Таблиця окиснення хімічних елементів

Ступінь окислення – умовна величина, що використовується для запису окислювально-відновних реакцій.

Значення

Ступінь окислення основних хімічних елементів заснована на їхній електронегативності.

Ступінь окиснення вважається позитивною, якщо електрони зміщуються від атома, тобто елемент віддає електрони в з'єднанні і є відновником таких елементів, їх ступінь окислення завжди позитивна.

При зміщенні електрона до атома значення вважається негативним, а елемент – окислювачем. Атом приймає електрони до завершення зовнішнього енергетичного рівня.

Прості речовини, які не вступають у реакцію, завжди мають нульовий ступінь окиснення.

1. Таблиця ступенів окислення.

У поєднанні позитивний ступінь окислення має атом неметалу з меншою електронегативністю.

Визначення

Визначити максимальну та мінімальну ступінь окислення (скільки електронів може віддавати і приймати атом) можна за періодичною таблицею Менделєєва.

Максимальний рівень дорівнює номеру групи, в якій знаходиться елемент, або кількості валентних електронів.

Вуглець знаходиться в четвертій групі, отже, його найвищий ступінь окислення +4, а нижчий – 4. Максимальний ступінь окислення сірки +6, мінімальний – -2. Його ступінь окислення завжди дорівнює -1.

Слід пам'ятати, що до лужних і лужноземельних металів І і ІІ груп відповідно, це правило не застосовується. Ці метали мають постійний позитивний ступінь окислення - літій Li +1, натрій Na+1, калій K+1, берилій Be+2, магній Mg+2, кальцій Ca+2, стронцій Sr+2, барій Ba+2. Інші метали можуть виявляти різний ступінь окислення. Винятком є ​​алюміній. Незважаючи на перебування у III групі, його ступінь окислення завжди +3.

Мал. 3. Лужні та лужноземельні метали.

З VIII групи вищий ступінь окислення +8 можуть виявляти лише рутеній та осмій. Які перебувають у I групі золото і мідь виявляють ступінь окислення +3 і +2 відповідно.

Запис

Щоб правильно записувати ступінь окислення, слід пам'ятати про кілька правил:

• інертні гази не вступають у реакції, тому їх ступінь окислення завжди дорівнює нулю;
• у сполуках змінний ступінь окиснення залежить від змінної валентності та взаємодії з іншими елементами;
• водень у з'єднаннях з металами виявляє негативний ступінь окислення - Ca +2 H₂ −1, Na +1 H −1;
• кисень завжди має ступінь окислення -2, крім фториду кисню та пероксиду – O +2 F₂ −1 , H₂ +1 O₂ −1 .

Що ми дізналися?

Ступінь окислення – умовна величина, що показує, скільки електронів прийняв чи віддав атом елемента у соединении. Розмір залежить від кількості валентних електронів. Метали у з'єднаннях мають позитивний ступінь окислення, тобто. є відновниками. Для лужних та лужноземельних металів ступінь окислення завжди однаковий. Неметали, крім фтору, можуть приймати позитивний та негативний ступінь окислення.

БАРІЙ

БАРІЙ - Хімічний елемент 2-ї групи періодичної системи, атомний номер 56, відносна атомна маса 137,33.Розташований у шостому періоді між цезієм та лантаном. Природний барій складається із семи стабільних ізотопів з масовими числами 130(0,101%), 132(0,097%), 134(2,42%), 135(6,59%), 136(7,81%), 137(11, 32%) та 138 (71,66%). Барій у більшості хімічних сполук виявляє максимальний ступінь окислення +2, але може мати і нульовий. У природі барій зустрічається лише у двовалентному стані.

Історія відкриття.

