Страница 92 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Названия благородных (или инертных) газов, как правило, происходят из древнегреческого языка и отражают либо свойства этих элементов, либо историю их открытия.

Гелий (Helium, He)

Название «гелий» происходит от древнегреческого слова ἥλιος (helios), что означает «Солнце». Этот элемент был впервые обнаружен не на Земле, а в спектре солнечной короны. В 1868 году во время полного солнечного затмения французский астроном Пьер Жансен и английский астроном Норман Локьер независимо друг от друга зафиксировали в спектре Солнца яркую жёлтую линию, которую нельзя было приписать ни одному из известных на тот момент химических элементов. Локьер предположил, что это новый элемент, и предложил назвать его гелием. Суффикс -ий (-ium) был добавлен по аналогии с названиями металлов, так как в то время предполагалось, что новый элемент является металлом.

Ответ: Название «гелий» происходит от древнегреческого слова helios («Солнце»), так как элемент был впервые обнаружен в солнечном спектре.

Неон (Neon, Ne)

Неон был открыт в 1898 году шотландским химиком Уильямом Рамзаем и его ассистентом Морисом Траверсом в Лондоне. Они получили его методом фракционной перегонки сжиженного воздуха. Когда они поместили полученный газ в спектроскоп и пропустили через него электрический разряд, они увидели яркое красно-оранжевое свечение. Название для нового элемента предложил сын Рамзая. Он хотел назвать его novum (от латинского «новый»). Однако Рамзай решил использовать греческий аналог — νέον (neon), средний род от слова νέος (neos), что также означает «новый».

Ответ: Название «неон» происходит от древнегреческого слова neos («новый»), так как это был новооткрытый элемент.

Аргон (Argon, Ar)

Аргон был первым открытым на Земле инертным газом. В 1894 году английский физик Лорд Рэлей и шотландский химик Уильям Рамзай обнаружили, что азот, полученный из воздуха, имеет большую плотность, чем азот, полученный химическим путём. Они пришли к выводу, что в атмосферном азоте присутствует примесь более тяжелого, неизвестного газа. Этот газ оказался химически чрезвычайно неактивным, он не вступал в реакции с другими веществами. Из-за этого свойства его назвали «аргон», от древнегреческого слова ἀργόν (argon), среднего рода от ἀργός (argos), что переводится как «ленивый», «недеятельный», «неактивный».

Ответ: Название «аргон» происходит от древнегреческого слова argos («ленивый», «неактивный»), что отражает его химическую инертность.

Криптон (Krypton, Kr)

Вскоре после открытия аргона, в 1898 году, Уильям Рамзай и Морис Траверс продолжили исследовать сжиженный воздух в поисках других инертных газов. Путем многократной фракционной дистилляции им удалось выделить ещё один газ, который был «спрятан» в более летучей фракции. В честь того, что этот элемент было трудно обнаружить и выделить, его назвали «криптон». Название происходит от древнегреческого слова κρυπτός (kryptos), означающего «скрытый», «тайный».

Ответ: Название «криптон» происходит от древнегреческого слова kryptos («скрытый»), так как элемент долгое время оставался скрытым и был труден для выделения.

Ксенон (Xenon, Xe)

Ксенон был открыт той же командой ученых, Рамзаем и Траверсом, в том же 1898 году, всего через несколько недель после криптона. Они обнаружили его в остатке после испарения компонентов сжиженного воздуха. Этот газ был ещё более редким и тяжелым, чем криптон. Рамзай предложил для него название «ксенон», образованное от древнегреческого слова ξένος (xenos), что означает «чужой», «странный», «гость». Это название подчеркивало его природу как редкого и неожиданного «чужака» в земной атмосфере.

Ответ: Название «ксенон» происходит от древнегреческого слова xenos («чужой», «странный»), так как он был редким и неожиданным компонентом воздуха.

Радон (Radon, Rn)

Радон был открыт в 1900 году немецким физиком Фридрихом Эрнстом Дорном. Он обнаружил, что радиоактивный элемент радий испускает некий газообразный продукт, который также является радиоактивным. Дорн назвал это вещество «эманацией радия». Позже, в 1908 году, Уильям Рамзай и Роберт Уитлоу-Грей определили плотность этой эманации и доказали, что это новый элемент, самый тяжелый из благородных газов. Они предложили название «нитон» (от латинского nitens — «светящийся»). Однако в 1923 году Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) утвердил название «радон», чтобы подчеркнуть его генетическую связь с радием. Суффикс -он был использован для соответствия с другими благородными газами.

Ответ: Название «радон» образовано от названия элемента «радий», продуктом радиоактивного распада которого он является.

