Основные начала неорганической химии - Каблуков И.А.

Author: Каблуков И.А.

Tags: химия неорганическая химия

Year: 1924

Similar

Неорганическая химия. Ученик для 8-10 классов средней школы

Судебная химия и открытие профессиональных ядов

Техника и методика химического эксперимента в школе. Том 2. Описание опытов.

Химический демонстрационный эксперимент

Text

v’1

г
4** »'*•

^w^sS
гЛ*-
«5р>
iUIUIIV
йтгти янияопэо
аоннянкопоК и яопнякчулпои
U' аоичэоа ЭпнпИйи
oowao^awvircM зонняашэмЫзы
—*—- -«I.« I . >!-- ,. .W —«—-
ЯОЖГОУИ яи g
jqi/ОМШ ияшэмя WWV
BfHAb Э I/O ИОЧАй
тнагткион
:;)«>Й№Н|>:::»»'>гм>тг»тзн'м1Ш«а|иёшЖ1>й««<
:И:й18$КяШ$в
tesMiaii’WMwWfiifiiMMimiw
|4MilllltH>tHI|it||tlllllHtllllHI>tttlll<tlHIIHilllt>i<
Г0СУДЛ1 I JO HOE ИЗДАТЕЛЬСТВО
--=~ МОСКВА - : l — — z r—
к,
УЧЕБНИКИ ДЛЯ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ
ФИЗИНА
Бачинский, А. Введение в теоретическую механику. Учение о силах и о движении. Изд. ' .
перераб. и дополи. Стр, 251. Ц, 1 р, 70 к,
Бирон, Е* В, Учение о газах и жидкостях. Под ред. и с дополи, главой проф, О. Д. Хвомьсопа.
С 23 рпс. и 56 табл. Стр. £53. Ц. 2 р, 20 к.
Брандт, А. А., проф, Оспогаипл термодинамики. Изд. 4-е.
Часть 1 Основные зайопы» Разы. С 64 черт. Стр. 229. Ц. 1 р. 50 к.
Часть П. Пары. Жидкости. С 86 черт. Стр. 295. Ц.,2 р. 50,к.
Мещерский, И. В., проф. Курс теоретической механики. Часть первая. Стр. 175. Ц. 2 р. 40 к.
Михельсон, 6. А, преф. Физика.
Том I. Механика и теплота. Изд. 2-е. Стр, 232, Ц. 1 р, 75 к.
Том IL Свет п электричество. Стр. 436. Ц. 2 р.
Млодзеевсний, Б. И., преф. Термодинамика п теория фаз. Введение в учеппе о состояниях
вещества с точки зрения термодинамики. Стр, 172, Ц. 1 р. 75 к.
Немировский, Л. Г. Акустика физическая, физиологическая п у ыкальпая. Стр. 216, Ц, 1 р,6!) к.
Петровский, А. А, Основы физики. С 256 рис. Текст. Стр. 234f Атлас чертежей, Рис. 256 и таб-
лица. Ц. текс i а с атласом. 4 р. 25 к.
Тимирязев, А. К. Кинетическая теориятерпи. Лекции, читанные в 1 Гос. Московок. Уни-
верситете, С 65 рис. Стр. 319. Ц. 1р. СО к.
Хвольаон, 0. Д,т лреф. Краткий курс физики для медпкощ естестве пип ков и техников. Изд
3-еf пересмотр, п доцолн. Берлин. *
Часть первая. Введение. Механика. Некоторые измерительные приборы и способы изме-
рения. Учение о газах, жидкостях и твердых телах. Стр. 354. Ц. 3 р., в переплете ц. 4 р : i.
Часть третья. Учение о теплоте, Стр. 304. Ц. Зр., в переплете щ 4 р. 25 к,
Хвольсон, 0. Дч проф. Буре фг кп_ Изд/5-е,- перераб. п значит, до доли. Берлин.
Том первый. Введение, Механика» Некоторые измерительные приборы я способы пзм р
иля. Учение о газах, жидкостях и твердых телах. Стр. 676. Ц. 6 р., в перед. п. 7 р. 50 ц-
Том второй. Учение о звуке (акустика). Учение о лучистой опер гни» Стр, 775. ЦГТ ’гт
в переплете ц. 8 р. 50 к.
Чаплыгин, С< А., проф. Пропедевтический курс механики. Часть I* Элементарная статика.
Изд. 2-е. Стр» 76. Ц. 80 к/
Черданцев, И. А., проф."Теория пере < иных токов, С 114 чертежами. Стр* 354, Ц. 3 р. 50 у.
Эйхенвалъд, А. А, Акустика и оптика, (Конспект лекций.) Изд. 3-е, Стр, 162,"Ц. 1 р»
Яшнов, А. И,, проф, Основы термодинамики для технических училищ, технических i . l
ir для лиц, работающих по тешютехняке* Часть I. Первый закон термодинамики, ц
Пары. С 30 чертеж., вопросами и задачами пз области техники. Стр. 174, Ц. 1 р, 30 к.
химия
Андрее , Н. Н., щ t . Введение в коллоидную химию. Стр. 85. Ц, 80 к.
Бавини, Б., д-р. Введенш в общую химию. С 24 рис. Стр„ 180. Ци 1 р. 50 к.
Берквнгеу ц А. М Основы теоретической химии* (Современ, воззрения па Строение матери и.)
Изд. 3-е, вновь перераб. и дополн. Стр. 358, Ц, 2 р. 20 к.
Демьянов, Н. Я. Общие приемы анализа растительных веществ. Агрономическая \ ьщя.
С п] статьи А; А, Стольгапе. «Анализ эо.’ш и взятие, средней пробы , Стр, 843,
Ц. 1 р. 75 к.
Х*с4СЛ** g ~М/£»Л4£.
НОРМАЛЬНЫЕ РУКОВОДСТВА ДЛЯ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ
Ив. КАБЛУКОВ, "
заслуженный профессор Московского Университета н СельскохсэяЙств. Академии имени К- А+ Ъг.;ирязева*
ОСНОВНЫЕ НАЧАЛА
НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
ИЗДАНИЕ ВОСЬМОЕ, ИСПРАВЛЕННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ,
С ПРИЛОЖЕНИЕМ СТАТЕЙ
„РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА*1. „СТРОЕНИЕ АТОМОВ"
и
„КРАТКИЙ ОЧЕРК ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИИ"
Научно* Технической Секцией Государственного Ученого Совета
допущено а качестве руководства для Высших Учебных Заведений
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКВА
Главлит <N° 8*378. Гиз № 4*414, Тираж 7,000 экз*
Интернациональная4типография (39) «Мосполиграф^ Путинковский^ 3.
ПРЕДИСЛОВИЕ К ВОСЬМОМУ ИЗДАНИЮ.
Настоящее издание, сравнительно с предыдущим, исправлено и допол-
нено: в него внесены дополнения как фактического* так и теоретического
характера благодаря тому, что при его пересмотре возможно было поль-
зоваться новейшей иностранной литературой*
Расширено приложение I „Радиоактивные вещества'\ прибавлена
статья „Теория строения атомов" и внесены дополнения в приложение
III „Краткий очерк органических соединений"*
Май 1924*
Петррвское-Раэумовское.
ГЛАВА I.
Введение.
§ 1. Физические к химические явления.—§ 2. Механические смеси н химические соединения.
Закон постоянства состава химических соединении. §§ 3—0. Закон сохранения вещества.
§ 7. Химические знаки и формулы, химические ура внешня. —§§ 8 —13. Ат ом ист и чс скал тс ори п .т—
§ 14. Законы газового состояния тел.—§§ 15—17. Гипотеза Авогадро—Ампера.—§ 18. Опре-
деление плотности пара по способу Виктора Мейера.—§ 19. Условия химических реакций.—
§ 20. Виды химических реакций. —§ 21. Таблица элементов.
8 I. Физические и химические явления. Химия изучает свойства
од породных веществ к их превращения. Из всех отраслей -естествознания
область ее изучения ближе всего соприкасается с областью изучения фи-
зики. Поэтому, для того, чтобы охарактеризовать на первых порах, чей
отличаются явления физические и химические, рассмотрим некоторые
явления, известные уже из элементарного курса физики.
Если мы возьмем кусок железа и приведем его в соприкосновение
с магнитом, то железо приобретает свойство притягивать к себе и удержи-
вать другие куски железа, но стоит от него отнять магнит, как по истечении
очень короткого времени железо теряет магнитные свойства. Следовательно,
изменения, которым подверглось железо под влиянием магнита, суще-
ствуют только временно, они исчезают вскоре после того, как перестала
действовать производящая их причина. Рассмотренное нами изменение
железа называется физическим.
Но железо может подвергаться другим, более глубоким изменениям;
известно, что оставленные на воздухе блестящие железные предметы (ножи,
ведра и т. под.) покрываются красно-бурым налетом, так называемой ржав-
чиной. Если кусок железа достаточно тонок, то при продолжительном хра-
нении на воздухе он весь превращается в ржавчину, и металлического
железа не остается. Превращение железа в ржавчину представляет, не-
сомненно, изменение более глубокое, чем его намагничивание. Из железа
получилось совершенно новое тело ржавчины, и если бы мы взвесили кусок
железа прежде, чем он покрылся ржавчиной, н затем после этого, то мы
увидали бы, что вес железа увеличился; следовательно, к железу приба-
вилось какое-то новое вещество; стало быть, состав куска железа изменился,
Вот такие-то изменения, при которых наблюдается изменение состава тела,
называются химическими.
Возьмем другой пример. Известно, что вода может быть в трех состоя-
нпях: твердом (в виде льда), жидком и газообразном. При температуре
Каблуков, НеоргаЕ. ходил. 1
Физические и химичес кие лв..1£ i1 и я
§ 1
ниже 0° вода, будет в виде твердом. Станем нагревать ее, и она растает;
при дальнейшем нагревании она превратится в пар. Хотя жидкая вода
довольно резко отличается как от льда, так и.от пара, но ее не трудно пре-
вратить как в лед, так и в пар; стоит только ее отладить или нагреть. Такие
превращения (изменения), которые происходят при этом с водой, назы-
ваются физическим и.
Мы знаем из элементарного курса физики, что воду можно подвергнуть
другому изменению, более глубокому. Возьмем аппарат, называемый
воль т аметрок (рис. 1).
Аппарат этот состоит из двух трубок, соединенных наподобие буквы U.
Снизу к ним присоединена третья трубка, идущая вертикально и заканчи-
вающаяся шаром. Вверху трубок находятся стеклянные краны. В стенки
трубок впаяны платиновые проволоки, к которым припаяны широкие, пла-
тиновые пластинки.
Наполним весь аппарат водой, подкисленной серною кислотой, и,
соединив платиновые проволоки с полюсами гальванической батареи,
пропустим ток через воду. Тотчас же на обоих электродах будут выделяться
пузырьки газа, кото-
рые будут собираться
в верхней части тру-
бок. При этом мы за-
метим, что на отрица-
тельном электроде бу-
дет собираться вдвое
белое таза, чем на по-
ложительном. Кроме
тою, газы, выделяю-
щиеся на различных
электродах, резко от-
личаются по своим
свойствам. Газ, выде-
ляющийся па отри-
цательном электроде,
горит бесцветным пла-
менем, но не поддер-
живает горения. Он
называется водоро-
д о м.
Газ, выделившийся на положительном электроде, сам пе горит, но
энергично поддерживает горение. Едва тлеющая лучина, опущенная в этет
газ, загорается ярким пламенем. Он называется кислород о м.
Таким образом мы видим, что от действия гальванического тока вода
претерпевает более глубокое изменение, чем от действия теплоты. От первою
она разложилась на два газа, резко от нее отличающиеся: вода исчезла,
и вместо нес появились кислород и водород. От действия же теплоты она
Механические смеси и химические соединения 3
। сменяет только свое состояние (твердое, жидкое или газообразное), со-
<• а в же ее остается без изменения. Такне превращения вещества, мри кото-
рых изменяется состав последнего, называются химическими.
При химических явлениях вещество претерпевает более
глубокое изменение, чем при ф и з и ч е с к и-х.
Примеры физических превращений известны из физики: таковы изме-
нения тела при нагревании, ири электризации и т. под.
Примеров же химических превращений можно указать множество из
явлений окружающей нас жизни: так, наир., при горении свечи вещество
ее химически видоизменяется, при чем выделяется тепло и свет; при про-
растании растений вещества, поступающие в растение из воздуха и земли,
превращаются в организм растения; при обжигании известняка в известку
тоже происходит химическое превращение ит. д. Предметом изуче-
ния х и м и и таким образом является исследование
свойств однородных веществ, из которых состоят
все тола мира, превращения тел одних в другие
и я б л е и и п. к о т о р ы в с о и р о в о ж д а ю т э т и п р < в р а-
щ е я и я 1).
§ 2. Механические смеси и химические соединения. Рассматривая
предметы окружающего нас мира, мы видим, что одни тела представляются
во всей своей массе совершенно однородными, наир.: железо, золото, серебро,
алмаз,.сахар (чистый), мрамор и т. под., другие же состоят из смеси однород-
ных тел, отличающихся друг от друга по своему виду, таковы: гранит,
в котором можно видеть кристаллы полового шпата, смешанные с темным
полупрозрачным кварцем и тонкими кристаллами слюды; порох тоже
представляется смесью неоднородных тел: угля, серы и селитры.
Неоднородность таких смесей может быть узнала или по наружному
виду, или же каким-либо другим способом. Возьмем, па пр., смесь мелко-
истолчслной серы с мелким железным порошком.. Как бы хорошо ни пере-
мешивали эти два порошка, всегда можпо будет (если нс простым глазом,
то при помощи микроскопа) видеть в этом смеси мель чаянию частички серы
рядом с частицами железа. Можно и иным способом убедиться в том, что
частички серы лежат только рядом с частицами железа. Если мы поднесем
к такой смеси магнит, то частицы железа пристанут к нему, и мы можем
таким образом извлечь железо из смеси. Приливая же к этой смеси сернистый
углерод, эфир и т. под. жидкости, растворяющие серу, мы извлечем серу.
Но если мы возьмем такую смесь (56 ч. железа и 32 ч. серы) в топкую
стеклянную пробирную трубку и несколько нагреем се только в одном ка-
ком-либо месте, то смесь быстро разогревается вся, и затем уже в этой смеси
нельзя будет различать ни отдельных частичек серы, ни частичек железа.
Нельзя будет отличить ни глазом, ни каким-либо другим способом: сернистый
углерод не извлечет из нее серы, магнит по притянет к себе железа. Это
оттого, что при нагревании происходит химическое соединение серы и же-
J) Химические изменения носят также название химических реакций.