У 1602 р. Касціароло (болонський шевець і алхімік) підібрав у навколишніх горах камінь, який настільки важкий, що Касціароло запідозрив у ньому золото. Намагаючись виділити золото з каменю, алхімік розжарив його з вугіллям. Хоча виділити золото при цьому не вдалося, досвід приніс явно обнадійливі результати: охолоджений продукт прожарювання світився в темряві червоним кольором. Звістка про таку незвичайну знахідку справила сенсацію в алхімічному середовищі і незвичайний мінерал, що отримав цілу низку назв – сонячний камінь (Lapis solaris), болонський камінь (Lapis Boloniensis), болонський фосфор (Phosphorum Boloniensis) став учасником різноманітних експериментів. Але час йшов, а золото і не думало виділятися, тому інтерес до нового мінералу поступово зник, і довгий час його вважали за видозмінену форму гіпсу або вапна. Лише через півтора століття, в 1774 відомі шведські хіміки Карл Шееле та Юхан Ган уважно вивчили «болонський камінь» і встановили, що в ньому міститься якась «важка земля». Пізніше, 1779 року, Гітон де Морво назвав цю «землю» барот (barote) від грецького слова «barue» – важкий, а надалі змінив назву на барит (baryte). Під цією назвою барієва земля фігурувала у підручниках хімії кінця 18 – початку 19 ст.Так, наприклад, у підручнику А.Л.Лавуазьє (1789) барит входить до списку солеутворюючих землістих простих тіл, причому наводиться й інша назва бариту - "важка земля" (terre pesante, лат. terra ponderosa). Невідомий, що міститься в мінералі, поки метал стали називати барієм (лат. – Barium). У російській літературі 19 в. також вживалися назви барит та барій. Наступним відомим мінералом барію став природний карбонат барію, відкритий у 1782 р. Вітерінгом і названий згодом на його честь вітритом. Металевий барій був вперше отриманий англійцем Гемфрі Деві в 1808 шляхом електролізу вологого гідроксиду барію з ртутним катодом і подальшим випаровуванням ртуті з амальгами барію. Слід зазначити, що в тому ж 1808 дещо раніше Деві амальгаму барію отримав шведський хімік Йєнс Берцеліус. Незважаючи на свою назву, барій виявився порівняно легким металом із щільністю 3,78 г/см 3 , тому в 1816 англійський хімік Кларк виступив із пропозицією відхилити назву «барій» на тій підставі, що якщо барієва земля (оксид барію) справді важча за інші землі (оксидів), то метал, навпаки, легший за інші метали. Кларк хотів назвати цей елемент плутонієм на честь давньоримського бога, володаря підземного царства Плутона, проте ця пропозиція не зустріла підтримки в інших вчених і легкий метал продовжував іменуватись «важкою».

Барій у природі.

У земній корі міститься 0,065% барію, він зустрічається у вигляді сульфату, карбонату, силікатів та алюмосилікатів. Основні мінерали барію - вже згадувані вище барит (сульфат барію), званий також важким або перським шпатом, і вітрит (карбонат барію). Світові мінерально-сировинні ресурси бариту оцінювалися у 1999 році у 2 млрд. дол.тонн, значна частина їх зосереджена у Китаї (близько 1 млрд. тонн) та у Казахстані (0,5 млрд. тонн). Великі запаси бариту є й у США, Індії, Туреччині, Марокко та Мексиці. Російські ресурси бариту оцінюються у 10 мільйонів тонн, його видобуток ведеться на трьох основних родовищах, розташованих у Хакасії, Кемеровській та Челябінській областях. Загальний річний видобуток бариту у світі становить близько 7 мільйонів тонн, Росія виробляє 5 тис. тонн та імпортує 25 тис. тонн. тонн бариту на рік.

Отримання.

Основною сировиною для отримання барію та його сполук є барит і, рідше, вітрить. Відновлюючи ці мінерали кам'яним вугіллям, коксом або природним газом, одержують відповідно сульфід та оксид барію:

Металевий барій одержують, відновлюючи його оксидом алюмінію.