Оганесон (Oganesson, Og)

Оганесон — это сверхтяжелый искусственно синтезированный химический элемент. Впервые он был получен в 2002 году в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне (Россия) группой российских и американских учёных. Элемент получил официальное название в 2016 году. Он назван в честь выдающегося российского физика-ядерщика Юрия Цолаковича Оганесяна за его фундаментальный вклад в исследование трансактиноидных элементов. Окончание -он соответствует традиции наименования элементов 18-й группы (благородных газов).

Ответ: Элемент назван «оганесон» в честь российского ученого-физика Юрия Оганесяна.

Данное поэтическое выражение является химически неверным, поскольку гроза как комплексное атмосферное явление (включающее облака, дождь, ветер, гром и молнии) сама по себе не имеет запаха. То, что мы воспринимаем как «запах грозы», на самом деле является запахом конкретного химического вещества — озона.

1. Образование озона.

Воздух, которым мы дышим, в основном состоит из азота ($N_2$) и кислорода ($O_2$). Во время грозы мощные электрические разряды (молнии) несут огромное количество энергии. Эта энергия способна разрывать прочные двойные связи в молекулах кислорода, расщепляя их на отдельные атомы:

$O_2 \xrightarrow{энергия \ молнии} O + O$

Получившиеся атомы кислорода ($O$) являются чрезвычайно химически активными. Они немедленно вступают в реакцию с другими, нераспавшимися молекулами кислорода ($O_2$), образуя трехатомные молекулы озона ($O_3$):

$O + O_2 \rightarrow O_3$

2. Свойства озона.

Озон ($O_3$) — это аллотропная модификация кислорода. В отличие от кислорода ($O_2$), который не имеет запаха, озон обладает очень характерным, резким запахом «свежести». Человеческое обоняние способно улавливать присутствие озона в воздухе даже при очень низких концентрациях.

Таким образом, когда мы говорим, что «пахнет грозой», мы на самом деле ощущаем запах озона, который образовался в атмосфере в результате электрических разрядов молний и был принесен к нам ветром, часто еще до начала дождя. Это запах не самого явления, а продукта химической реакции, вызванной этим явлением.

Ответ: Выражение «в воздухе пахло грозой» химически неверно, так как запах принадлежит не грозе как явлению, а газу озону ($O_3$), который синтезируется из атмосферного кислорода ($O_2$) под действием энергии электрических разрядов молний.

Решение

Na₂

Атом натрия ($_{11}Na$) — щелочной металл, его электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$. На внешнем (валентном) энергетическом уровне находится один электрон. При образовании двухатомной молекулы $Na_2$ (которая существует в газовой фазе, в парах натрия) два атома натрия обобществляют свои валентные электроны, образуя одну общую электронную пару.

Схема образования связи (с использованием электронных точек Льюиса):

$Na \cdot + \cdot Na \rightarrow Na:Na$ (или $Na-Na$)

Так как связь образована между атомами одного и того же элемента, общая электронная пара не смещается, и связь является ковалентной неполярной.

Ответ: В молекуле $Na_2$ химическая связь ковалентная неполярная, одинарная.

Br₂

Атом брома ($_{35}Br$) — галоген, находится в 17-й группе (VIIA). Его электронная конфигурация валентного слоя $...4s^2 4p^5$. На внешнем уровне у него 7 валентных электронов (три электронные пары и один неспаренный электрон). До завершения внешнего уровня (достижения октета) атому брома не хватает одного электрона.

При образовании молекулы $Br_2$ каждый из двух атомов брома предоставляет по одному неспаренному электрону для создания общей электронной пары.

Схема образования связи:

$:\ddot{Br}\cdot + \cdot\ddot{Br}: \rightarrow :\ddot{Br}:\ddot{Br}:$ (или $Br-Br$)

В результате образуется одна общая электронная пара (одинарная связь), и каждый атом брома приобретает завершенную электронную оболочку из 8 электронов.

Ответ: В молекуле $Br_2$ химическая связь ковалентная неполярная, одинарная.

O₂

Атом кислорода ($_{8}O$) находится в 16-й группе (VIA). Его электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^4$. На внешнем уровне у него 6 валентных электронов (две электронные пары и два неспаренных электрона). До завершения октета атому кислорода не хватает двух электронов.

При образовании молекулы $O_2$ каждый из двух атомов кислорода предоставляет по два неспаренных электрона для создания двух общих электронных пар.

Схема образования связи:

$\cdot\ddot{O}\cdot + \cdot\ddot{O}\cdot \rightarrow \ddot{O}::\ddot{O}$ (или $\ddot{O}=\ddot{O}$)

В результате между атомами кислорода образуется двойная связь. Каждый атом кислорода достигает стабильного октета.

Ответ: В молекуле $O_2$ химическая связь ковалентная неполярная, двойная.

N₂

Атом азота ($_{7}N$) находится в 15-й группе (VA). Его электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^3$. На внешнем уровне у него 5 валентных электронов (одна электронная пара и три неспаренных электрона). До завершения октета атому азота не хватает трех электронов.