1’
i e.to mchw v простые § 3
i. C pa л : ..i .u соединились так, что образовали одно однородное тело,
• • р п и с т о с ж е л е з о.
Примером другого химического соединения может служить вода.
Чистая вода во всех частях своих однородна. Но опа может быть разложена,
как мы видели, на два газа: кислород и водород; следовательно, она есть
химическое соединение водорода и кислорода. Смесью, из которой она про-
исходит, будет гремучий газ. Впоследствии мы увидим, как можно доказать,
-что эта смесь неоднородна: в ней рядом с частичками кислорода находятся
частички водорода.
На этих двух примерах можно видеть различие между механической
смесью двух тел и их химическим соединением. В механической смеси ка-
ждое из составляющих ее тел сохраняет свои свойства; приходя же в хими-
ясское соединение, тела теряют свои свойства и образуют новое тело, обла-
дающее новыми свойствами-
Другое отличие механической смеси от химического соединения заклю-
чается в том, что в состав механической смеси тела могут входить в каких
угодно количественных отношениях, в химическом же соединении относи-
тельные количества тел, его составляющих, всегда одни п те же; так,
в сернистом железе на 4вес. части серы всегда приходите i 7 вес. •
лоза, в воде с 1 в. ч, водорода c<?-.inw.no > I .: * ' ’
химических соединений иаб.и : . . - .
взаимодействие происходит всегда между ©пре-
дел е п н ы м п весовыми от а о ше hi я XI пли п р и о б ра-
3 1 гании химически . д и п •- и и я т е л а с о е д и-
ИЯ ЮТСЯ Т о Л Ь КО В О И Г Г ..ПЫХ ОТНОШЕНИЯ X. Эт< I
закон называется м постоянных весовых от но-
ше пи п (или законам постоянства состава х и м и-
ч к и х соедик ней).
Третья особенность, отличающая химические соединения от механи-
ческих смесей, заключается в тех явлениях, которые сопровождают образо-
вание тех и других, При смешении двух тел не происходит ни выделения, ни
поглощения тепла; при образовании же химического соединения в боль-
шинстве случаев или выделяется тепло, как, наир., при образовании серни-
стого железа, или поглощается.
Тепло выделяется насчет запаса внутренней химической энергии,
которая в скрытой форме заключается в реагирующих телах (см. далее
49—53).
§ 3. Тела химически сложные и простые. Закон сохранения вещества.
Вода, как мы видели, состоит из кислорода и водорода, сернистое железо
образуется от соединения железа и серы. Такие тела, которые образуются
от соединения нескольких или же разлагаются на несколько тел, называются
химически сложными.
Большая часть тел природы являются химически сложными: мел,
мрамор, известь, гипс—вес это сложные тела.
S 3 Закон сохранения вещества 5
i
Химически сложные тела могут быть разложены на более простые,
а эти па еще более простые, пока, наконец, мы не дойдем до таких тел,
которые уже не разлагаются ни одним из известных в настоящее время
средств. Такие вещества, которые до сих лор не могли быть разложены
на более простые, называются элементами, примером их может слу-
жить кислород, водород, ртуть, железо и т. п. В настоящее время (1922 г.)
известно 87 элементов, на основании же спектрального анализа Рент-
геновых лучей можно ожидать открытия новых 5 элементов (см. прило-
жение 11-е),- Все сложные тела образуются от.соединения элементов. Так
как элементы могут соединяться друг с другом в разнообразных отношениях,
то, несмотря на такое небольшое число элементов, все бесчисленное мно-
жество сложных тел образовано от соединения между собою этих простых тол.
Следует различать понятия об элементе, как о вещественной части
сложных тел, и о простом теле, как об отдельном однородном вещество.
Напр.. простые тела: железо и сера, и элементы: железо и сера. В сернистом
железе содержатся не два простых тела: металлическое железо и сера,
а в нем содержится только вещестт 1 (плп мат -рня) этих простых тел. В железо
и сере до пх соединения находился некоторый запас химической энергии,
часть которого выделилась при их соединении в виде тепла, и в сернистом
железе находится только вещество простых тел железа и серы, лишенное
части химической энергии, находившейся в простых телах (см. §§ 49—53).
Если бы можно было лишить железо и серу части той энергии, которую они
теряют при соединении, то мы получили бы тела, которые резко отлича-
лись бы от металлического железа и свободной серы. При образовании
из простых тел сложного соединения только материя, «вещество» элементов
переходит без изменения пэ одного тела в другое. «Элемент», говорит1
А. С м и т, есть, следовательно, такой вид материи, который никогда пе
существует отдельно, он всегда соединен с некоторым количеством химиче-
ской энергии и часто с одним или несколькими другими элементами, про-
стое же тело пмеет самостоятельное существование и содержит только один
элемент. Сложное тело пли соединение содержит два или несколько эле-
ментов с некоторым количеством энергии. Как увидим далее, простых
тел, состоящих из одного и того же элемента, может быть несколько, как,
напр.: кислород и озон, красный и желтый фосфор, различные виды
серы, алмаз, графит, уголь и т. д.
Когда простые тела соединяются, при чем происходит сложное тело,
всегда сумма весов простых тел бывает равна весу происшедшего тела.
Так, когда 1 весовая часть (напр,, 1 грамм) водорода соединяется с 8-ю ча-
стями кислорода, то происходит 9 частей воды; при соединении 56 граммов
железа с 32 граммами серы получается 88 гр. сернистого железа. И всегда
при всяком химическом явлении или, как говорят, при всякой химической
реакции сумма весов веществ, участвующих в реакции, остается постоянной.
Этот закон, известный под именем закона сохранения веще-
ства или закона сохранения веса при химиче-
ских реакциях, был установлен в конце XVIH-го столетия (в 1774 г.)
Teo pit я флогистона
S 4
бессмертным французским химиком Лавуазье. Хотя еще древние греческие
философы (наир., Эмпедокл) говорили, что ничего в природе ио пропадает,
но только благодаря Лавуазье закон сохранения вещества получил опытное
доказательство и сделался основным законом всего естествознания.
§ 4. Ввиду важности ото го закона мы опишем одни из опытов Ла-
вуазье, позволивших ему показать воочию справедливость итого закона.
В прошлом столетии при самом начале научной деятельности Л а в у а з ь с
в химии господствовала т с о р и я флогистона, предложенная
в 1723 г. Сталем. Эта теория объясняла те изменения, которые совер-
шаются с металлами от действия воздуха. Известно, что железо ржавеет
на воздухе, т.-е. теряет свой металлический блеск и покрывается буроватой
ржавчиной, медь тоже изменяется на воздухе и т. д. В земле тоже по большей
части находятся металлы не в чистом виде, а в виде руд, состоящих из окис-
ленных металлов, т.-е. из металлов, соединенных с кислородом. Давно было
известно, что из таких руд1 можно получить чистые металлы, накаливая
руды с углем. В настоящее время известно, что металлы—железо, медь,
свинец н др.—суть простые тела, или элементы. Находясь в воздухе, они
изменяются, соединяясь с кислородом, находящимся в воздухе. Получен-
ные соединения называются окислами металлов. Когда руды, состоящие
из окислов металлов, накаливают с углем, то уголь отнимет кисло-
род от окисла металла, при чем образуется углекислота, а металл полу-
чается в чистом виде. Таким образом в настоящее время мы знаем, что ме-
таллы—простые тела, а окислы—сложные. По теории же флогистона было
как раз противоположное. По этой теории все тела состоят из невесомого
огневого вещества—ф л о г и с т о н а, соединенного с другим элементом,
имеющим особые свойства для каждого тела. Флогистона содержится
в разных телах различное количество. Чем более его в теле, тем последнее
более способно к горению. Уголь, напр., очень богат флогистоном, и при
горении его выделяется флогистон, который может перейти к другим телам.
Металлы, по т е о р и и- флогистона, состоят из особого землистого
вещества (по настоящему, окисла) и флогистона. Землистая часть металла,
следовательно, простое тело, при нагревании землистого вещества (окисла)
с- углем последний отдаст свой флогистон землистому веществу, которое
превращается от этого в металл.
Если мы хотим выразить вкратце уравнения мп воззрения на состав ме-
талла и землистого вещества, то мы можем написать, ио т с о р и и ф ло-
ги с т о и а:
металл флогистон+землистое вещ» юта о (окисел).
По современным воззрениям:
окисел металла металл-(-кислород.
§ 5. Для доказательства того, что выражено последним уран не пнем
Лавуазье произвел следующий опыт (рис. 2).
§ 5
Опыты Ла&уазъв
7
частях реторты и под колоколом.
Рис. 2.
Он налил в стеклянную реторту А 4 унца чистой ртути. Горло реторты
изгибалось, как показано на рисунке, и было погружено в сосуд LR, также
наполненный ртутью.
Выдающийся конец Е реторты был покрыт стеклянным колпаком
FG. Перед опытом был определен вес всей взятой ртути, весь объем воздуха,
оставшегося в приборе, т.-с. в верхних
Приготовив таким образом прибор, Ла-
вуазье нагревал в течение двенадцати
суток реторту с ртутью до температуры,
близкой к кипению последней. При этом
ртуть покрылась множеством красных
чешуек, т.-е. окислилась или преврати-
лась в землистое вещество. Красный по-
рошок этот был окисью ртути.
По истечении двенадцати суток было
замечено, что количество красного по-
рошка не увеличивалось. По охлаждении
прибора можно было заметить, что объем воздуха уменьши лея: до опыта
было около 50 куб. дюйм, воздуха, после опыта осталось42 —43куб. дюйма.
Результаты опыта противоречили теории флогистона, по которой нельзя
было ожидать уменьшения воздуха, так как при нагревании и при превра-
щении металла в окись должно было происходить выделение флогистона.
Результаты опыта были важны еще в другом отношении. Вес взятого
воздуха уменьшился настолько, насколько увеличился вес ртути прп окис-
лении, т.-е. часть воздуха не исчезла, а только соединилась с ртутью. Со-
брав полученную окись ртути и нагревая ее в трубке, Лавуазье опять
разложил ее, и при этом получилось столько газа (кислорода), сколько
исчезло его из воздуха во время опыта. Этот опыт показал таким образом,
что при окислении металл увеличивается в весе ровно настолько, сколько
исчезает кислорода из воздуха. Следовательно, при этом вещество не тво-
рится и не пропадает, но только видоизменяется
§ 6. Точно так же при дальнейших исследованиях везде можно было
доказать, что при всех наших опытах и явлениях природы масса происшед-
ших тел всегда равна массе взятых, другими словами, при всех явлениях
природы материя не творится и не пропадает, а только видоизменяется.
Все кажущиеся противоречия этому закону сохранения
материн оказываются призрачными при более внимательном рассмо-
трении. При всяком явлении, где происходит как бы творение или исчезно-
вение вещества, происходит только его видоизменение.
При прорастании зерна выходит растение, которое постоянно увели-
чивается; здесь мы видим как бы созидание вещества, из ничего. Но точные
опыты показывают, что тело растения созидается на счет тех веществ, ко-
торые оно извлекает своими корнями из земли и листьями из воздуха, и
здесь прирост растения в весе в точности равен тому, что оно взяло из воздуха
и земли.
8
Доказательства закона сохранения мстерии
§ 6
При горении свечи, дров и т. и. вещество не преподает, а. только видо-
изменяется: тела, входящие в состав свечи или дров, соединяясь с кислоро-
дом воздуха, превращаются в газообразные продукты горения.
Вес этих продуктов должен превышать вес свечп, ибо при горении
вещество свечи соединяется с кислородом воздуха.
На следующем опыте можно доказать, что продукты горения свечи
весят больше, чем весила свеча до сгорания. Па чашку весов (рис. 3) ставят
Вне. 3.
кусок стеариновой свечи (сантиметров 5 высотой); над свечой находится
ламповое стекло высотой 21—23 сантим., и 5-сантим, диаметром, укреплен-
ное с помощью проволоки (как показано на рисунке), так что под него
только что подходит верхняя часть свечи. На 5—6 сантим, от нижнего
края стекла внутри его находится модная сотка, над которой помещают
куски сухого едкого натра,—вещества, поглощающего продукты горения
свечи (т.-е. углекислоту и воду). Положив на другую чашку весов столько
разновесков, чтобы весы были в равновесии, зажигают свечу, и через не-
сколько секунд можно будет заметить, как чашка со свечой начинает опу-
скаться. Чтобы нельзя было предположить, что увеличение в весе проис-
ходит от притягивания кусками едкого натра влаги и углекислоты из воз-
духа, можно на обеих чашках весов расположить совершенно одинаковые
ламповые стекла (как показано на рисунке) и, уравновесивши их, произвести
опыт, зажигая свечу на одной из чашек.
Производя другой, .более сложный опыт, в котором взвешивают не
только свечу, но л газ, нужный для горения, можно показать, что вес про-
дуктов горения равен весу свечи, сложенному с весом газа, потребного для
горения.
§ 7 Химические таки и формулы, химические уравнения
9
В1890 г. заслуживший своими точными работами почетную известность
немецкий физико-химик Г. Л а н д о л ь т предпринял серию эксперимен-
тальных работ, законченных в 1908 г. и отличающихся поразительной точ-
ностью, с целью проверить закон постоянства веса при химических реакциях.
Емкость сосудов была значительна, вес участвующих тел колебался в раз-
личных опытах от 41,7 гр. до 416,0 гр. Весы были таковы, что максимальная
ошибка опытов достигала 0,024 миллиграмма, так что всякая разница в весе
до и после реакции, превышающая 0,03 миллиграмма, наверно могла быть
установлена, как по относящаяся более к ошибкам наблюдателя. Произведя
48 опытов над 13 различными реакциями, Ландольт пришел к окон-
чательному выводу, что при всех произведенных разнородных химических
реакциях не наблюдалось изменения общего веса взаимодействующих тел.
Доставленное Ланд ольтом экспериментальное доказательство за-
кона постоянства веса при химических реакциях находится в согласии
с результатами работ других ученых исследователей этого вопроса.
§ 7. Химические знаки и формулы, химические уравнения. Уста-
новление Лавуазье закона сохранения материи имело громадное
значение для успеха химии. Сам Лавуазье указал на то, что, благо-
даря этому закону, можно составлять уравнение для каждой химической
реакции. В самом деле, предположим, что два тела А и В действуют друг
на друга, и при этом получаются два новые тела Р и Q.
Так как по закону сохранения вещества сумма весов тел до реакции
и после реакции одна и та я-ю, то можем написать:
А + В=Р + Q.
