Вопрос, страница 164 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Задания в параграфе. Параграф 23. Неметаллы - химические элементы и простые вещества. Глава 5. Металлы и неметаллы - страница 164.

Условие.

Дайте сравнительную характеристику аллотропных модификаций:

а) серы;

б) фосфора.

Опираясь на текст учебника, выделите критерии сравнения аллотропных модификаций для составления сравнительной характеристики.

Решение.

Решение 2.

Для сравнительной характеристики аллотропных модификаций химических элементов можно выделить следующие критерии сравнения:

• Состав и строение: из каких структурных единиц (атомов, молекул) состоит вещество и как они упакованы в кристаллической решетке (тип решетки).
• Физические свойства: цвет, блеск, агрегатное состояние, плотность, твердость, хрупкость, растворимость, температуры плавления и кипения, электро- и теплопроводность.
• Химические свойства: химическая активность (реакционная способность), устойчивость при нормальных и измененных условиях.
• Условия взаимных превращений: температура, давление и другие факторы, способствующие переходу одной модификации в другую.
• Физиологическое действие: токсичность для живых организмов.

а) Сравнительная характеристика аллотропных модификаций серы

Сера образует несколько аллотропных модификаций, наиболее известные из которых — ромбическая, моноклинная и пластическая.

Ромбическая сера (α-сера) — наиболее устойчивая модификация при температуре ниже $95.6^\circ C$. Она состоит из циклических молекул $S_8$, имеющих форму короны. Эти молекулы упакованы в кристаллы ромбической сингонии. Это хрупкое кристаллическое вещество лимонно-желтого цвета. Плотность составляет $2.07 \text{ г/см}^3$. Ромбическая сера нерастворима в воде, но хорошо растворяется в сероуглероде ($CS_2$).

Моноклинная сера (β-сера) устойчива в интервале температур от $95.6^\circ C$ до температуры плавления $119.3^\circ C$. Она также состоит из молекул $S_8$, но они образуют игольчатые кристаллы моноклинной сингонии. Это бледно-желтые, полупрозрачные кристаллы. Плотность моноклинной серы ниже — $1.96 \text{ г/см}^3$. Она также растворима в сероуглероде. При охлаждении ниже $95.6^\circ C$ моноклинная сера самопроизвольно переходит в более стабильную ромбическую форму.

Пластическая сера — это аморфная модификация, которую получают при резком охлаждении расплавленной серы (например, выливая ее в холодную воду). Она состоит из длинных полимерных цепей атомов серы ($S_n$). Это темно-коричневая резиноподобная масса, которая нерастворима ни в воде, ни в сероуглероде. Пластическая сера термодинамически неустойчива и при комнатной температуре постепенно (в течение нескольких часов или дней) превращается в ромбическую серу, теряя эластичность и становясь хрупкой.

Взаимопревращения: Ромбическая сера при нагревании выше $95.6^\circ C$ переходит в моноклинную. При охлаждении моноклинная сера снова становится ромбической. Пластическую серу получают из расплава, и она самопроизвольно переходит в ромбическую.

Ответ: Аллотропные модификации серы (ромбическая, моноклинная, пластическая) различаются строением кристаллической решетки (у кристаллических форм) или молекулярной структурой (полимерные цепи у пластической), что определяет их различия в физических свойствах (цвет, форма кристаллов, плотность, растворимость, устойчивость) и условиях существования. Химическая активность всех форм схожа, но пластическая несколько активнее из-за наличия концевых атомов в цепях.

б) Сравнительная характеристика аллотропных модификаций фосфора

Фосфор известен в виде нескольких аллотропных модификаций, основными из которых являются белый, красный и черный фосфор.

Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решетку, в узлах которой находятся молекулы $P_4$, имеющие форму тетраэдра. Это мягкое, похожее на воск вещество белого цвета (на свету желтеет). Имеет чесночный запах. Он нерастворим в воде, но растворяется в сероуглероде и бензоле. Белый фосфор чрезвычайно химически активен: самовоспламеняется на воздухе при температуре около $34^\circ C$, поэтому его хранят под слоем воды. Характерной особенностью является свечение в темноте (хемилюминесценция) за счет медленного окисления. Белый фосфор очень ядовит.

Красный фосфор представляет собой полимер ($P_n$). Его структура сложна и считается аморфной, хотя существуют и кристаллические разновидности. Он образуется при нагревании белого фосфора без доступа воздуха. Это порошок от темно-красного до фиолетового цвета, без запаха. В отличие от белого, красный фосфор нерастворим в воде и сероуглероде, не светится в темноте и не ядовит. Он значительно менее химически активен: воспламеняется только при сильном нагревании (выше $240^\circ C$). При нагревании до температуры сублимации ($416^\circ C$) и последующей конденсации паров образуется белый фосфор.

Черный фосфор — наиболее устойчивая и наименее активная модификация. Его получают из белого фосфора при высоком давлении (около $1.2 \text{ ГПа}$) и температуре (около $200^\circ C$). Он имеет слоистую структуру, похожую на графит. Внешне это черное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь. В отличие от других модификаций, черный фосфор проводит электрический ток (является полупроводником). Он химически инертен и воспламеняется на воздухе только при нагревании до $400^\circ C$. Черный фосфор не ядовит.

Взаимопревращения: Белый фосфор $\xrightarrow{t, \text{без } O_2}$ Красный фосфор. Белый фосфор $\xrightarrow{p, t}$ Черный фосфор. Красный фосфор $\xrightarrow{\text{возгонка и конденсация}}$ Белый фосфор.

Ответ: Аллотропные модификации фосфора (белый, красный, черный) кардинально различаются по строению (молекулярное у белого, полимерное у красного и черного), что приводит к резким отличиям в физических (цвет, растворимость, электропроводность), химических (активность) свойствах и физиологическом действии (токсичности). Белый фосфор — молекулярное, летучее, крайне активное и ядовитое вещество, в то время как полимерные красный и черный фосфор значительно более стабильны, инертны и нетоксичны.