Комплексные соединения: Решение задачи для школьника

Вот ответы на вопросы 14 и 15, оформленные так, чтобы их было удобно переписать в тетрадь школьнику. 14. Комплексные соединения. Комплексные (или координационные) соединения – это особый класс химических соединений, в которых центральный атом (обычно ион металла) связан с несколькими молекулами или ионами (лигандами) с помощью донорно-акцепторных связей. Строение комплексных соединений: * Центральный атом (комплексообразователь): Обычно это ион металла (чаще всего переходного), который имеет свободные орбитали для образования связей. Он является акцептором электронных пар. * Лиганды: Молекулы или ионы, которые имеют неподеленные электронные пары и могут их предоставлять центральному атому. Лиганды могут быть нейтральными (например, \( \text{H}_2\text{O} \), \( \text{NH}_3 \), \( \text{CO} \)) или заряженными (например, \( \text{Cl}^- \), \( \text{CN}^- \), \( \text{OH}^- \)). * Внутренняя сфера: Центральный атом и непосредственно связанные с ним лиганды образуют комплексный ион (или комплексную частицу). Он записывается в квадратных скобках. * Внешняя сфера: Ионы, которые компенсируют заряд комплексного иона и находятся за пределами внутренней сферы. Они записываются вне квадратных скобок. * Координационное число: Число лигандов, непосредственно связанных с центральным атомом. Примеры комплексных соединений: * \( [\text{Cu}(\text{NH}_3)_4]\text{SO}_4 \) – тетраамминмедь(II) сульфат. * Центральный атом: \( \text{Cu}^{2+} \) * Лиганды: \( \text{NH}_3 \) (аммиак) * Координационное число: 4 * Внутренняя сфера: \( [\text{Cu}(\text{NH}_3)_4]^{2+} \) * Внешняя сфера: \( \text{SO}_4^{2-} \) * \( \text{K}_4[\text{Fe}(\text{CN})_6] \) – гексацианоферрат(II) калия (желтая кровяная соль). * Центральный атом: \( \text{Fe}^{2+} \) * Лиганды: \( \text{CN}^- \) (цианид-ион) * Координационное число: 6 * Внутренняя сфера: \( [\text{Fe}(\text{CN})_6]^{4-} \) * Внешняя сфера: \( \text{K}^+ \) Номенклатура комплексных соединений: Название комплексного соединения строится по определенным правилам, учитывающим название лигандов, их количество, название центрального атома и его степень окисления. Значение комплексных соединений: * Биологическая роль: Многие биологически важные вещества являются комплексными соединениями (например, гемоглобин, хлорофилл, витамин \( \text{B}_{12} \)). * Аналитическая химия: Используются для обнаружения и определения различных ионов. * Промышленность: Применяются в металлургии, гальванотехнике, катализе. * Медицина: Некоторые комплексные соединения используются как лекарственные препараты. 15. Химические свойства элементарных и сложных полупроводников. Полупроводники – это вещества, которые по своей электропроводности занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Их электропроводность сильно зависит от температуры, освещения и наличия примесей. Элементарные полупроводники: Это полупроводники, состоящие из атомов одного химического элемента. Наиболее известные – кремний (Si) и германий (Ge). Они находятся в IV группе Периодической системы. Химические свойства элементарных полупроводников (на примере кремния): * Взаимодействие с кислородом: При нагревании кремний реагирует с кислородом, образуя оксид кремния(IV). \( \text{Si} + \text{O}_2 \xrightarrow{t} \text{SiO}_2 \) * Взаимодействие с галогенами: Кремний активно реагирует с галогенами, образуя галогениды. \( \text{Si} + 2\text{Cl}_2 \xrightarrow{t} \text{SiCl}_4 \) * Взаимодействие с щелочами: Кремний реагирует с горячими концентрированными растворами щелочей с выделением водорода. \( \text{Si} + 2\text{NaOH} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Na}_2\text{SiO}_3 + 2\text{H}_2 \) * Взаимодействие с кислотами: Кремний не реагирует с большинством кислот, кроме смеси азотной и плавиковой кислот. \( 3\text{Si} + 4\text{HNO}_3 + 18\text{HF} \rightarrow 3\text{H}_2[\text{SiF}_6] + 4\text{NO} + 8\text{H}_2\text{O} \) * Взаимодействие с металлами: При высоких температурах образует силициды. \( 2\text{Mg} + \text{Si} \xrightarrow{t} \text{Mg}_2\text{Si} \) Сложные полупроводники: Это полупроводники, состоящие из атомов двух или более химических элементов. Они делятся на несколько групп: * Соединения \( \text{A}^{\text{III}}\text{B}^{\text{V}} \) (например, арсенид галлия GaAs, фосфид индия InP). * Соединения \( \text{A}^{\text{II}}\text{B}^{\text{VI}} \) (например, сульфид кадмия CdS, селенид цинка ZnSe). * Соединения \( \text{A}^{\text{IV}}\text{B}^{\text{VI}} \) (например, сульфид свинца PbS). Химические свойства сложных полупроводников (на примере арсенида галлия GaAs): * Термическая устойчивость: Многие сложные полупроводники термически устойчивы, но при высоких температурах могут разлагаться на составляющие элементы. Например, GaAs начинает разлагаться при температуре выше 600°C с выделением мышьяка. * Взаимодействие с кислородом: При нагревании на воздухе окисляются. \( 4\text{GaAs} + 5\text{O}_2 \xrightarrow{t} 2\text{Ga}_2\text{O}_3 + 2\text{As}_2\text{O}_3 \) * Взаимодействие с кислотами: * С неокисляющими кислотами (например, HCl) обычно не реагируют или реагируют очень медленно. * С окисляющими кислотами (например, HNO₃) или их смесями (например, "царская водка") могут растворяться. \( \text{GaAs} + 6\text{HNO}_3 \rightarrow \text{Ga}(\text{NO}_3)_3 + \text{H}_3\text{AsO}_4 + 3\text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O} \) * Взаимодействие со щелочами: Обычно устойчивы к действию щелочей. * Взаимодействие с галогенами: Реагируют с галогенами, образуя соответствующие галогениды. \( 2\text{GaAs} + 3\text{Cl}_2 \xrightarrow{t} 2\text{GaCl}_3 + 2\text{As} \) Применение полупроводников: Полупроводники являются основой современной электроники: транзисторы, диоды, интегральные схемы, солнечные батареи, светодиоды и лазеры. Их химические свойства важны для получения чистых материалов и создания различных устройств.