Если в реакции участвовали не два тела, а несколько: А, В, С,...,
а получилось Р, Q, R, S и т. д., то можно написать:
А + В + С...=Р + Q + В + S...
Пользуясь подобным уравнением, можно вес одного тела вычислить,
знал веса других тел.
С помощью подобных уравнений легко в короткой, но полной форме
выражать химические реакции.
Для этого все простые тела обозначают латинскими буквами, напр.:
водород—Н, кислород— О, железо—Ре, серу—S нт. д. Сложное тело обозна-
чают, ставя вместе рядом те буквы, которыми обозначаются простые тела,
его составляющие, Напр., HgO означает красную окись ртути, которая
составлена из кислорода и водорода. PeS—сернистое железо, состоящее из
серы и железа.
С помощью подобного рода знаков легко выражать химические реакции.
Напр., уравнение
Ре + S=PeS
показывает, что железо, соединяясь с серой, образует (FeS) сернистое
железо.
JO Атомистическая теория § 8
Уравнение:
Hg + O=HgO
наказывает, что ртуть, соединяясь с кислородом, дуст окись ртути.
Мы видели, что окись ртути (HgO) при нагревании распадается на
кислород и ртуть. Это выражается следующим уравнением;
HgO=Hg + о.
Таким образом в левой части уравнения пишут взятые вещества,
а в правой—полученные.
Нужно прибавить к этому, что всякий химический знак указывает,
кроме того, известное весовое количество, называемое а т о м ныл весом
э л с м е и т а.
Что же такое атомный вес элемента? На это даст ответ нам ат ом и -
с т и ч с с к а я теория строения вещества.
§ 8. Атомистическая теория. Еще древние греческие философы
(Д е мокр ит, Л е й к и п п и др.) полагали, что тела делимы нс безгра-
нично, во состоят из множества неделимых частей. Эти мельчайшие неде-
лимые части называются атомами. Это воззрение ни в древние, ни
вередило века не могло быть распространенным в науке, так как не были
известны факты, его подтверждающие. В начале же XIX столетия англий-
ский химик и физик Долтон применил атомистическую гипотезу для объяс-
нения вновь открытых им фактов, и с тех лор атомистическая гипотеза
строения веществ лежит в основе всех наших представлении о веществе.
Сущность ее заключается в том, что все тела состоят из совокупности
малых, уже более неделимых частей, атомов, не наполняющих сплошь
пространства, занимаемого телом, а находящихся друг от друга на некотором
расстоянии. Атом каждого элемента обладает определенной формой и свой-
ствами. Атомы одного и того же элемента в точности одинаковы, но отли-
чаются от атомов другого: элемента. Напр., все атомы золота одинаковы, но
отличаются от атомов железа по своей форме и по своим свойствам. Атомы
различных элементов отличаются не только своей формой, но и своим весом.
Таково представление о строении материн и об элементах, которое по-
лучило свое развитие в первой половине XIX в. в поддерживалось такими
авторитетами, как Клерк М а к с в е л л ь, Д. И. Менделеев и др.
«В мире атомов,—говорит Кл. Максвелл ь,—каждый индивидуум не-
изменяем. Не существует ни зарождения, ни разрушения, ни изменения или
вернее даже различий между индивидуумами каждого вида». Все инди-
видуумы каждого вида имеют совершенно одинаковую величину, как пули
отлитые в одну и ту же форму. «Атомы, нз коих построены системы,—эти
кирпичи материальной вселенной,—не разрушаются и не изнашиваются».
До конца XIX в. химики для объяснения тех явлений, которые они изучали,
вполне могли удовлетвориться предположением, что атом есть неделимое,
тот индивидуум, из которого строятся вес тела, подобно тому, как из кирпи-
чей складываются здания. Но в настоящее время для объяснения многих
явлений такого взгляда недостаточно; явилась настоятельная потребность
Атомистическая теория
разложить атом на его составные части и глубже заглянуть в его строение.
Поэтому, когда мы ознакомимся с радиоактивными элементами, мы вкратце
изложим теорию строения атомов. При рассмотрении же химических реак-
ций, в коих участвуют прочие элементы, мы можем нс касаться этого вопроса
и смотреть на атомы, как ла индивидуумы, т.-е. неделимые части материи.
Мы не можем знать абсолютного веса атомов, вследствие его незна-
чительности, но мы можем определить относительный вес атомов, т.-е. узнать,
во сколько раз атом одного элемента весит более другого. Так мы знаем,
что атом кислорода весит в 16 раз более атома водорода, атом серы—в 32
раза и т^д.
Далее будут указаны методы, посредством которых можно определять
атомные веса. Благодаря этим методам известно, что атомы водорода
являются наиболее легкими из всех атомов. Поэтому-то за единицу для атом-
ных весов принимают вес атома водорода, что и обозначают так: Н=1.
Атомный вес кислорода. 0=16, серы 8=32 п т. д.
Таким образом а т о м п ы й вес элемента есть ч и с л о
показывающее, во сколько раз атом последнего
весит более атома водорода, или, иначе, скольким
атоиаи водорода по весу равняется атом дан-
ного элемента.
Первое время при определении атомных весов полагали, что атомные
веса большинства элементов являются кратными от атомного веса водорода,
иными словами, выражаются целыми числами, но дальнейшие, более точные
исследования показали, что атомные веса элементов являются дробными
числами по отношению к атомному весу водорода: так, атомный вес кисло-
рода равен 15,9, серы =31,8 и т. д. Поэтому, если принять атомный вес
кислорода равным 16, то атомный вес водорода будет не 1, а 1,008, или же
1,01. В § 21 приведена таблица атомных весов элементов по отношению
к атомному весу кислорода, принятому за 16. .
Когда, образуется сложное тело, то это происходит таким образом,
что атомы одного элемента соединяются с атомами другого и получается
как бы сложный атом, или м о л е к у л а (частиц а) сложного тела.
Напр., при образовании сернистого железа атом серы (S) соединяется
с атомом железа Fe, и получается молекула или частица сернистого железа
FeS.
Молекула, сернистого железа FeS, как показывает формула, состоит
из двух атомов, атома железа и атома серы. Молекула окиси ртути (HgO)
состоит из атома ртути и атома кислорода. Молекула воды состоит из двух
атомов водорода и одного кислорода, и потому состав ее выражается форму-
лой Н2О.
Таким образом сложное тело состоит из частиц или молекул, нахо-
дящихся друг от друга па некотором расстоянии и пребывающих в постоян-
ном движении. -
Ч а с т и ц е й и ли моле к у л о й с л о ж я о г о те л а
должно считать наименьшее количество тела
12 Движение молекул. § 9.
вступающее в химическое взаимодействие с дру-
гими частицами, или частицей тела называется
наименьшее количество вещества, могущее су-
ществовать, как таковое.
Частицы не разрушаются при механических и физических изменениях,
при химических же реакциях они изменяются, или распадаясь на отдельные
атомы, или же заменяя одни атомы другими.
По своей сложности частицы бывают очень разнообразны. Частицы
FeS, HgO, водорода Н2, кислорода. 02,азота Na (см. далее § 15) нт. д. состоят
из двух атомов, частица Н2О из трех; существуют частицы, состоящие из 4,
5, би более атомов. Частицы многих органических тел (см. далее) состоят из
нескольких десятков и сотен атомов.
§ 9. Частицы, образующие тело, находятся не в покое, а в постоянном
движении. Прп этом частица двигается не только, как одно целое, но и атомы,
образующие частицы, одарены относительным движением. Поэтому частицу
можно сравнить с солнечной системой. Подобно тому, как планеты, входящие
в состав солнечной системы, не только двигаются вместе с солнцем, но обла-
дают движением относительно друг друга, так и атомы, молекулу образую-
щие, не только двигаются вместе с ней, но и относительно друг друга.
Как же объясняется, с точки зрения этой гипотезы, различное состоя-
ние тел: твердое, жидкое л газообразное?
Молекулы всех тел находятся в состоянии непрерывного движения.
Чем выше температура тела;1 тем быстрее двигаются его молекулы. Моле-
кулы в твердом теле находятся тояю в непрерывном движении, но они ко-
леблются около некоторого своего среднего положения, от которого отходят
на очень малое расстояние. Колебания их можно сравнить с колебанием
маятника . Путь, описываемый ими при своем колебании, заключается внутри
очень малого пространства.
Нагревая твердое тело, мыусиливаем колебательное движение молекул,
и при достаточно высокой температуре, точно определенной для каждого
тела, последнее плавится и превращается в жидкость. В жидкости моле-
кулы обладают более свободным движением. Они двигаются самым непра-
вильным образом, отбрасываясь то в одну, то в другую сторону встречными
молекулами, также быстро движущимися. Поэтому в жидкостях путь моле-
кулы не заключается внутри определенных границ, как в твердом теле,
но проникает и в другие части пространства, занятого жидкостью. Но при
своем движении молекулы не могут преодолеть взаимного притяжения
всех остальных молекул, и поэтому жидкости обладают определенным
объемом.
Не все молекулы внутри жидкости двигаются с одинаковой скоростью,
одни двигаются быстрее, другие—медленнее. Если некоторые из молекул
на поверхности жидкости обладают большей скоростью и если они двигаются
из жидкости, то может случиться, что они преодолеют силы, удерживающие
нх в жидкости и улетят в виде пара в пространство, над жидкостью нахо-
§§ 10—11 Доказательства а.томштической теории. 13
дящееся* Чем выше температура жидкости, тем больше скорость движения
молекул, и тем более будет отделяться их из жидкости и улетать в виде
пара* Этим объясняется то, что чем выше температура жидкости, тем быстрее
она испаряется*
В парообразном (или газообразном) состоянии скорость движения
молекул очень велика; она настолько велика, что молекулы находятся под
влиянием друг друга самое короткое время* Если две молекулы подходят
друг к другу, то между ними происходит взаимодействие, которое можно
сравнить с ударом двух биллиардных шаров* Каждая молекула изменяет
свой путь и направляется по новому пути, по которому двигаются прямоли-
нейно до тех лор, пока не встретится с другой молекулой, от которой тоже
оттолкнется и т* д* При своих движениях молекулы не только сталкиваются
друг с другом, но ударяют о стенки сосуда, в котором оне заключены* Этими
ударами они и производят давление на стенки сосуда*
Вследствие такого свободного движения молекул, газы не могут иметь
не только определенного объема, но и определенной формы*
§ 10. Таково строение тел с точки зрения атомистической
теории, но где же доказательства справедливости такого воззрения? Таких
доказательств множество* Следующий опыт убеждает нас в «зернистости»
строения жидкостей* Если мы возьмем 50 куб* сайт* безводного спирта и
смешаем с 50 куб. сайт* воды, то объем образовавшей смеси будет занимать
не 100 куб* сайт*, а около 96 куб, сайт* Происшедшее сжатие мы легко объяс-
ним, если примем, что как вода, так и спирт состоят из мельчайших неви-
димых частиц, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, объем
частицы спирта не равняется объему частицы воды (известно, что частица
спирта занимает больший объем, чем частпца воды) и поэтому, при смешении,
частицы воды размещаются между частицами спирта, и вся смесь может
занять меньший объем, чем сумма объемов отдельных жидкостей, совер-
шенно подобно тому, как при смешении двух сортов дроби, мелкой и крупной,
происходит также сжатие, Таким образом явление сжатия, нередко наблю-
даемое при смешении жидкостей, легко объясняется с точки зрения атомисти-
ческой гипотезы, и является недоступным объяснению, если мы предполо-
жим, что объем, занимаемый каким-либо телом, заполнен последним
нацело*
§11. Не- трудно также показать, что частицы, тело составляющие,
находятся в движении; согласно теории (§ 9) это внутреннее движение наи-
более сильно у газов, и следующий опыт может убедить в том: пористый
цилиндр (рис* 4) (для этого могут служить цилиндры, употребляемые
в элементах Бу нз ена) закрыт пробкой, в которую вставлена стеклянная
трубка с, проходящая через каучуковую пробку в двугорлую стклянку,
в другое горло стклянки вставлена также стеклянная трубочка Ь, доходящая
до дна. В сткляику налита до половины вода*
Если мы накроем цилиндр стеклянным стаканом н пропустим под стакан
струю водорода как показано на рисунке справа (стр *14), или же будем
') Способы получения водорода будут описаны ниже (см. § 31)*
14 Доказательства кинетической теории. 10—11
пропускать водород в цилиндр сверху, как изображено на рисунке 4, то
водород, благодаря своей легкости, вытеснит воздух, и мы заметим, что
вода из трубочки будет бить фонтаном (как показано на. рис. 4).
Рис. 4 и
Как объяснить это? Когда пористый цилиндр находился в воздухе,
то частицы последнего при своем движении ударялись о его наружные стенки
и многие из них отскакивали, но другие, встречая на своем пути поры
цилиндра, свободно проходили через них, ибо последние, несмотря на свою
незаметную величину, являются для частиц воздуха широкими воротами;
равным образом, частицы воздуха, находившиеся внутри цилиндра, сво-
бодно выходили через поры цилиндра, но для нас это встречное движение
частиц воздуха было незаметно, ибо столько же частиц воздуха входило
внутрь, сколько выходило- Когда же мы окружили цилиндр водородом, то,
так как частицы последнего по своей легкости двигаются быстрее частиц
воздуха,—равновесие нарушилось: число частиц, вступающих в цилиндр,
превысило число частиц, из него уходящих, давление газов в цилиндре по-
высилось, что и обнаружилось выбрасыванием из сосуда струи воды.
Этот опыт убеждает что действительно, газы состоят из частиц,
находящихся в движении, при чем скорость движения частиц газов не оди-
накова для различных газов.
12-14
Законы газового состояния.