При образовании молекулы $N_2$ каждый из двух атомов азота предоставляет по три неспаренных электрона для создания трех общих электронных пар.

Схема образования связи:

$\cdot\dot{N}\cdot + \cdot\dot{N}\cdot \rightarrow :N:::N:$ (или $:N \equiv N:$)

В результате между атомами азота образуется тройная связь, которая является очень прочной. Каждый атом азота достигает стабильного октета.

Ответ: В молекуле $N_2$ химическая связь ковалентная неполярная, тройная.

Общий вывод по типу связи:

Во всех представленных молекулах ($Na_2$, $Br_2$, $O_2$, $N_2$) химическая связь образуется между атомами одного и того же химического элемента. Электроотрицательность этих атомов одинакова, следовательно, разность электроотрицательностей равна нулю. Общие электронные пары располагаются симметрично относительно ядер обоих атомов. Такая связь называется ковалентной неполярной.

Металлический водород — это гипотетическая фаза водорода, которая, как предполагается, существует при чрезвычайно высоких давлениях, в сотни гигапаскалей (миллионы атмосфер). В нормальных условиях водород является типичным неметаллом. Его атомы объединены в двухатомные молекулы $H_2$ с помощью прочной ковалентной неполярной связи. Эти молекулы в газообразном, жидком или твердом состоянии связаны между собой лишь слабыми межмолекулярными силами.

Для образования металлического водорода необходимо сжать его настолько сильно, что молекулярная структура разрушается. Под действием колоссального давления расстояние между атомами сокращается до такой степени, что их электронные оболочки начинают сильно перекрываться. В результате этого фазового перехода ковалентные связи рвутся, и атомы водорода образуют плотную кристаллическую решетку, в узлах которой находятся протоны (ядра атомов водорода, $H^+$).

Валентные электроны, по одному от каждого атома, отрываются от своих протонов и становятся делокализованными, то есть обобществленными. Они перестают принадлежать конкретным атомам и формируют единое «электронное море» или «электронный газ», который свободно перемещается по всему кристаллу. Электростатическое притяжение между решеткой положительно заряженных протонов и этим облаком свободных электронов и представляет собой химическую связь в веществе. Такой тип связи, характеризующийся наличием катионов в узлах кристаллической решетки и свободных электронов, называется металлической связью. Именно она обуславливает характерные свойства металлов, в частности, высокую электропроводность, которую и ожидают от металлического водорода.

Ответ: в металлическом водороде должен быть металлический тип химической связи.

Решение

В основе трагедии экспедиции Роберта Скотта лежит физико-химический процесс, известный как «оловянная чума». Этот процесс представляет собой аллотропное превращение олова — его переход из одной кристаллической модификации в другую под воздействием низких температур.

Олово (химический элемент $Sn$), из которого была сделана пайка на баках с горючим, может существовать в двух основных формах:

1. Белое олово ($β-Sn$) — это привычная нам металлическая форма олова, пластичная, ковкая, серебристо-белого цвета. Она устойчива при температурах выше +13,2 °C.
2. Серое олово ($α-Sn$) — это неметаллическая, порошкообразная модификация серого цвета. Она образуется из белого олова при его охлаждении ниже +13,2 °C.

Процесс превращения белого олова в серое можно представить следующим образом:

$Sn_{\beta} \text{ (белое олово, металл)} \xrightarrow{t \le 13,2^\circ C} Sn_{\alpha} \text{ (серое олово, порошок)}$

Ключевым моментом является то, что этот переход сопровождается значительным изменением физических свойств. Во-первых, плотность серого олова (~5,77 г/см³) значительно ниже плотности белого олова (~7,31 г/см³), из-за чего при превращении происходит увеличение объема почти на 27%. Это приводит к тому, что оловянное изделие вздувается, трескается и в итоге полностью рассыпается в порошок. Во-вторых, процесс является автокаталитическим: контакт серого олова с белым резко ускоряет дальнейшее превращение.

В условиях сурового антарктического климата, где температура постоянно держалась значительно ниже нуля (до -40 °C и ниже), оловянная пайка на баках с керосином у экспедиции Скотта подверглась «оловянной чуме». Паяные швы разрушились, превратившись в труху. Это привело к разгерметизации емкостей и полной утечке жизненно важного запаса горючего. Лишившись топлива для обогрева, приготовления пищи и растапливания льда для питья, экспедиция была обречена.

Ответ:

В основе гибели экспедиции лежал процесс «оловянной чумы» — аллотропное превращение металлического белого олова ($β-Sn$) в порошкообразное серое олово ($α-Sn$) под действием низких антарктических температур. Это привело к разрушению оловянной пайки на баках и полной потере запаса горючего.