ/mol kamayadi, faollik ortadi — K suvda alangalanadi, Rb va Cs portlaydi. Lekin $E^{\circ} (Li^{+} / Li)$ = −3,04 V — Cs dan ham manfiy: kichik Li⁺ ionining gidratlanish energiyasi juda katta. Termodinamik «kuch» (E°) bilan reaksiya tezligi (kinetika: suyuqlanish harorati, ionlanish energiyasi) har xil narsa. Gidroksidlar asosligi LiOH < NaOH < KOH < RbOH < CsOH tomon ortadi. Litiy Mg ga o‘xshaydi (diagonal): Li₂CO₃, LiF, Li₃PO₄ kam eriydi, havoda nitrid Li₃N hosil qiladi. 2-guruh ( $n s^{2}$ ): Be(OH)₂ amfoter (Al(OH)₃ kabi — diagonal o‘xshashlik), Mg(OH)₂ — kuchsiz asos, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂ — ishqorlar; eruvchanlik va asoslik pastga ortadi, sulfatlarniki esa kamayadi (MgSO₄ yaxshi eriydi, BaSO₄ deyarli erimaydi). Suv qattiqligi — Ca²⁺ va Mg²⁺: vaqtinchalik (gidrokarbonatlar, qaynatilsa CaCO₃ cho‘kadi) va doimiy (sulfat, xloridlar; soda yoki ion almashinish bilan yumshatiladi). Vodorod (L10): olinishi $Zn + 2 HCl \overset{}{\to} ZnCl_{2} + H_{2} ↑$ ; H₂O₂ — ham oksidlovchi, ham qaytaruvchi. Batafsil maktab darajasi — «Ishqoriy metallar va soda», «Suvni tozalash va yumshatish», «Vodorod — eng yengil gaz».

Galogenlar va xalkogenlar (17- va 16-guruhlar)

Galogenvodorodlar: H–X bog‘i pastga kuchsizlanadi (565 → 299 kJ/mol), kislota kuchi va qaytaruvchilik ortadi: HF — kuchsiz kislota (p $K_{a}$ 3,2), vodorod bog‘lari hisobiga 19,5 °C da qaynaydi va shishani yemiradi; HI — eng kuchli. Galogenlar oksidlovchiligi F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂ — siqib chiqarish qatori. Oksidlar: OF₂, Cl₂O, ClO₂, Cl₂O₇, I₂O₅. Kislorodli kislotalar HClO → HClO₂ → HClO₃ → HClO₄: kuch va barqarorlik ortadi, amaliy oksidlovchilik kamayadi; tuzlari — gipoxloritlar (oqartiruvchi), xloratlar (bertole tuzi KClO₃), perxloratlar. Latimer diagrammasi (doskada) disproporsiyalanishni ko‘rsatadi: ishqorda $Cl_{2} + 2 NaOH \overset{}{\to} NaCl + NaClO + H_{2} O$ . Galogenlararo birikmalar: ClF, ClF₃, BrF₅, IF₇, ICl — VSEPR bo‘yicha T-shakl, kvadrat piramida, pentagonal bipiramida. 16-guruh: H₂E gidridlarda kislotalik H₂O < H₂S < H₂Se < H₂Te ortadi, burchak 104,5° dan 90° ga yaqinlashadi, barqarorlik kamayadi; H₂O ning qaynash harorati anomal (vodorod bog‘lari). H₂SO₃ (qaytaruvchi) → H₂SeO₃ (SO₂ ni oksidlab, selen ajratadi) → H₂TeO₃; H₂SO₄ → H₂SeO₄ (eng kuchli oksidlovchi, qizdirilganda oltinni eritadi) → H₆TeO₆ (kuchsiz kislota). Maktab darajasi — «Metallmaslar va galogenlar», «Xlor va xlorid kislota», «Kislorod guruhi va oltingugurt», «Sulfat kislota va kontakt usuli», «Kislorod va ozon».