76
Опыты и теория показывают, что при одинаковой температуре ско-
рость движения м о ле к у л различных газов об-
ратно пропорциональна квадратным корням из
их плотностей. Так, плотности водорода и кислорода относятся,
как 1 :16, а скорости движения их молекул, как 4 : 1=]/16 :
§ 12, Доказательство движения молекул в жидкостях можно видеть
на следующем опыте: если мы раствор какого-либо тела, напр*, сахара,
медного купороса и многих других тел, нальем в цилиндр, и затем осторожно
нальем сверху слой чистой воды, то мы заметим, как постепенно растворен-
ное тело проникнет из-нижних слоев в верхние, следовательно, частицы его
двигаются вверх, преодолевая действие тяжести,
Одним из наглядных доказательств движения молекул в жидкостях
служит Броунов о движение, впервые подмеченное ботаником Б р о у н о и
в 1827 г. Оно состоит в том, что частицы, взвешенные в жидкости, совершают
более или менее беспорядочные движения: частица, несущаяся в каком-
либо одном направлении, вдруг без видимой причины резко изменяет его
под тем или другим углом, в новом направлении проносится некоторое
расстояние и затем снова изменяет его, и так без конца* Частицы стал-
киваются, отскакивают друг от друга, летят во всех направлениях*
Чем больше частица, тем медленнее она движется: та к,«частицы диаме-
тром в 1,3 ц (миллимикрон или 0,000001 миллиметра) двигаются со
скоростью в 2,7 р в 1 секунду, диаметром в 0,4 р — со скоростью
в 3,8 и и т* д*
Броуново движение не зависит от внешних воздействий: оно происхо-
дит одинаково в городе, по улицам которого совершается оживленное дви-
жение, и в иоле, вдали от всяких сотрясений, днем или ночью, Повышенно
температуры ускоряет движение* В настоящее время, благодаря трудам
Ж* Перрена, доказано, что причина Броун о во г о движения
кроется в, движении молекул жидкости: взвешенные частицы двигаются
вследствие ударов, которые они получают со стороны молекул жид-
кости*
§ 13. Движение молекул в твердых телах доказывается тем, что многие
тела, наир., сера, олово и др* тела, при хранении переходят из одной кри-
сталлической формы в другую, или же из аморфного состояния в кристал-
лическое* Далее будут приведены несколько примеров такого перехода
(см* §§ 82, 83, 231).
$ 14. Законы газового состояния тел. В газообразном состоянии
теп между объемом, давлением и температурой существует очень простое
соотношение* Это соотношение может быть выведено на основании сле-
дующих заколов:
а) закон Б о й л я - II а р и о т т а, по которому при постоян-
ной температуре объем одного и того ж е коли-
чества газа изменяется обратно давлению и
16
Законы газового состояния
§ 14
Ь) закон Шарля Гей-Люссака, по которому объем газа
при постоянном давлении увеличивается при
изменении температуры на 1°Ц. на—того объем а,
J7 о
который газ занимал при 0°.
Согласно закону Бойля-Мариотта, если т и Vj будут
объемы данной массы газа, а р и рх—соответствующие им давления, то
(I)... v : vx=p1 : р или vp=v1p1=const,
т.-е. произведение из объема газа на его давление, при постоянной темпе-
ратуре, для одного и того же количества газа есть величина постоянная.
Если обозначим объем газа при температуре t через v<, а объем газа
при 0° через v0, коэффициент же расширения газов через а, то по закону
Гей-Люссака, имеем:
Следовательно:
/ t \ v0 / \
v'=vV+W=273\ 73+7*
Полагая 273 + t=T, имеем
..............®п-
Т—точно taK же, как 273, есть не что иное, как температура газа,
считаемая от так называемого, абсолютного нуля, т.-е. точки,
лежащей на 273 градуса ниже 0° по термометру Цельсия.
Согласно последнему уравнению можно сказать, что при по-
стоянном давлении объемы одного и того же ко-
личества газа будут относиться, как темпера-
туры, отсчитываемые от абсолютного нуля.
Выражение I и II мы можем соединить в одно, выражающее связь
между температурой, объемом и давлением.
Пусть известное количество газа занимает объем а под давлением р
при температуре t, при температуре же 0° Ц. объем его будет равен г0 при
давлении р0. Найдем соотношение между этими величинами. Для этого пред-
положим, что мы, оставляя давление равным р, будем охлаждать газ до
0° Ц., при чем обозначим объем его при этой температуре через v'.
По закону Бой л я -Мариотта
а’ . p=vopo.
По закону же . Шарля Гей-Люссака
v' v,
2’73
§ 15 Закон. Авогадрр-Ампера. 17
Исключая v' из этих двух уравнении, получим
V=w=R- ...............................Ш.
1 Z г о
Под R мы обозначаем некоторую постоянную величину, вполне опре-
деленную, для каждого весового количества газа.
Зная количество газа, мы легко можем вычислить И.
Напр., если мы возьмем 1 гр. водорода, то v0 равно при 0° и 760 mm.
давления 11,130 литров или 11130 куб. сантиметров. Давление р0 нужно
выразить в весовых единицах: на один квадратный сантиметр давит столб
ртути в 76 сантиметров высотой; так как уд. в. ртути относительно воды
равен 13,596, то вес этого столба ртути равен 13,596X76=1033,3 гр.
_ „ 11,130x1033,3
Следовательно, Е=----------— =42100 т).
Следовательно, R=ll,130 X 1033,3=42100 т).
Таким образом-для 1 гр. водорода имеем: В,=42100, и из формулы III
получаем:
pv=42100 Т........................ IV.
Для 2 гр. водорода вместо 42100 нужно поставить 2.42100, для
3 грамм — 3 х 42100 и т. д., для п граммов водорода n X 42100.
Что обозначает величина p.v? Представим себе,
что газ заключен в. цилиндре, в котором свободно
скользит поршень, площадь которого равна А (рис. 5). ---------
Давление газа на единицу площади назовем через Р. ~ \
Тогда полное давление газа на поршень равно Q=P.A. Л
Так же выразится внешнее давление на поршень. Пусть ВНИ'
теперь количество газа увеличивается на некоторую ве-
личину, так что при том же давлении Р объем увели-
чится и поршень продвинется вперед на расстояние х.
Объем газа увеличится на V=Ax. При этом газ со- --------------
вершит внешнюю работу, равную поднятию груза Q на Р1(С 5
высоту х, т.-е.
W=Q.x=Ax. Р=Р . V.
Итак, Р. V. представляет величину внешней работы, которую совер-
шает газ, выделяющийся при давлении Р, при увеличении его объема от
О до V. Таким образом 42100 Т в формуле IV представляет число граммо-
сантиметров, потребных для этой работы.
§ 15., Закон Авогадро-Ампера. Основываясь на том, что все газы
относятся, согласно законам Бойля-Мариотта и Гей-Люс-
х) Если выразим давленпс в атмосферах, а объем —в литрах, то получим следующее
значение для R1:
Каблукоп. Неоргмь химия.
о
18 Закон Авогадро-Ампера § 15.
сак а, одинаково к температуре и давлению, можно предположить, что
в газообразном состоянии строение всех тел не только в качественном отно-
шении, но и в количественном сходно. Такое предположение было выска-
зано в 1811 г. итальянским химиком А в о г а д р о, и в 1814 г. француз-
ским физиком Ампером, предложившими гипотезу, по которой все
газы при одинаковых температурах и давлении
в равных объемах содержат одинаковое число
частиц. Эта гипотеза впоследствии была настолько веско подтверждена
фактами (из области как химии, так й физики), что ос называют не гипотезой,
а законом.
На основании этой гипотезы очень нетрудно определить относительный
вес частиц. Предположим, что мы имеем равные объемы (напр., 1 литр)
двух газов: водорода и какого-либо другого газа, напр., кислорода, азота
и т. п. Обозначив вес литра водорода через Q и вес литра другого газа
через Р, число частиц разных газов в равных объемах, по гипотезе Авогадро,
будет одинаково; примем его равным х; если мы обозначим вес частицы
водорода через Мь, а вес частицы другого газа Мя, то будем иметь:
х.М,=Р
х . Mft=Q,
откуда j\'f„ Р
Отношение — есть не что иное, как число, выражающее удельный вес
Q
данного газа относительно водорода. Обозначим его через D.
Удельный вес газов легко определяется опытным путем по отношению
к водороду или воздуху (см. далее, § 18).
Выражение V показывает, что веса ч а с т и ц и л и молекул
двух тел относятся, как их п л о т*н о с т и (в газо-
образном состоянии)1).
За единицу для измерения частичных или молекулярных весов берется
та же единица, что для измерения атомных весов, т.-е. вес атома водорода
Н=1. г '
Впоследствии мы познакомимся с теми фактами, па основании которых
мы принимаем, что частица водорода состоит из двух атомов, т.-е. МА=Н2=2
(см. §§ 63 и 64).
Подставляя эту величину в выражении V, получаем
—=D; или М =20..................VI.
2
1) Удельным весом газа (по отношению к водороду) называется число, показывающее^
во сколько раз вес данного газа больше веса водорода, взятого в том же объеме при оди-
наковых температуре и давлении- Плотностью же газа называется его количество в еди-
нице объема, она измеряется весом едпигцы объема.
$$ 16—17. Закон Авогадро-Ампера. 19
Т.-е. вес частицы какого-либо тела равен его удвоенному удельному
. по отношению к водороду. Так как водород в 14,4 раз легче воздуха,
удельный вес газа по отношению к водороду будет' в 14,4 раз более его
удельного веса по отношению к воздуху. Называя через В' удельный вес
газа по отношению к воздуху, имеем:
M„=2D=2 . 14,4D'=28,81)..... VII
Зная удельный вес газа, легко вычислить по ф. VII его молекулярный
вес, т.-е. узнать, во сколько раз частица газа тяжелее одного атома водо-
рода. Так, удельный вес паров воды по отношению к водороду равен 9,
отсюда вес частицы воды М=2.9=18, т.-е. частица воды в 18 раз тяжелее
атома водорода. Формула частицы воды, Н20, показывающая, что частица
воды состоит из 2-х атомов водорода (2) и 1 атома кислорода (16), выведена
на основании выражения VII.
§ 16. Если мы возьмем 32 гр. кислорода, 28 гр. азота, 2,016 гр. водо-
рода и т. д.. одним словом, граммомо л с к у л ы или моли газов
(т.-е. столько гр; мм > . ...л/г г газа, сколько единиц в его молекулярном
весе), то такие количества газов, согласно закону Авогадро, при одинако-
вом давлении и температуре занимают равные объемы и потому для них R
имеет то же значение, что для 2,016 гр. водорода, т.-е. R =84200 х 1.008=
=84900 (СМ. § 14).
Таким образом для граммомолскулы всех газов имеем следующее
выражение:
Р . V =84900 Т.....................VIII.
Ясно, что если в объеме V при давлении Р и температуре Т находится
не одна граммомолекула, а п, то уравнение VIII превращается в
PV=n . 84900 Т х)....................IX.
§ 17. Этим уравнением можно пользоваться для решения многих
задач.
Покажем это на следующих примерах:
1. Определить, какой объем в литрах занимают 5 гр. водорода при
давлении 72 см. ртутного столба и 27° Ц.?
Для того, чтобы решить эту задачу, нужно в уравнение (IX) подста-
вить данные величины для n, Р и Т, при чем нужно помнить, что в этой
формуле Р выражено в граммах на 1 кв. сайт., V—в куб. сайт., а. Т=
=273+t, где t—температура по термометру Цельсия. Поэтому вместо
5
72 сантим, нужно подставить 72 . 13,596; н=^-^=2,48, таким образом
имеем:
72 . 13,596. 7=2,о.84200 (273+27), *•)
*•) Если же вместо К мы возьмем Ra (см. урав. IVa), то ура внеипе IX изменится так;
Р . Лг=п.2.0,041(1Т=н.О,0820 Т.........1Ха.
2*'
20
Задач I
§ Па.
откуда: 2 48.84900.300 V=— ———=64490 KviT. 72 . 13,596 =64,49 литр. .
2. Требуется найти вес 80 литров углекислоты при 7- и 30*.
Молекулярный вес углекислоты С02 равен 44 гр.
Объем граммомолекулы (44 гр.) газа при 78 сайт, и 30 :. . ‘я
по формуле: у-84900 (273+30) 78 . 13,596,
Отсюда вес 80 литров вычисляется по следующей пропорции:
ИЛИ; х : 44=80000 : V, 44 . 80000 , 78 . 13,596 х= =145,7 гр. 303 . 84900
§ 17а. Для решения вопросов, касающихся объемов, занимаемых
тем пли другим количеством газа, нужно помнить, что граммомолекулы
(или моли) всех газов, т.-е. 32 гр. кислорода, 28 гр, азота. 2.016 гр. водо-
рода, 44 гр, угольного ангидрида, 17 гр. аммиака и т. д. занимают при О’
м 76 сапт. давл. о.'ьлм в 22.4 или __ ? к\'. с.чнт. Зная это, легко
решать задачи. ib-Дйбпые сл тую ч:
1. 32 гр. кислорода заключены в сосуд емкостью в 1 литр.
Какое давл> ни- инн пр
. О т в е г: ;юры.
2. 8,5 гр. аммиака заключены в сосуд емкостью в 2 ггра при 27* Ц.
Какое давление ими производится на стенки сосуда?
8,о X 22,4 X 300
Ответ: Р=----------------=12,3 атмосферы.
17 X 273
3. Каков объем граммомолекулы кислорода при 20° и 750 миллим.?
„ 22.4 X 70 X 293
Ответ; \ =----------------------=24,92 литра.
75 X 273
4. Сколько литров угольного ангидрида при 0° и атмосферном давле-
нии образу гея при сгорании 6 гр. угля? Сколько литров кислорода для
этого требуется?
Ответ: 11,2 литра.
О Можил воспользоваться также уравнением IXtt. При этом нужно принять во вни-
мание, что P=l^, ffe=0,0820, п=2,48. Подставляя ani величины п уравнение 7Хн, получаем:
=2,48.0,0820.300
<6
2,48-0.082.300.76 _ ,
V =----------—---------64,49.
; 176. Число Авогадро. 21
§ 17б. Число Авогадро. Граммомолскулы всех тел, как видно из опре-
...цпя, содержат одинаковое число молекул. Вопрос о числе молекул
таза в определенном объеме газа давно занимал, ученых. Венский физик
Лошмндт один из первых (1865 г.) определил приблизительно число моле-
кул в 1 куб. см. газа. С тех пор методы определения числа молекул значи-
тельно усовершенствовались и в настоящее время число это определено
с гораздо большей точностью. Нс входя в описание этих методов, укажем,
что в настоящее время принимают число молекул, составляющих одну
граммомолекулу (моль) водорода или какого-либо другого тела (так
называемое число Ав о гад р о) N =6,064 X 1023. Отсюда число Лошмвдта,
т.-е. число молекул, заключающихся в 1 куб., сантиметре
L=6,064 X 1023:22400=72. 1018-
Один же кубический миллиметр содержит 27.10:а (27 тысяч биллио-
нов) молекул. Такое число наше воображение отказывается представить.
Если принять, что население всего земпого шара в 1911 г. было равно
16.lv ( ю.ООО то попа топилось бы более 16.000.000 планет, равных на-
шей земле, чтобы л.--.? епп ь столько . и. нр> ли'.мага я такую же густоту
населения, как па земле.