Вперше цей процес здійснив російський фізико-хімік Н.Н.Бекетов. Ось як він описував свої досліди: «Я взяв безводний окис барію і, додавши до неї деяку кількість хлористого барію, як плавня, поклав цю суміш разом зі шматками глині ​​(алюмінію) у вуглецю тигель і розжарював його кілька годин. Після охолодження тигля знайшов у ньому металевий сплав зовсім іншого виду і фізичних властивостей, ніж глиній. Цей сплав має великокристалічну будову, дуже крихкий, свіжий злам має слабкий жовтуватий відблиск; аналіз показав, що він складається на 100 год з 33,3 барію та 66,7 глію або, інакше, на одну частину барію містив дві частини глію. ». Зараз процес відновлення алюмінієм проводять у вакуумі при температурах від 1100 до 1250° C, при цьому барій, що утворюється, випаровується і конденсується на більш холодних частинах реактора.

Крім того, барій можна отримати електролізом розплавленої суміші хлоридів барію та кальцію.

Проста речовина.

Барій – сріблясто-білий ковкий метал, що при різкому ударі розколюється. Температура плавлення 727°, температура кипіння 1637°, щільність 3,780 г/см 3 . При звичайному тиску існує у двох алотропних модифікаціях: до 375° C стійкий a-Ba з кубічними об'ємно-центрованими гратами, вище 375° С стійкий b-Ba. За підвищеного тиску утворюється гексагональна модифікація. Металевий барій має високу хімічну активність, він інтенсивно окислюється на повітрі, утворюючи плівку, що містить BaO, BaO₂ та Ba₃N₂, при незначному нагріванні або при ударі спалахує.

тому барій зберігають під шаром гасу або парафіну. Барій енергійно реагує з водою та розчинами кислот, утворюючи гідроксид барію або відповідні солі:

З галогенами барій утворює галогеніди, з воднем та азотом при нагріванні – відповідно гідрид та нітрид.

Металевий барій розчиняється у рідкому аміаку з утворенням темно-синього розчину, з якого можна виділити аміакат Ba(NH)₃)₆ – кристали із золотистим блиском, що легко розкладаються з виділенням аміаку. У цьому вся з'єднанні барій має нульову ступінь окислення.

Застосування у промисловості та науці.

Застосування металевого барію дуже обмежене через його високу хімічну активність, з'єднання барію використовуються набагато ширше. Сплав барію з алюмінієм – сплав альба, що містить 56% Ba – основа гетерів (поглиначів залишкових газів у вакуумній техніці). Для отримання власне геттера барій випаровують зі сплаву, нагріваючи його у вакуумованій колбі приладу, в результаті на холодних частинах колби утворюється барієве дзеркало. У невеликих кількостях барій використовується у металургії для очищення розплавлених міді та свинцю від домішок сірки, кисню та азоту.Барій додають у друкарські та антифрикційні сплави, сплав барію з нікелем використовується для виготовлення деталей радіоламп та електродів свічок запалювання в карбюраторних двигунах. Крім того, є нестандартні застосування барію. сонячними променями і перетворюються на яскраве плазмове хмара. Перша штучна комета була створена в 1959 під час польоту радянської автоматичної міжпланетної станції «Луна-1». хмара витягнулося вздовж ліній магнітного поля, дозволивши уточнити їхнє становище.

З'єднання барію.

Найбільший практичний інтерес становлять сполуки двовалентного барію.

Оксид барію (BaO): проміжний продукт у виробництві барію – тугоплавкий (температура плавлення близько 2020° C) білий порошок, реагує з водою, утворюючи гідроксид барію, поглинає вуглекислий газ з повітря, переходячи в карбонат:

оксид барію реагує з киснем, утворюючи пероксид, який при подальшому нагріванні до 700° C знову переходить в оксид, відщеплюючи кисень:

Так отримували кисень аж до кінця 19 ст., Поки не був розроблений метод виділення кисню перегонкою рідкого повітря.