15- va 14-guruhlar

Azot: gidridlari NH₃, N₂H₄ (gidrazin), HN₃ (azid kislota); oksidlari N₂O (+1), NO (+2), N₂O₃ (+3), NO₂/N₂O₄ (+4), N₂O₅ (+5); HNO₂ — kuchsiz, ham oksidlovchi, ham qaytaruvchi. Nitrat kislotada oksidlovchi — NO₃⁻ (N⁺⁵), shuning uchun metallar bilan H₂ deyarli chiqmaydi: kislota qancha suyultirilgan va metall qancha faol bo‘lsa, azot shuncha chuqur qaytariladi (NO₂ → NO → N₂O → N₂ → NH₄⁺); konsentrlangan HNO₃ Fe, Al, Cr ni passivlaydi. Fosfor: oq (P₄, zaharli, o‘z-o‘zidan yonadi) va qizil; kislorodli kislotalari H₃PO₄ (uch negizli), H₄P₂O₇, (HPO₃)ₙ, H₃PO₃ (ikki negizli), H₃PO₂ (bir negizli) — negizlik P–OH soniga teng. As, Sb, Bi: pastga metallik ortadi, oksidlar kislotali → amfoter → asosli, EH₃ barqarorligi kamayadi, Bi uchun +3 barqaror. 14-guruh: CO (zaharli), CO₂, karbonatlar, karbidlar; SiO₂ — atom panjarali, silikatlar, silikat kislota (karbonat kislotadan kuchsiz); Ge, Sn, Pb — amfoter oksid va gidroksidlar, Sn(II) qaytaruvchi, Pb(IV) oksidlovchi. EH₄ gidridlar: CH₄ barqaror, SiH₄ havoda o‘z-o‘zidan yonadi, GeH₄, SnH₄ beqaror, PbH₄ deyarli olinmagan. Maktab darajasi — «Azot, ammiak va nitrat kislota», «Fosfor va mineral o‘g‘itlar», «Uglerod va uning birikmalari», «Kremniy va silikatlar».

13- va 18-guruhlar, xavfsizlik va model

Bor — metallmas: B₂O₃ va H₃BO₃ kislotali; borat kislota proton bermaydi, OH⁻ ni biriktiradi (Lyuis kislotasi, p $K_{a}$ 9,24); boratlar: ortoborat BO₃³⁻, metaborat (BO₂⁻)ₙ, poliboratlar (boraks Na₂B₄O₇·10H₂O); boranlar (B₂H₆) — elektron yetishmaydigan uch markazli bog‘lar. Al → Tl: E(OH)₃ ning asosligi ortadi — Al(OH)₃, Ga(OH)₃ amfoter, In(OH)₃ asos, Tl(I) barqaror (TlOH — kuchli asos). Nodir gazlar: $n s^{2} n p^{6}$ to‘lgan qavat, eng katta $I_{1}$ , elektronga moyillik yo‘q — shuning uchun inert; Xe ning $I_{1}$ (1170 kJ/mol) O₂ molekulasinikiga yaqin — N. Bartlett 1962-yilda Xe⁺[PtF₆]⁻ ni oldi; XeF₂ (chiziqli), XeF₄ (yassi kvadrat), XeF₆, XeO₃. Xavfsizlik: ishqoriy metallar faqat kerosin ostidan pinset bilan, kichik bo‘lak, himoya ekrani ortida; Be, Tl, As, Sb, Pb, Hg birikmalari zaharli — o‘quv laboratoriyasida faqat o‘qituvchi nazoratida yoki umuman ishlatilmaydi; xlor, brom, H₂S, SO₂, NO₂ bilan — tortish shkafida; konsentrlangan kislotalar bilan ko‘zoynak va qo‘lqop; kislotani suvga quying, aksincha emas; probirkani o‘zingizga va boshqalarga qaratmang. Model: elementlar xossalari — ma’lumotnoma qiymatlari (NIST, CRC, Poling); probirkalardagi kuzatuvlar — ideallashtirilgan, ko‘rsatilgan mahsulot — ustun mahsulot; nitrat kislota sxemasi soddalashtirilgan; Be(OH)₂ tajribasi — model; xarita — sxematik, korxonalar o‘rni taxminiy.

Bilasizmi?

Nil Bartlett 1962-yilda birinchi nodir gaz birikmasini — ksenon geksaftorplatinatni oldi: u kislorod molekulasi PtF₆ bilan birikishini ko‘rib, ksenonning ionlanish energiyasi O₂ nikiga juda yaqin ekanini payqagan.
Yer qobig‘i massasining qariyb yarmi kislorod (≈ 46 %) va chorak qismidan ko‘prog‘i kremniy (≈ 28 %): ular birgalikda kvars va silikatlar — tog‘ jinslarining asosini tashkil qiladi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Ishqoriy metallar va soda — 9-sinf
Alyuminiy va uning birikmalari — 9-sinf
Mis, kumush, oltin va rux — 9-sinf
Xrom va marganets: rangli ionlar — 9-sinf
Temir va uning birikmalari — 9-sinf
d- va f-elementlar: rang, redoks — 1-kurs
Kompleks birikmalar va ligandlar — 1-kurs
Kimyo zavodi: reaktor va sexlar — 4-kurs