Даже в самом малом объеме, какой мы еще можем различить нево-
оруженным глазом (это приблизительно куб с длиной ребра, в 0,1 мм.), при
нормальных условиях заключается еще пе меньше 3.1013 газовых молекул.
Современные хорошие ртутные насосы могут доводить разреженно
до такой степени, что давление производится почти только шарами ртути,
упругость коих при 10° равна 0,00085 миллим, ртутного столба, что соста-
вляет
0,00085 : 760=1,11 . 10“*
пли около одной миллионной атмосферы. Следовательно, число молекул
ртути в одном кубическом сантиметре при таком разрежении равно
2432 . 1О10, т.-с. это число в 60000 раз 6o.ii населения всей Британской
империи (считая с колониями), коего в 1911 г. считалось около 405.000.000.
Если предположить, что при погружении пустого приемника в жид-
кий воздух упругость паров ртути уменьшится в миллион раз.-то л тогда
население ртутных молекул в одном кубическом сантиметре будет равно
24.320.000, т.-е. это «пустое» пространство будет заключать во много
раз более обитателей, чем город Москва.
Зная число молекул, заключающихся в 1 граммомолскуле (N= 6,064.1023),
можно легко вычислить вес одной молекулы того или другого тела, деля
молекулярным вес на N. Так, для водорода получаем:
2 : 6,064 X 102S=3,3 . 10~24 или
33
-------------------------------- грамма
10,000.000. ООО. 000.000.000.000.000
Вес молекулы кислорода равен 52.10— **.
Способ Виктора Мейера.
8
п
Рис. 6.
Такая молекула по сравнению с нашим телом тоже, что последнее по
отношению к массе солгща.
Для того, чтобы дополнить эту картину молекулярного строения га-
зов, укажем, что эти молекулы летят с громадными скоростями, так, наир.,
.молекулыводорода двигаются со скоростью около 1859 метров, кислорода—
около 465 метр., угольной кислоты — 400 метр, в 1 секунду и т.д. Но так как
молекулам приходится всегда двигаться в густой толпе себе подобных,
беспорядочно двигающихся по всевозможным направлениям, то может
потребоваться немало времени для того, чтобы какая-лпб " гпдая молекула
прошла путь в известном направлении, напр.. <. о.пюй стенки куба (1 куб.
М'-тр до прптш <’ л.'ЖН"!!. так как молекула при
своем движении бессчетное число раз будет от- .
брошена в сторону, и се путь является очень за-
путанном ломаной .тинной.
§ 18. Определение плотности пара по способу
Виктора Мейера. Прибор (см. рис. 6) предста-
вляет подобие термометра: трубка около 60 сайт,
дл. и 6 мм. диаметра оканчивается резервуаром
в 30сайт, длиной и около 100 куб. сайт, емкости.
К верхнем части узкой трубки припаяна газоот-
водная трубка а в 14 сайт, длиною и 1 мм.
шириною.
Верхняя часть прибора d закрыта пробкой к.
Против газоотводной трубки а припаяна не-
большая трубка е, в которую вставлена, стеклян-
ная палочка g, служащая для того, чтобы под-
держивать небольшую ампулку со взвешенным
веществом, плотность пара которого желают
определить.
Опыт начинается с нагревания резервуара
до определенной температуры. Эго делается таким
образом, что прибор А опускается в стеклянный
сосуд, имеющий ПйДоби широкой лр' бпркп,
в к-горой находится жидкость, паром которой
нагревается резервуар. Когда последний принял
температуру кипящей во внешнем сосуде жид-
кости, газоотводную трубку а опускают в во-
дяную ванну и, если мениск воды не изменяет
положения, подводят под градуированный ци-
линдр ш, наполненный водой.
Отодвигая палочку g, пропускают ам-
пул ьку с веществом в резервуар, дно которого
пред.варительно выстилают асбестом. Навеску берут не более 1 деци-
грамм,’1- Лишь только вещество попало в резервуар, оно тотчас испаряется
п вытес. чяе1‘ воздух через газоотводную трубку в градуированную. Опыт
19.
Условия химические реакций
i.-ii’i н, когда прекратилось выделение пузырьков. По окончании опыта
. ; щуированный цилиндр переносят в водяную ванну и измеряют объем
гнедуха в нем при комнатной температуре водяной' ванны и атмосферном
давлении (погружая цилиндр в ванну до тех пор, пока внутренний и
внешний уровни воды будут на одной высоте).
Плотность (D) пара относительно воздуха вычисляется по следующей
Формуле:
^_Сг.(1 + 0,003667.t.).760_G.(l 4- 0,003667.0.587780
~ V,0,0012932(B—-w) (В—w).V,
где G— навеска; V — объем воздуха; t— температура ванны; В — ат-
. мосфсрное давление и w — упругость водяного пара при температуре во-
дяной ванны.
§19, Условия химических реакций. Для того, чтобы произошла
химическое изменение, не всегда бывает достаточно, чтобы тела, участвую-
щие в н м, пришли в сопри к -с овешь . На примере соединения железе
с серой мы видели, чтс пр соприю новение ж-леза с серой недостао
точно, чтобы произошло соединение этих тел; для этого нужно их нагреть-
Главнейшне условия, влияющие на химические реакции, суть следующпе-
а) Степень нагревания. Для того, чтобы произошла
химическая реакция, нужна известная температура,напр., для соединения
серы с железом нужно нагреть смесь этих тел, хотя бы не всю, а только
в одном месте, чтобы соединение серы с железом началось; при этом выде-
ляется тепло, которое нагревает соседние частицы серы и железа настолько,
что они тоже соединяются, выделившееся тепло нагревает следующие ча'
сгицы и т. д., соединение идет по всей массе. Точно так же уголь может на-
ходиться неопределенно долгое время в присутствии кислорода и не со-
единяться с ним. Нужно накалить часть угля, чтобы он начал соединяться
с кислородом. Тепло, выделяющееся при сгорании, будет нагревать сосед-
ние частицы настолько, что они тоже будут соединяться, и таким образом
раз начавшееся горение, при достаточном притоке кислорода, окончится
не ранее, как сгорит весь уголь.
Таким образом нужна известная степень нагревания, чтобы могла
произойти данная химическая реакция, но, с другой- стороны, при очень
высокой температуре реакция тоже может не пойти, так что всякое
сложное тело может образоваться только при
известных пределах температуры, выше и ниже
которых оно не происходит: так. вода не может образо-
ваться из кислорода и водорода при низкой температуре. Нужно нагреть
водород, чтобы он загорелся, и только тогда образуется вода, полученная же
вода может существовать в довольно широких пределах температуры. Но
если мы нагреем водяной пар выше 1000°, то при этой температуре вода не
будет уже существовать, но разложится на свои элементы — водород и
кислород; выше 1000° водород не может соединяться с кислородом.
,24 У слота хммичсски.г реакЧ'Г, § 19.
Равным образом множество сложных тел не v существовать при
высоких температурах, и как только температура их - ч?т известный
предел, сложные тела начинают распадаться на Gn >• простые. Темпера-
тура, при которой это совершается,бывает различна: так, гр'мучертутная
соль, которая кладется в пистоны или ружейные патроны, р влагается при
нагревании несколько высшем, чем 170°. Множество оргии ; екпх тел,
входящих в состав растительных или животных организмов, нс выдержи-
вают нагревания до 250° и начинают разлагаться. Мел, мрамор при нагре-
вании свыше 600° распадается на окись кальция (негашеную известь) и
углекислоту. Таким образом при высоких температурах не могут суще-
ствовать множество таких сложных тел, какие существуют при низких.
Ъ) В л и я н и с гальванического тока. Действие галь-
ванического тока па сложные тела во многом сходно с действием тепла.
Так, вода под действием гальванического тока разлагается. Множество слож-
ных тел, способных проводить электричество, разлагаются при прохожде-
нии порез них тока. Такие тела называются электролитами. При
прохождении тока, через электролиты, последние разлагаются так, что
одна часть собирается около положительного электрода, а другая — около
отрицательного. Так, при пропускавши тока, через раствор модного купо-
роса па отрицательном электроде выделяется м л . а ж ".т •> положитель-
ного собирается серная i • ,л. Д йстгию си.тьИ"Г'> гальванического
тока не могут противостоять самые прочные химические соединения, и по-
этому благодаря ему были открыты вовне тела. Так. Де в и по сучил но-
вые металлы калий и 1 ’ ' : г; я т.-.ц, i jkoi ка.тп и едкий натр, —
те ia до г го времени считавшиеся неразложимыми Под влпялпем электри-
чества происходит не только разложение тел, по и соединение их. Так,
озон образуется из кисл< р<,да под влиянием тихого ра гряда олектрпчества.
с) Действие света. Многие сложные тела разлагаются под
влиянием световых лучей. Так, многие серебряные соли чернеют (вслед-
ствие выделения серебра) от действия лучей света. На этом основана фото-
графия.
Действием световых лучей вызываются та к дю некоторые реакции
соединения: напр., под влпянпом вх происходит соединение водорода
с хлором. Сложная рсакпия разлож'-ппя углекислоты в листьях растений
п усвоение ими углерода пе может нтти без участия лучей света.
d) Механические влияния имеют также большое значе- •
вис для прочностц многих соединений. Многие вещества разлагаются от
одного трепня плп удара. Напр., подпетый азот разлагается со взрывом от
удара; смесь серы с бертолетовой солью загорается при трении.
е) Так как химические силы могут проявлять свое, действие только па
очень малых расстояниях, то для того, чтобы могла прозойтп химическая
реакция, реагирующие тела должны притти в тесте соприкосновение.
Поэтому химические реакции легко идут в газообразной среде, где молекулы
реагирующих тел, при своем движении, сталкиваются и при этом между
ними может происходить хппмическое взап но действие. При сливании двух
Jj 20. Виды реакций
взаимно растворяющихся жидкостей, химически действующих друг на друга,
реакция тоже легко происходит. Если же жидкости не растворяются друг
в друге, то необходимо взбалтывание для того, чтобы увеличить число точек
соприкосновения жидкостей и тем ускорить реакцию. То же самое можно
сказать и о реакции между газообразным телом и жидким. Здесь тоже необхо-
димо взбалтывание. Наир., серная кислота не поглощает маслородного газа
при обыкновенных условиях прикосновения, но при продолжительном взбал-
тывании происходит соединение серной кислоты с маслородным газом.
Твердые тела, для того, чтобы они могли реагировать друг на друга,
необходимо измельчить и затем тщательно перемешать друг с другом. Но
в этом состоянии многие толане реагируют друг на друга. Если же подверг-
нуть их очень сильному (в несколько тысяч атмосфер) давлению, то они
соединяются даже при обыкновенной температуре.
Так, порошкообразная смесь серы с металлами под давлением в 6000
атмосфер превращается в сернистые металлы. Порошки многих металлов
при таких условиях щютзрагпаются в спл.чвы этих металлов (см. далее главу
VIII, § 182).
§ 20. Вес разнообразные случаи химических превращении можно
привести к трем главным типам:
1. Реакции соединения. Примером таких реакций может
служить образование сернистого железа из серы п железа, в оды из водорода
и кислорода, окиси ртути из ртути и кислорода. В реакции соединения из
двух или нескольких тел образуется одно; число тел, образующихся, менее
числа тел взятых Уравнение реакции соединения таково:
А + В 4- G = АВС.........
где А, В, С обозначают тела, взятые до реакции, а АВС—тело полученное.
2. Р е а к цп и разложения обратны реакциям соединения.
При ппх число тел, получающихся, больше числа тел, взятых в реакцию.
Примером таких реакций может быть разд женин воды на кислород и водо-
род, окиси ртути на ртуть и кислород и т. п.
АВС. . .=А +В +С...
3. Реакции перемещения или же реакции за-
мещения. При таких реакциях число тел действующих равно числу
тел происходящих. Напр., взяты два тела А ц В, и от взаимодействия нх
образуются два новых тела С н D,
А+ В = С + D.
Примером таких реакций может служить действие железа на водный
раствор медного (или синего) купороса. Если мы опустим в такой раствор
пластинку желоза, то па ней выделится медь, а в раствор перейдет часть
железа, и о бразуется железный купорос.
Fe + CuS04= Си + FeSOj.
Медный Железный
купорос. купорос.
:'> Лла-С1"]’н.11^1л111я §§ 20—21.
Реакция заключается в том, что атом люд- : ч место атома
меди в молекуле медного купороса или, как говорят. : ш.о г его, и от
этого получается молекула железного купороса.
Так же можно вытеснить серебро, ртуть из рас л >ра - - < -л погру-
• жая в них медные пластинки. Подобными реакциями част пользуются
в технике.
§21. Классификация элементов, металлопды и
металлы. Как было сказано в § 3-м, все бесчисленные сложные тела
состоят из немногих элементов, которых в настоящее время известно до 87.
Число это может измениться и достигнуть д-- у-?, к.и; это м-.-жп-> ожидать
на основании спектра гьнэтю анализа 1 ’ птг он - в ы х луч- и (см. дальше
таблицу периодам- его -и спет- мы >.1-м- нт- -в в приЛ'-ж- ни г TI.)
Все элементы могут бы ь рю.,[1Л:Яы на дв- больших группы: ме-
таллы и металлоиды. К первым принадлежат такие тела, как
железо, медь, цинк, олово, серебро, золото, платина и множество других.
Все они отличаются особым блеском и способностью сравнительно легко
проводить тепло и электричество. Металлоиды (напр., уголь, сера, фос-
фор, кислород и т. п.) не обладают этими свойствами, но нужно заметить,
что разграничить резко два класса этпх тел нельзя, так как между ними су-
ществуют переходы. Притом некоторые металлоиды могут являться в раз-
личных видоизменениях и походить на м-таллы.
Так. углерод может явиться в пил- графита. алмаза и угля. Графит
обладает блеском и другими свэт > эти *• л. а, уголь же и алмаз лишены
этих свойств. Фосфор также известен в вп.л металлического, обладающего
блеском и способностью проводить электричество. Таким образом резкой
границы между металлоидами к металлами провести нельзя, хотя в край-
них пределах оба класса простых тел ясно различаются.
В заключение мы приведем таблицу элементов, расположенных
в алфавитном порядке. В этой таблице в первом столбце приведено название
элемента, во втором—его химический знак, в третьем—атомный вес.В нее
не вошли радиоактивные элементы, атомные веса коих ие вполне точно опре-
делены, а именно: актиний, ионии, полоний и протактиний.
§ 21. Интернациональные атомные веса на 1922 г.