В лабораторії оксид барію можна отримати прожарюванням нітрату барію:

Зараз оксид барію використовується як водовіднімний засіб для отримання пероксиду барію і виготовлення керамічних магнітів з феррату барію (для цього суміш порошків оксидів барію і заліза спікають під пресом в сильному магнітному полі), але основне застосування оксиду барію - виготовлення термоемісійних катодів. німецький вчений Венельт перевіряв закон випромінювання електронів твердими тілами, відкритий незадовго до цього англійським фізиком Річардсоном. Перший з дослідів з платиновим дротом повністю підтвердив закон, але контрольний експеримент не вдався: потік електронів різко перевищував очікуваний. то домішка. Перепробувавши можливі забруднювачі поверхні, він переконався у тому, що додаткові електрони випускав оксид барію, що входив до складу мастила вакуумного насоса, який використовується в експерименті. Однак науковий світ не відразу визнав це відкриття, оскільки його спостереження не вдавалося відтворити. барію потрібно прогрівати за дуже низьких тисків кисню. в 1935. Німецький вчений Поль припустив, що електрони випускаються невеликою домішкою барію в оксиді: при низьких тисках частина кисню випаровується з оксиду, а барій, що залишився, легко іонізується з утворенням вільних електронів, які залишають кристал при нагріванні:

2BaO = 2Ba + O₂; Ba = Ba 2+ + 2е

Правильність цієї гіпотези була остаточно встановлена ​​наприкінці 1950-х радянськими хіміками А.Бунделем та П.Ковтуном, які виміряли концентрацію домішки барію в оксиді та зіставили її з потоком термоемісії електронів. Зараз оксид барію є активною частиною більшості термоемісійних катодів. Так, наприклад, пучок електронів, що формує зображення на екрані телевізора або комп'ютерного монітора, випускається оксидом барію.

Гідроксид барію, октагідрат (Ba(OH)₂·8H₂O). Білий порошок добре розчинний у гарячій воді (більше 50% при 80° C), гірше в холодній (3,7% при 20° C). Температура плавлення октагідрату 78° C, при нагріванні до 130° C він перетворюється на безводний Ba(OH)₂. Гідроксид барію отримують розчиняючи оксид у гарячій воді або нагріваючи сульфід барію в потоці перегрітої пари. Гідроксид барію легко реагує з вуглекислим газом, тому його водний розчин, званий «баритової води» використовують в аналітичній хімії як реактив на CO₂. Крім того, «баритова вода» служить реактивом на сульфат-і карбонат-іони. Гідроксид барію застосовується для видалення сульфат-іонів з рослинних та тваринних олій та промислових розчинів, для отримання гідроксидів рубідії та цезію, як компонент мастил.

Карбонат барію (BaCO₃). У природі – мінерал вітрить. Білий порошок, нерозчинний у воді, розчинний у сильних кислотах (крім сірчаної). При нагріванні до 1000 С розкладається з виділенням CO₂:

Карбонат барію додають у скло для збільшення його коефіцієнта заломлення, вводять до складу емалей та глазурів.

Сульфат барію (BaSO₄). У природі – барит (важкий або перський шпат) – основний мінерал барію – білий порошок (температура плавлення близько 1680 ° C), практично нерозчинний у воді (2,2 мг/л при 18 ° C), повільно розчиняється у концентрованій сірчаній кислоті.

З сульфатом барію давно пов'язане виробництво фарб. Щоправда, спочатку його використання мало кримінальний характер: у подрібненому вигляді барит підмішували до свинцевих білил, що значно здешевлювало кінцевий продукт і водночас погіршувала якість фарби. Тим не менш, такі модифіковані білила продавалися за тією ж ціною, що й звичайні, приносячи значний прибуток власникам фарбувальних заводів. Ще в 1859 до департаменту мануфактур і внутрішньої торгівлі надійшли відомості про шахрайські махінації ярославських заводчиків, які додавали до свинцевих білил важкий шпат, що «вводить споживачів в обман на рахунок справжньої якості товару, причому надійшло і прохання про заборону призначених заводчиків. білил». Але ці скарги ні до чого не спричинили. Досить сказати, що в 1882 р. в Ярославлі було засновано шпатовий завод, який, у 1885 р. випустив 50 тисяч пудів подрібненого важкого шпату. На початку 1890-х Д. І. Менделєєв писав: «. У підміш до білил на багатьох заводах домішується барит, так як і білила, що привозяться з-за кордону, для зменшення ціни, містять цей підміш».

Сульфат барію входить до складу літопону - неотруйної білої фарби з високою здатністю, що криє, широко затребуваної на ринку. Для виготовлення літопону змішують водні розчини сульфіду барію та сульфату цинку, при цьому відбувається обмінна реакція і в осад випадає суміш дрібнокристалічних сульфату барію та сульфіду цинку – літопон, а в розчині залишається чиста вода.

BaS + ZnSO₄ = BaSO₄ + ZnS -

У виробництві дорогих сортів паперу сульфат барію відіграє роль наповнювача і обтяжувача, роблячи папір білішим і щільнішим, його використовують і як наповнювач гум і кераміки.

Більше 95% бариту, що видобувається у світі, використовується для приготування робочих розчинів для буріння глибоких свердловин.

Сульфат барію сильно поглинає рентгенівські та гамма-промені. Ця властивість широко використовується у медицині для діагностики шлунково-кишкових захворювань. Для цього пацієнту дають проковтнути суспензію сульфату барію у воді або його суміш з манною кашею - барієву кашу і потім просвічують рентгенівськими променями. Ті ділянки травного тракту, якими проходить «барієва каша», на знімку виглядають темними плямами. Так лікар може отримати уявлення про форму шлунка та кишок, визначити місце виникнення захворювання. Сульфат барію використовується також для виготовлення баритобетону, що використовується для будівництва атомних електростанцій і атомних заводів для захисту від проникаючої радіації.

Сульфід барію (BaS). Проміжний продукт у виробництві барію та його сполук. Торговий продукт є сірий пухкий порошок, погано розчинний у воді. Сульфід барію застосовується для отримання літопону, у шкіряній промисловості для видалення волосяного покриву зі шкір, для одержання сірководню. BaS – компонент багатьох люмінофорів – речовин, що світяться після поглинання світлової енергії. Саме його отримав Касціароло, прожарюючи барит із вугіллям. Сам по собі сульфід барію не світиться: необхідні добавки речовин-активаторів – солей вісмуту, свинцю та інших металів.

Титанат барію (BaTiO₃). Одна з найбільш промислово важливих сполук барію – біла тугоплавка (температура плавлення 1616° C) кристалічна речовина, нерозчинна у воді.Отримують титанат барію сплавленням діоксиду титану з карбонатом барію при температурі близько 1300° C:

Титанат барію – один із найкращих сегнетоелектриків ( см. також СЕГНЕТОЕЛЕКТРИКИ), дуже цінних електротехнічних матеріалів. У 1944 радянський фізик Б.М.Вул виявив неабиякі сегнетоелектричні здібності (дуже високу діелектричну проникність) у титанату барію, який зберігав їх у широкому температурному діапазоні – майже від абсолютного нуля до +125° C. Ця обставина, а також велика механічна прочність вологостійкість титанату барію сприяли тому, що він став одним із найважливіших сегнетоелектриків, що використовуються, наприклад, для виготовлення електричних конденсаторів. Титанат барію, як і всі сегнетоелектрики, має і п'єзоелектричні властивості: змінює свої електричні характеристики під дією тиску. При дії змінного електричного поля в кристалах виникають коливання, у зв'язку з чим їх використовують у п'єзоелементах, радіосхемах і автоматичних системах. Титанат барію застосовували під час спроб виявити гравітаційні хвилі.

Інші сполуки барію.

Нітрат та хлорат (Ba(ClO)₃)₂) барію - складова частина феєрверків, добавки цих сполук надають полум'я яскраво-зелене забарвлення. Пероксид барію входить до складу запальних сумішей для алюмінію. Тетраціаноплатинат(II) барію (Ba[Pt(CN))₄]) світиться під впливом рентгенівських та гамма-променів. У 1895 німецький фізик Вільгельм Рентген, спостерігаючи свічення цієї речовини, припустив існування нового випромінювання, названого згодом рентгенівським. Зараз тетраціаноплатинатом (II) барію покривають екрани приладів, що світяться. Тіосульфат барію (BaS₂O₃) надає безбарвному лаку перлинного відтінку, а, змішавши його з клеєм, можна досягти повної імітації перламутру.