0=16.00 Висмут .... . . . Bi 209,0
Азот . . . . N 14,01 Водород .... . . . Я 1,О<
Алюминий А1 27,1 Вольфрам . . . . . W 184,0
Аргон . . . А 39,88 Галодними . . . . . Gel 157,3
Барий . . 137,4 Галии .... . . . fta 70,1
Берилий . Be 9,1 Гелий ... Не 4,0
Бор . ♦ * . В 10,9 Германий . . . . . (хС 72,5
Бром . . . Вг 79,92 Гольмий . . . . . . Но 163,5
Ванадий . V 51,0 Диспрозий . . . . Бу ' 162,5
20-21. Таблица элемен шов 2/
• . , . . ... Ес 65,84 Празеодимий . . . . Рг 140,9
Золоти ♦ , , . . Ан 197,2 Радий .... . . . Па 226
Индий . ... In 114,8 Родий ...... . . . Rh 102,9
Иридий . . . .... 1г 193,1 Ртуть . . . Hg 200,6
Иттербий Yb 173,5 Рубидий . . . . . . Rb 85,5
Иттрий . . . . . . Y 88,7 Рутений . . . . . . Ru 101,7
Иод . . . . . . . J 126,92- Самарий . . . . . . Sm 150,4
Кадмий . . . .'. . . Cd 1124 Свинец .... . . . Pb 207,2
Калий * , . . . . . К 39,10 Селен , * * Se 79,2
Кальций . . 40,07 Серебро . . . Ag 107,88
Кислород . . . . . . О 16,00 Скандий, . . . ... Sc 45,1
Кобальт , * .... Со 58,97 Стронций . . . . . . S' 87,6
Кремний / . .... Si 28,3 Сурьма" ... . . . . . Sb 120,2
Криптон , . .... Кг 82,92 Сера . . . . S' ' 32,07
Ксенон . . * 130,2 Таллий . . . . . . T1 204,0
Лантан . . . .... La 139,0 Тантал ... . . . Ta 181,5
Литий . . . . ... Li 6.94 Теллур .... . . . To 127,5
Лютенций . . .... Lu 175,0 Тербий .... . . . Tb 159,2
Магний . . . .... Mg 24,32 Титан . . Ti 48,1
Марганец . . . . . Мн 54,93 Торий .... . . . Th 232,1
Молиоден . . .... Mo 96,0 Тулий ..... . '. . Tu 169,4
Мышьяк . . .... As 74,96 4 Углерод . . . . . . c 12,00
Медь . . . . . . . . Cu 63,57 Уран . . и 238,2
Натрии . . . .... Na 23,00 Фосфор . p 31,04
Неодимий .... Nd 144,3 Фтор . . . F 19,0
Неон . . . . . . . . Ne 20,2 Хлор .... Cl 35,46
Кинкель . . . . . . Ni 58,68 Хром . . . Cr 52,0
Питон . . . .... Nt 222 Цезий Cs 132,81
Ниобий . . . . . Nb 93,5 Церий .... . . . Ce 140,3
Олово . . . . . . . . Sn 118,7 Цинк . . . Zn. 65,37
Осмий . . . .... Os 190,9 Цирконии . . Zr 90,6
Палладий . . . . Pd 106,7 Эвропий . . . . . . Eu 152,0
Платина. . . .... Pt 195,2 Эрбий .... ... Er 167,7
§§ 22-23.
ГЛАВА II
Вода, Водород. Кислород
22—23. Очищение веды. — §§ 24—27. Свойства воды: химические и физические. — § 28* Рас-
творы* — § 29. Виды воды в природе.— § 30, Диссоциация воды. — §§ 31—40. Водород.—
§§ 41—43. Кислород* — § 44. Классификация окислив. — §§ 45—4$. Пламя, строение пламени* —
§§ 49—53* Химическое сродство. — § 54. Озин* — §§ 55—56* Перекись водорода. — § 57 Закон
кратных OTiioineuniL
§ 22, Нас окружает бесчисленное множество тел и каждое из них
может служить предметом химического исследования: для того, чтобы на-
чать наше знакомство с теми методами, какими производится получение
того, что подразумевается под словом химически чистого тела,
мы возьмем одно из наиболее распространенных тел в природе—году.
Как известно, в природе существует много видов воды: дождевая,
ключевая, речная, колодезная, минерал . , .. j ч я и т. io д.
Но не трудно покапать* что все эти виды воды не представляют собой
однородных п возьмем, папр.. наиболее чистую воду дождевую и будем
се вываривать в чашке: когда опа вся попарится, в чашке останется некото-
рое ь х’шчество твердого остатка; епр более обильные остатки получаются
при выпар .ашпг речноА и пр. вод, Этот «шит показывает, что дождевая
(и проч.) вода лредс к ими i собой смесь раепород] гх тел; эта вода ле по всей
массе одинакова, ибо одна часы, ее обладает способностью испаряться,
а другая остается в виде твердого остатка.
Эта неоднородность воды иной раз прямо видима, когда вода, как
говорят, мутна, что происходит от того, что в ней взвешены частицы каких-,
либо твердых тел.
§ 23. Для очищеппя воды от взвешенных частиц прибегают к филь-
трованию. Для этого d стеклянную воронку вкладывают так называемый
ф и л ьт р, т.-е. конус из непроклеепной бумаги, куда и наливают воду.
Прозрачная жидкость, прошедшая через фильтр, называется фильтр а-
т о м. Для очищения воды может также служить древесный или животный
уголь, который способен удерживать в себе некоторые красящие и паху-
чие вещества. Для очищения большого количества воды взвешенных
в ней частиц, ее пропускают через ряд слоев из угля н носку.
Вода, очищенная фильтрованием от твердых примесей, содержит
в себе растворенными различные тела.. Если желают получить химически
чистую воду, то ее получают перегонкой или дестилляцлей. Для
этого воду кипятят в закрытых металлических котлах или кубах, и полу-
чающийся при этом пар заставляют проходить через длинную изогнутую
< 24. Очищение воды 29
: (холод и ль ин к), окруженный холодной водой. Пары при
сгущаются и из холодильника будет вытекать чистая вода, все же твер-
прнмеси будут оставаться в перегонном кубе.' Холодильник изнутри
должен быть хорошо вылужен, т.-е. покрыт слоем олова.
Рис. 7 изображает перегонный аппарат для воды, употребляемый
влабораториях. Медный сосуд В вмазывается в печь, такой же шлем А со-
единяется с медным, внутри вылуженным (или же с оловянным) холодильни-
ком D, помещенным в кадку, куда протекает снизу холодная вода. Пары,
проходя через охлаждаемый холодильник, превращаются в жидкую воду,
которая вытекает из отверстия О.
Рис. <•
§ 24. Такая вода называется перегнанной или д е с т и л-
лированной. Опа представляет совершенно однородное тело. Всякая
капля ее должна быть по своим свойствам тождественна с каждой другой
каплей, и такая вода обладает постоянными физическими и химическими
свойствами.
Чистая вода пе имеет запаха. В тонком слое она бесцветна, в более
толстом представляет ясный голубой цвет. Замерзает она при 0°, кипит при
100° Ц. При нагревании от 0° до 4° она сжимается, а от 4° и выше—расши-
ряется. Наибольшей плотностью, следовательно, она обладает при 1°. Если
мы примем при 4° плотность ее за 1, то при 0° она равна 0,99987. При замер-
зании она расширяется: уд. вое льда при 0° равен 0,9175, т.-е. 92 объема
воды, замерзая, образуют 100 объемов льда. Такое отношение воды к темпе-
ратуре имеет важное значение для жизни всех животных и растений на
земной поверхности: если бы вода при замерзании сжималась, то жизнь
в реках и озерах должна была бы исчезнуть.
При замерзании вода переходит в красивые кристаллы (см. рис. 8 и 9),
довольно разнообразные по виду.
30
Лед
§ 25
Если охлаждать чистую воду, освобожденную дол: • временным кипя-
чением от растворенных в ней газов, то можно довести темп* ратуру воды, на
несколько градусов ниже 0° (до—20°), и вода не замерзает..если только нри
охлаждении ее не взбалтывали, но стоит только в такую охлажденную воду
Рис. 8. Рис. 9.
бросить небольшой кусочек льда или встряхнут!. как е ла мгновенно за-
кристаллизуется. при чем те мп, г лур. повысится д 0 .
Так как скрытая т ; г / ура пл • ния т ды равна 79 калориям,
то получающаяся при этом кашицеобразная масса состоит из J/3 льда и
2/3 воды при 0\
Это явление пере о х л а ж д : и п я воды (наблюдаемое и на дру-
гих жидкостях) можно Л'.тко 'бт.ясшпь . что при переходе в твердое
состояние выделяются кристаллы, в которых частицы, расположены по из-
вестным законам в некотором порядке, в жидкостях же частицы двигаются
по всем направлениям равномерно, поэтому для перехода в твердое состоя-
ние требуется не только, чтобы скорость движения частиц уменьшилась
(что достигается охлаждением), но и чтобы частицы расположились в том
порядке, в каком они находятся в кристаллах данного твердого тела; при
спокойном охлаждении может случиться, что скорость частиц понизится
ниже предела, соответствующего точке плавления тела, но .жидкость не
закристаллизуется, ибо частицы не могли расположиться в требуемом для
этого порядке.
§ 25. Температура кипения воды при давлении 1 атмосферы или 760
миллиметров ртутного столба равна 100°. Вес 1 литра насыщенного па-ра
воды при 100° и 760 миллиметров ртутного столба равен 0,600 граммов.
Удельный вес его по отношению к воздуху 0,62, а по отношению к водо-
роду 9.
Вода испаряется при всякой температуре, даже при температуре ни яге
0°, при чем упругость паров воды жидкой (переохлажденной)
и льда, как показывает следующая таблица, неодинакова.
25.
Упругость паров воды
31
Упругость пиров.
1 ч р 1 над водой 1 г1' над льдом
| х । II [1 и- о М, о о о о о 4,6 мнллеметров 3,995 » 3^450 » 2,973 » 2,19 » 4,6 милле метро] 3,615 ;> 3,320 » 2,808 » 1,997 »
Из таблицы видно, что при 0° (температуре замерзания) упругость
пара, льда и жидкой воды одинаковы.
Если по вертикальной линии OD (рис. 10) будем откладывать вели-
чину упругости пара воды, а погоризонтальней ОТ—температуру, то зави-
• . мп ратуры
U71 Ц1Ц Ж* П 1 KI Ш:,,И А СА для
воды и крив"П ВС для льда. При
температур' плавления льда, и'"-
пересекаются, т.-е. упругость
0°. при
кривые
пара как льда, так и жидкой воды одина-
кова. Часть кривой А'С соответствует
упругости переохлажденной воды; при
одной и той же температуре (ниже 0°)
упругость пара переохлажденной воды
выше таковой для льда. При 0° (темпера-
туре плавления) кривые упругости пара льда ВС и жидкой воды АС пере-
секаются. Таким образом мы можем определить температуру пла-
вления тела, как такую, при которой кривые упругости пара твердого тела
п жидкого пересекаются, т.-е. упругости пара как жидкости, таки твердого
тела—одинаковы.
Известно, что всякая жидкость кипит при той температуре, при ко-
торой упругость се паров равна внешнему давлению, и жидкость пе может
быть нагрета выше температуры ее кипения при данном давлении. То же
самое можно сказать о твердом толе: если мы поместим твердое тело в разре-
женное пространство, в котором внешнее (атмосферное) давление на тело
будет меньше упругости его ларов, то тело не может быть нагрето выше
Известной температуры, пока давление остается постоянным; так, лсд, по-
мещенный в пространство, где внешнее давление не превышает 4,5 милли-
метров ртутного столба, не может быть нагрет выше 0° и будет переходить
в пары, не плавясь.
В этом можно убедиться следующим опытом: снаряд, служащий для
опыта, состоит из двух стеклянных сосудов: шара Г и трубки б, соединенных
между собой, как показано на рис. 11. Сверху трубки б впаяна стеклянная
трубочка, в которой помещена платиновая трубочка а (свернутая внизу
32 ГигроскonvwcKor вода § 26.
спиралью) так, что опа может двигаться по трубочк-- -: :. • - вверх и вниз.
Сперва наливают в пгар Г воды, затем выкачивают и;: <-паря. полневоздух
через трубочку В, которая затем запаивается. Для ; до<- >чно соеди-
нить снаряд с хор--ш и быстро
работающим водян! м насосом и
кипятить воду в об- х сторонах
снаряда в течение десяти минут.
Перед началом опыта в конец
б отливается немного воды, и затем
балон I1 ставится, в охладительную
смесь из снега и поваренной соли.
Вода в нем быстро замерзает, вслед-
ствие чего в снаряде образуется
разреженное пространство, так как
наполнявшие его пары тоже сгу-
щаются в лед; вследствие этого происходит быстрое испарение воды
в сосуде б, отчего происходит такое охлаждение, что вода в б начинает
мерзнуть сначала с поверхности, а затем по всей массе. Вместе с тем,
вследствие убыли льда испарением, между его массой и стенками сосуда
мало-по-малу образуется промежуток.
Если мы станем подогревать л- д, то он начинает п изрыгивать от
образовавшихся ши ним инр-ю; платиновая проволока а служит для того,
чтобы образовавшийся па концг кусок льда, подпрыгнув, опять упал па
прел шее место.
При достаточно долговременном нагревании весь лсд в б, не плавясь
перейдет в пар. Точные измерения показали, что, несмотря на очень сильное
нагревание сосуда б, температура испаряющегося льда не поднимается
выше О*.
Вышеописанный прибор предложен А. М. Бутлеров ы м и на-
зван им криоскопом.
§ 26.. Вода обладает способностью соединяться со многими телами п
мы только вкратце здесь ознакомимся с некоторыми из главнейших ее хи-
мических свойств, в течение же всего курса химии мы постоянно будем
все более ц более знакомиться с ее свойствами потому, что громадное
большинство химических реакций происходит при участии воды.
Вода механически притягивается многими телами и для того, чтобы их
освободить от нее, нужно их нагревать и затем охлаждать в атмосфере,
лишенной паров воды. Такая вода называется г и г р о с к опической.
Для того, чтобы получить атмосферу, лишенную паров, употребляют при-
боры, носящие название эксикаторов, В эти сосуды ставятся вещества,
жадно поглощающие воду (к таким веществам принадлежат серная кислота,
хлористый кальций, фосфорный ангидрид и т. п.); сосуды закрываются
крышкой, края которой примазываются тонким слоем сала. Чтобы освобо-
дить газы от находящихся в них паров воды, их пропускают через ряд
28
А имиWMuu endhi
- ' ix трубок, наполненных вышеупомянутыми веществами. Подроб-
.1 ем. далее § зз.
- 17, Вода обладает способностью со многими телами давать прочные
шш: так, при обливании негашеной извести или окиси кальция
водой происходит энергичное соединение этих тел, при чем выделяется
мн ни тепла:
СаО П/) СаО21Р
пс галона я нзвреть. гашеная известь, п.ш
или.окись кальция. гидрат окиси кальция.
Получающийся при игом белый порошок СаО2Н2 носит название г н-
трата, окис к a in в и я, или гашеной извести.
Другим примером может служить соединение сернокислой меди с
водой: безводная сернокислая медь, Си SO4, представляет белый порошок.
Ес ли rfti nn. пит подий, то он сейчас же посинеет, при чем также выделится
ьш • юл честв<' т» ш С ш тло, происшедшее от соединения воды с
<цн‘ки<- ьш х- н ю, - <т|. м<лпый к\ пирнс с< става Си SO4 . бН2О—в нем на
кпеж й м* и;' приходится 5 частил j ' ы.
_ _ I способны, соединяясь с водой, образовать кристалличе-
ские соединения, j куп •{••’у. Тикая г..ла, н. хидящаяся в
крйеталлэхд называется к р и с г а л л и з а ц и о и н м и. .Вода же, вхо-
дящая в состав гидратов (т,-щ тел, подобных гидрату окиси извести), носит
название г и д р ат но й или ко нет и т у ц и о и пой, т.-е. входящей
в состав пли строение (конституцию) частицы.
Различие между к о я с т и туи и опной и к р и с т а т л и з а-
ц и о и и о й водой, по предположению некоторых химиков, заключается
в том, что в телах, заключающих к р и с т а л л и в а ц и о и и у ю воду,
частицы воды находятся готовыми и только сополагаются с другой состав-
ной частью те;ш так, в частицы медного купороса 5 частиц воды удержи-
вается около 1 частицы медного купороса, тела'же с к о нет иту ц и о н-
ной водой содержат только элементы воды (т.-е. водород и кислород)
в том же самом количеств ешь м ои-юшенш! в к гюм ппп находятся в воде,
ио эти элементы распределены между другими элгментами тела т i , что
составляют одно целое, в котором нет готовых частиц воды, Как мы увидим
далее, нет достаточных фактических оснований принимать такое различие
между к р и с т а л л п з а ц и о н н о й и к о и с т и т у ц и о и я о й
(гидратной) водой, поэтому нельзя принимать, что тела с кристаллизацион-
ной водой заключают в себе готовыми частицы воды.
§ 28. Растворы. Многие тела, внесенные в воду, в ней раство-
ряются, при чем получается совершенно однородный раствор. Вода раство-
ряет в себе как твердые, так жидкие и газообразные тела.
Растворы тв о р д ы х т е л в воде. Если мы внесем в воду
кусок сахара, поваренной соли, модного купороса и многих других тол,
то мы увидим, что эти тс ла будут исчезать и растворяться в воде, Приба-
вляя все большее и большее количество, мы достигнем, наконец, такого ПрО-
ГС а б л у J; о тз. Hrvni’iLm^i'f.'h’aiL xn.inj, 3
34
Растворы
дела, при котором новые куски твердого тола растворяться, невидимому,
более не станут. Предел этот будет тогда, когда столько же частиц твердого
тела в единицу времени будут поступать в раствор, сколько частиц
твердого тела будут оседать из раствора. Тогда наступит некоторый род
подвижного равновесия. Такой раствор называется пасыщенным.
Коэффициентом растворимости твердого тела называется
количество его, насыщающее 100 гр. воды.
Коэффициент растворимости твердых тел для большинства из них
увеличивается с температурой, для иных он уменьшается.
Поэтому, если мы насытим раствор при какой-либо температуре, а
затем охладим его до более низкой, то из раствора выделится твердое тело в
большинстве случаев в виде к р и с т а л лов, т.-е. в виде тел, ограничен-
ных законообразно расположенными плоскостями.
Очень часто выделяющиеся из раствора кристаллы содержат в своем
составе элементы воды (водород и кислород) в том же самом количественном
отношении, в каком они находятся в воде; так, напр., из раствора медного
купороса выделяются кристаллы состава CuS04.5НгО. При нагревании
таких кристаллов выделяется вода.
Растворение твердых тел в воде сопровождается иногда довольно
значительным выделением тепла, напр., едкое кали, КОН, едкий натр.
NaOH, растворяясь, выделяют т<п.тсту; пья р;. «•iBopennu же других про-
исходит сильно" охлаядеяне. Как объяснить то явление, что при растворе-
нии одних тел происходят поглощение тепла, а при р. гворении других-—
выделенп' —уь; ~им д . Вт ? впи Ж" мы такаю остановимся ла дру-
гих физических и химических свстк-твах растворов (см. §§ 193 и след.).
Растворы ж и д к о с т и в в о д е. Многие жидкости раство-
ряются в воде, прп чем одни жидкости, как серпая, азотная кислота, спирт
и т. и., растворяются в воде во всех отношениях, другие же, напр., эфир,
сернистый углерод, растворяются только до известного предела. Если мы
нальем на воду эфира и взболтаем, то у пас после того, как жидкости от-
стоятся, в сосуде получатся два слоя: верхний будет представлять раствор
водыв эфире (1 объем эфира растворяет около '/^объема), а. нижний—раствор
эфира в воде (1 объем воды растворяет около 1/11 объема эфира). Раствори-
мость жидкостей зависит от температуры: во многих случаях замечается,
что растворимость жидкостей с повышением температуры увеличивается,
в иных же уменьшается.
При растворении многих жидкостей в воде замечается выделение (и
иногда довольно значительное) тепла;так, при смешении серной кислоты с
водой происходит выделение большого количества тепла, при смешении со
спиртом—тоже. На основании этого нельзя смотреть па рас-
творы, как на механические смеси двух тел:—
растворителя и растворенного тела, а нужно признать, что при раство-
рении происходит более тесное химическое сое-
динение растворителя с растворенным телом.
Виды воды в природе 35
а с т в о р ы газов в воде. Количество газа, растворенного
, .зависит от его природы, температуры и давления. Газы, наиболее
сгущающиеся в жидкость, являются более растворимыми: так, уголь-
ангндрид СО2, сгущающийся под давлением 33 атмосфер при 0°, раство-
тся в количестве 1,8 объема в 1 объеме воды при 0°, кислорода ясе, сгу-
яощегося при—140° под давлением 32 атмосфер, растворяется всего
.0411 объема в 1 объеме воды. Объем газа, растворенного в единице объема
жидкости при 0° и 760 мм. давления, называются коэффициенте м
Р а с т в о р и м о с т и.
Растворимость газа уменьшается с повышением температуры. Поэтому
при нагревании воды сперва выделяются растворенные в ней газы н уже
тогда, когда большая часть газов выделится, вода закипает. Для того же
чтобы выделить из воды все заключающиеся в ней газы, нужно долговремен-
ное кипячение в разреженном пространстве. Зависимость растворимости
j.i.:ob • т давления выражается в следующих законах Ге н р и-Д о л т о на:
i. растворимого в 1 литре воды, про-
порпионалеп давлению, которое таз производит
г ь. когда она насыщена
2, К г л а н е с к о л ь к о г а з о в р а с тв о р я ют ся с о-
ысстпо в воде, то каждый газ растворяется так,
к а к б у д т о бы он был один, и пропорций на л в в о т о й
доле давления, какая принадлежит ему в смеси
(закон парциального давления).
На основании этих законов можно видеть, что, помещая растворы га-
зов в воде в разрежеппое пространство, и выкачивая постоянно выделяю-
щиеся из раствора газы, молено удалить большую часть газа из раствора.
Если же мы будем подогревать раствор, то тем ускорим выделение газов.
§ 29. Виды воды в природе. Способностью воды растворять мно-
гие тела объясняется то, что вода, находящаяся в природе, не представляет
чистую воду, а содержит в себе большее1 пли меньшее количество посторон-
них тел.
1, Наиболее чистой водой является дождевая и снеговая
под а, но и она содержит в себе различные примеси: аммиак, азотную
кислоту, органические соединения, соли кальция, натрия и т. п. Количество
этих примесей очень изменчиво и зависит от различных условий. Вода,
падающая в начале дождя и конце его, неодинакова. Буссснго нашел
в одном куб. метре (1000000 гр.) дождевой воды, упавшей в начале дождя,
3,7 граммов аммиака я только 0,64 грамма в том же количестве воды, упав-
шей в конце дождя.
Мартан в одном кубическом метре снеговой воды нашел 15.63 гр.
сернокислого, натра. Смит показал, что после тридцати часов ого дождя,
шедшего раз в Манчестере, в одном кубич. метре дождевой воды содержа-
лось еще 34,8 грамма солей.
Общее количество твердых частей в дождевой воде может простираться
до 50 гр. в одном кубич. метро.
з*
♦
36 Biidhi ынЫ 6 t>, j; 29
2. Воды источников, выходящих в разах йверхности
-юмли. образуются из дождевой воды, просотавш- у* Состав
примесей в этих водах будет зависеть от того, каы ?сь воде
на ос пути через, землю. Поэтому состав ключевой вю ’ очень
разнообразен* Если ключевая вода, содержит в себе таки?. при-
дают ой особый вкус, и если при том эти тела принадлежа хих,
которые находятся в ничтожном количестве в проточной 1ю. вода
носит название м и и е р а л ь н и й. Многие нз таких вод с* . бе
тела целебные. Состав минеральных вод очень разнообразен . ш-
пеству, так в ни качеству растворенных тол.
Ключевая вода, кроме различных солен (напр., п-ж । -и юн
соли, сорнокислoi'o магния), содержит еще газы, между которыми винную
роль играет углекислота, которая поступает в воду при прохождении
дождевой воды через воздух, а затем при прохождении через верхние слон
земли; при атом вода, встречая гниющие растения, насыщается одним из
главных продуктов гниения, т.-е* углекислотой*
Такая вода, проникая далее, может встретить па своем пути извест-
няк, мел (углекислую известь), магнезит (углекислый магний) и т* п. ве-
щества.* нерастворимые в чистой воде, но растворяющиеся в вонюч растворе
углекислоты.
Способность углекислой извести растворяться в воде, содержащей
yiл л \ ‘ т . . ж а и сосуд,
Train* £н ними ; • i -г й i д- и. Сначала щ>да сильно мути* .-т. вследствие
<о]. ... угл* кисл и извили (углекислый кальций), ПО уравнению:
(СаОН)2 СОа СаС03 1Га0
Гидрат окиси каль- углекислый Углекислый Вода*
дня (пли гашеная иг:- ran. кальций*
!;есч г л.
Если же- продолжать пропускать углекислоту, то вода растворяет
углекислую известь* так что жидкость становится прозрачной. .Если про-
кипятить этот прозрачный раствор, то углекислым кальций опять выпа-
дает в виде осадка (см. далее § 162).
От той лю причины происходит ишш раз образование пакиии в само-
варах и котлах. Вода. содержащая в своем составе углекислый кальций
(молл известняк), а также гипс (сернокислый кальций) й другие соли каль-
лия п магния, приобретает так называемую жесткость*
Жесткая вода характеризуется следующими свойствами: она
плохо мылится* г пей дурно развариваются мясо и овощи, и она даст много
накипи в сосудах. Она вредна для питья,
Если жесткость воды обусловливается присутствием в ней углекис-
лого калыщя то от кипячения опа теряет жесткость (становится мягкой),
как так при атом углекислый кальций, как мы видели, выпадает в осадке*
Можно такие1 исправить такую воду, прибавив к ней извести, кото-
рая соединяется с растворенным в воде углекислым газом, образуя нерас-
творимый углекислый кальций; в то же время оседает углекислый кадь-
!!iif)г,:, ec/fhj в природе 7,7
. бывший ранее в растворе, ибо с исчезновением из воды углекислого
। он пе может расти ораться в воде.
Укажем здесь, что этот способ, и шествий под именам с и о е о б ;
К л а р к а, применяется в больших размерах в Англии, в городе Каптт.'р-
бюрн, где вода для снабжения города берется из и:шестков<. почвы и по-
этому сама по себе совершенно непригодна для питья.
Жесткость 1шды, вызываемая присутствие?'! в ш и углекислого кал
дня, называется временной ж с с т к о с т ь то. так как опа исче-
зает от кипячения; если же в воде находятся тине, сернокислый магна
и т. п. тола, то вода будет обладать постоянной 'жесткостью, ибо пт.
пос нельзя избавиться кипячением.
Для определения степени жесткости пользуются раствором
мыла.
3. Речная, вода, собирающаяся из ключей, содержит в себе
ст 30 до 1600 весовых частей волен в 1000000. Кроме того, в ней находятся
j! большем плл менышм ь'о.шч1'чье взвешенные в виде мути нрпж.сн.
Количество твердых примесей в одпей и тч и же реке ь разных частях .жшюг
быть очень различно, как показывают следующие шчрры: в Темзе г. порх-
нем течении находится 387 ч. па 1000000 ч., около .Топ до ни—100 до 450 ч..
а в нижнем течении до 1617 ч
Большая часть растворимых примесей состоит из солей кальция.
100 частей твердого остатка, содержит углекислого кальция в воде Темзь
около 50%, Вислы—65%, Невы—40% и т. д.
Что касается до содержания газов в речной воде, то количество их
колеблется в большинстве случаев от 40—55 куб. сайт, па 1000 куб. сапт..
КОДЫ.
4. М о р с. к а я вода по количеству растворенных тел превышает
i;i4' . ругне визы веды. В ’пп находится от 19120—35233 вес. ч. в 1000000 ч.
воды.
Со многими, из веществ, находящимися в морской во (<. мы ознакомимся
далее; здесь же только укажем, что в воде оксанов н р-н находится более
всего поваренной соли: от 25000—31000 частой в 1000000 ч. воды
5. Что касается до к о л о д е з п о it во д ы, то в пен находятся
примеси, состав коих зависит от различных условий; от почвы, от бли -
зости выгребных ям и т. п.
Колодевпая вода может быть вредна от содержании в ней органаче
скнх примесей, попадающих из почвы. Органические же примеси предста-
вляют благоприятную почву для развития таких мш ро Орга низ чов.. ко-
торые принимают деятельное у час г нс в распространении заболеваний.
Всего опаснее в этом отпошошш вода мелких колодцев, ибо опа заражается
почвенными водами; во время больших эпидемий холеры и тифа она много
способствует распространению их.
Вода, же глубоких колодцев по большей части лишена оргаппчески;?
примесей.