Токсикологія сполук барію.

Усі розчинні солі барію отруйні. Сульфат барію, який застосовується при рентгеноскопії, практично нетоксичний. Смертельна доза хлориду барію становить 0,8–0,9 г, карбонату барію – 2–4 г. , уповільнення пульсу та падіння артеріального тиску. Основний метод лікування отруєнь барієм – промивання шлунка та вживання проносних засобів.

Основними джерелами надходження барію в організм людини є їжа (особливо морепродукти) та питна вода. За рекомендацією Всесвітньої організацією охорони здоров'я вміст барію в питній воді не повинен перевищувати 0,7 мг/л, у Росії діють набагато жорсткіші норми – 0,1 мг/л.

Фігуровський Н.А. Історія відкриття елементів та походження їх назв. М., Наука, 1970
Венецький С.І. Про рідкісні та розсіяні. Розповіді про метали. М., Металургія, 1980
Популярна бібліотека хімічних елементів. Під. ред. І.В.Петрянова-Соколова. М., Наука, 1983
Інформаційно-аналітичний огляд. Стан та перспективи світового та внутрішнього ринків кольорових, рідкісних та шляхетних металів. Випуск 18. Баріт. М., 2002

Барій, властивості атома, хімічні та фізичні властивості

Барій, властивості атома, хімічні та фізичні властивості.

137,327(7) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 6s 2

Барій – елемент періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва з атомним номером 56.Розташований у 2-й групі (за старою класифікацією - головною підгрупою другої групи), шостому періоді періодичної системи.

Фізичні властивості барію

Атом та молекула барію. Формула барію. Будова барію:

Барій (лат. Barium, від др.-грец. βαρύς - "важкий") - хімічний елемент періодичної системи хімічних елементів. І. Менделєєва з позначенням Ba та атомним номером 56. Розташований у 14-й групі (за старою класифікацією — головною підгрупою другої групи), шостому періоді періодичної системи.

Барій – лужноземельний метал. Належить до групи легень, кольорових металів .

Барій позначається символ Ba.

Як проста речовина барій за нормальних умов є м'який, ковкий лужноземельний метал сріблясто-білого кольору.

Молекула барію одноатомна.

Хімічна формула барію Ba.

Електронна конфігурація атома барію 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 . Потенціал іонізації (перший електрон) атома барію дорівнює 502,85 кДж/моль (5,2116646(12) еВ).

Будова атома барію. Атом барію складається з позитивно зарядженого ядра (+56), навколо якого по шести атомних оболонках рухаються 56 електронів. При цьому 54 електрони знаходяться на внутрішньому рівні, а 2 електрони – на зовнішньому. Оскільки барій розташований у шостому періоді, оболонок лише шість. Перша – внутрішня оболонка представлена ​​s-орбіталлю. Друга – внутрішня оболонка представлена ​​s- та р-орбіталями. Третя та п'ята – внутрішні оболонки представлена ​​s-, р- та d-орбіталями. Четверта – внутрішня оболонка представлена ​​s-, р-, d- та f-орбіталями. Шоста – зовнішня оболонка представлена ​​s-орбіталлю. На зовнішньому енергетичному рівні атома барію – на 6s-орбіталі знаходиться два спарені електрони.Тому барій виявляє валентність II та ступінь окислення +2. У свою чергу ядро ​​атома барію складається з 56 протонів та 81 нейтрон. Барій відноситься до елементів s-родини.

Радіус атома барію (Обчислений) становить 253 пм.

Атомна маса атома барію складає 137,327(7) а. е. м.

Барій має високу хімічну активність. Отруйний.