38 Диссоциация воды 30—31
Количество аммиака в годной для питья воде нс должно превышать
0,15 частей иа миллион частей воды.
Чистой водой называют такую, которая: Г) нс содержит
висящих, на глаз видимых, частиц, 2) обладает свежим вкусом, зависящим
от отсутствия разлагающихся органических остатков и от газов, раство-
ренных в вудс. В чистой воде должно быть нс более 300 миллиграммов раство-
ренных солей в 1 литре и не более 100 миллиграммов органических остат-
ков,
§ 30. Разложение воды от действия тепла (диссоциация): Мы видели
что при пропускании электрического тока через подкисленную воду полу-
чается на отрицательном электроде водород, а на положительном—кис-
лород. Те же газы получаются при нагревании воды до температуры около
1000°. При этом частица, воды распадается на водород и кислород:
Н20=Н2+0.
Разложение воды от действия высокой температуры было замечено
Гровс, наблюдавшим выделение гремучего газа (т.-е. смеси водорода
и кислорода) при выливании расплавленной платины в воду, более же
подробным исследованием этого явления мы обязаны Сен- К л е р -
Д е в и л ю. Если мы нагреем пары воды до 1000 а затем опять охладпм
их. то мы не получим свобода го кислорода л водорода; это происходит
от того, что получившиеся при 1000° КПСЛОрОД к водород вновь соединяются
в воду при охлаждении до 700'—800°.
Для того, чтобы наблюдать разложение воды, нужно, чтобы полу-
чающиеся водород и кислород были разделены, прежде чем они охладятся.
Для этого можно воспользоваться способностью раскаленной до 800°—
1000° платины пропускать через себя водород; если пропускать через
нагретую до 800°—1000° платиновую трубку пары воды, то часть их раз-
ложится на водород и кислород,, при чем водород, пройдя сквозь стенку
трубки, удалится, а кислород через другой конец ее может быть собран.
Это явление разложения воды от действия тепла представляет один пример
ня обширного класса явлений диссоциации, с которым мы позна-
комимся более подробно далее (см. §§ 103, ИЗ и др.).
Водород Н = 1,008.
Удельный вес (по отношению к воздуху) D "—0,06956 (по отношению к водороду) D=I. Вес
одного литра при 0° и давлении 760 миллиметров равен 0,08998 гр. Удельный вес жидкого водо-
рода при—253° (точка кппепня) 0,07 (вода—1). Темп, плапл.—259°. Крнтлч. температура—240й.
Растворимость в воде: 1,9 объем в 100 объемах воды (14°),
§31- Свободный водород встречается в газах, выделяющихся при вулка-
нических извержениях, и входит также в состав газов, выбрасываемых
нефтяными источниками. Он выделяется также при брожении и гниении
многих органических соединений т). Как составная часть, он входит во
3) Поэтому он входит в состав воздуха; по Готье, в 100000 объемах атмосферного воз-
духа находится 2 объема водорода.
Получение водорода,
ЗЯ
гво соединений. Он является, как мы видели, .одной из составных
и воды п может быть выделен из нее при электролизе, а также при
нотами некоторых металлов. Так, металлы калий и натрий, брошенные
воду, разлагают ее и выделяют водород по уравнению:
N а + Н г О = N а Н О + Н
натрий едкий натр водород
К+Н2О = КНО -= Н
калий едкое кали
Реакция при этом сопровождается выделением такого большого ко-
личества тепла, что образующийся водород загорается, Поэтому для того,
чтобы выделить водород из воды действием натрия или калия, поступают
следующим образом. Растворяют сперва натрий или калий в ртути, при
чем получается так называемая амальгама натрия или калия. Амаль-
гаму кладут в воду, в которой она тонет, и находящийся в ней калий или
натрий реагирует по вышеприведенному уравнению. Ртуть не входит
в реакцию, и по окончании опыта вся опа выделяется в остатке. Калий или
натрий при этом превращается в едкое кали (КОН) иди едкий натр
(NaOH)—тела, растворяющиеся в воде. Водород же может быть отдельно
собран.
Количество водорода, получаемого при этой реакции, может быть
вычислено по вышеприведенному уравнению. Так как атомный вес натрия—
23, а калия—39, то по уравнению следует, что 23 гр. натрия или 39 гр.
калия, действуя на 18 гр. воды, выделяют 1 грамм водорода. Зная это,
легко вычислить количество водорода, получаемого из воды при действии
па последнюю известным количеством калия или натрия.
Металлический кальций (Са) легко, хотя и менее энергично, чем
натрий и калий, разлагает воду:
Са. + 2П..0 = Са(ОН)2 4- Н2
гидрат окиси
кальция
Железо п цинк разлагают воду при высокой температуре. При про-
пускании водяного пара через трубку, наполненную железными струж-
ками и накаленную до-красна, выделяется водород и образуется закись—
окись железа Fe3O4.
3Fe +4Н2О =4H2+Fe3O4
Более простой способ состоит в растворении железа или цинка в сер-
ной или соляной кислоте. Железо или цинк, растворяясь в этих кислотах,
выделяют водород, по уравнению:
Fe+H2SO4=FeSO4+n3.
Zn+H2SO4=ZnSO44-Hs.
При этих реакциях замещения железо или цинк, замещая водород
в серной кислоте, образуют железный (зеленый) купорос нли цинковый

(белый) кушцшс. Зная атомные веса ;ы н<за
вычислите количество водорода, ВЫДСЛНЮЩШ
t’J пипка (66), легко
>ся 'п й реакция.
цинка (рис. 12), В
Рис. 12
§ 32. Для получения под среда, по атому с в - ’. пшют в дву-
горлую НЛП Вульфов у СКЛЯИКу некоторой- KiCIH’i- о зсрпспого
iiio горло скляикн вставляется т > . . идущая до
дна. сосуда для того, чтобы водород пр >ют выходить
через воронку. В1ТЩЛЯЮЩ11ЙСЯ ЯЮ ПЛ ГЫХиДПТ по
(ifeooii газоотводной трубке, прочно ш- зюешюв.
Ш,Ср( j.C'iBuM нрогил И другое горло ГТГЛШЛШ и
ОКППЧЛЕа ЮЩгЙСЯ В ВОДЯНОЙ. Half ПС, Под; опшретш'н
стеклянного колокола. наполнен шню также ш»дои*
Как только и силы г через воронку cr-рнон писюпы.
сейчас же меня выдаю иле пузырьков. За .•пглт.
здесь, что серная кислота должна быть разведена,
так, чтобы на 1 часть се приходуюсь 0—7 частей
воды. При упетреблсшш крепкой сорной кислоты,
образующийся сернокислый цинк по растворяется в пси, и, облекая ме-
таллический цинк, препятствует дальнейшему действию серией кислоты.
Первое количество водорода не сл< iy< юм * г д т. । в jb-m шжлю-
чается примесь питуха, г Гю лиф жой склянке* Эту
щредб< рс я гжно соблюдать ггрн получения m- ? юза.
Водород моя ю по; ь та ж< в аппарате Киппа (рис. 13), Оя
с^с'-п. з \ с г. .- _•< дюлж пзжпяя часть прибора представляет дна
шаря. с<" лигипны un икон; в тубулус верхнего шара плотно входит длин-
ней трубью тр* чьего шара, В боковое отверстие среднего шара вставляется
прш ка с газсн1тг;нлилй трубкой, спабжкпп ш крашпь В ермпнй шар кла-
Piec. 13.
фосфор), окислит азота
дд т куски пн и,/1 хин жельяц в верхний вшр нали-
вают разведенной сгрной кпелю'гк которая пере-
ходит сперва в im жни й шар. а затем, наполнив
ого, переходит в средний ш.ар, где находится
цинк. Дсйстгуя па пппк, опа выделяет водород,
выходящий ПО ГиЖЮГВОДПОЙ трубке Если же мы
закроем крал газоотводной трубки, то выделяю-
щийся водород будет давить на. кислоту и вытес-
нит ее из среднего шара в пнжпий и тогда выдо~
леиье водорода прекратится*
§ 33. Подучена ,1й при действии серной
кислоты па цинк пли жилню недород и нсегш
бывает чист, а содержит в стбе иокоторыг при-
меси, которые попщш ют в него пли из кислоты,
пли нз цинка, или желоза Очень часто водород
содержит мышьяковистый водород, фосфорптый
водород (при употрсблешш железа, содержащего
(в случае примеси — азотной кислоты к серной).
$ 34
П. в ;t tp' <• j ft te в t, <j в p [jtjd,
<2
СОриИСТЫЙ газ If i СфЩНДОрОД. ПЮСЛОДПИЙ ВЫДЖТЖЛ'СЯ всегда ПрН СПОТ] :
блснпп теплел серией кислоты
Для очищения от отпх примесей водород пропускают через различ-
ные жидкости, уДНрЖЦВНЮЩИС их. г [ля ЭТОГО с |\’ЖЗТ Вульфов Ы СКЛЯНКИ
(рис 11), в которые вливаются, вода или какая-либо другая жчдкпгп
Газ, ВХОДЯ ПО трубке 11 (рис И), проходит ’llJJC3 ЖЖЙ ЖИДКОСТИ II ЗЛТОГ
выходит по трубке 1<,
Про м ы в а п н в во Юрода можно Нропзво цтть также \ ииди-блмя
{.’образные трубки (рис 16). Для этого па пкшяют их стокляиныж! пер-
лами и наливают в первую трубку раствор азотнокислого свинца, для отш-
(ЩИИЯ ОТ СОрОВОДОрЧЩ, ВО ВТОруЮ - - раО
твар с риокпежжо серебра для удержания
фщДюрвстого и .мышьяковистого водорода;
нагом с.г дуст третья трубка, иаполпжшпя
КИ'.'ЖЧИ МЩТ, ОМиЧсИПОЙ рЧ.СТГ: ОрОМ р
кого каля; четвертая и пятая грубки еду-
Гсс. 14. Р.х 13.
жат для осушения газа, для чего первую из шах наполняют вл ска ли
пемзы, смоченной крепкой сорной кислотой, а вторую - Фосфор н
ангидридом
£34. г [ля собнр ,пия водорода, равно как и других- газов, служат
газометры. Газометры бывают металлические (жеж'зпые, медные и т. под.;,
иля же стеклянные. Газ^лн-тр Ре п т, о (рис. 16) состоит из двух металли-
ческих цилиндров А И В. Нижний ЦИЛИНДР ДЮКНТСЯ ГСОЖ-ТИТ Сипи, Т,-!'.
нс пропу .• мИОше” газов. Цплипдры А и В соодшипнл иоередствим юух
с "-ккисц с—^е и соединяются двумя трубками с крапами; срубка л и
почти до дяа цилиндра В, вторая сделана, в уровень с верхний д/исн ж-
зппдра.
(: боку пилштдра R прпделаиа стеклянная трубка, f, сообпкн дек-j
с ним вверху п еппзу и позволяющая видеть, сколько воды п газа па ходите и
в Тазом стрел Внизу цнлнпдра В па ходится пробка (с винтом) <Г а вверху
трубку с крапом о.
42 Физические свойства водорода 35—36
паха, ин легче всех
Рис. 17.
Для наполнения газометра газом в него сперва наливают воды. Для
этого наливают воду в верхний сосуд А и открывают краны а н о. Напол-
нив нижний сосуд В совершенно водой, закрывают крапы а и >?. и отвинтив
пробку (1, вставляют трубку, проводящую газ в лижие* -яю-ретие. Газ,
вытесняя воду, которая свободно выливается из отверстия (1. собирается
в газометр. Закрыв отверстие d, можно сохранить газ в газометре.
Если нужно провести газ из газометра куда-нибудь, то надевают
на трубку е газоотводную каучуковую трубку, кран а открывают, а кран
Ъ должен быть закрыт; тогда газ будет выхолить из трубки •.
Если нужно папилппть газом цилиндр или склянку, то ее наполняют
водой, опрокидывают в сосуде1 А над отверстием Ъ п открывают крапы
аи Ь. Тогда через а будет входить вода, а через b газ будет выходить из
газометра в цилиндр.
§ 35. Физические свойства водорода. Водород—газ без цвета и за-
стных газов. 1 литр водорода при 0° и 760 мм.
дав л. (под 45° широты) весит 0,08988 граммов.
1 грамм водорода при этих условиях занимает
11130 куб. сантиметров, следовательно, водо-
род в 11130 раз легче поды. Оп в 14,39 раз
легче воздуха.
Вследствие легкости водорода его можно
перепускать из одного сосуда в другой, при
чем сосуд, куда входнт водород, нужно держать открытым концом вниз,
как показало на рис. 17.
Так как водород является самым легким газом, то его принимают
за единицу для ’удельного веса, газов \).
§ 36. Водород принадлежал долгое время к постоянным газам, т.-е,
даже при очень высоких давлениях не сгущался в жидкость, и только
в 1878 г. Пикте в Швейцарии и К ан льете в Париже впервые по-
лучили водород в жидком состоянии.
Гансе Пикт с многие исследователи пытались получать в жидком
состоянии водород, но они не доводили охлаждение до надлежащих пре-
делов.. П и кто воспользовался том охлаждением, которое получается при
расширении сильно сжатого водорода. Для своих опытов над сгущением
постоянных газов: водорода, кислорода, воздуха, он пользовался очень
’) Благодаря своей легкости, водород часто служит для наполнения аэростатов. Шар
емкостью в 1 куб. метр (1000 литров), наполненный водородом, обладает подъемной силой
в 1 килограмм. Шар емкостью в 600 куб. метров может поднять двух человек с гондолой
(коренной для сидения) и грузом. Наделавшие столько шуму Цеппелины представляют
аэростаты, емкость которых доходит до 50000 куб. метров. Для целей воздухоплавания добывали
водород в деревянных внутри обложенных свинцом бочках пли медных сосудах, которые на-
полняют железными обрезками и приливают серной кислоты, разбавленной водой. Выделяю-
щийся водород проводится по еввпцовым трубкам в особые бочки с водой (для охлаждения)
н с известью (для отделения кислых паров). При помощи замазки из теста или смолы делают
все етенкп герметическими, чтобы не было потери газа. В настоящее время этот способ большей
частью оставлен и добывают водород путем электролиза раствора поваренной соли, едкого натра
и т. п.. при чем получаемый водород сжимают в стальных цилиндрах до 150 атм. и отправляют
на- далекие расстояния в воздухоплавательные части.
; 36
Сжижение водорода
47
гжным прибором. Водород добывался в толстостенной медной реторте,
к- которой была присоединена тоже медная трубка. Реторта и трубка были
соединены между собой герметически и заперты, так что развивающийся
водород не имел никакого выхода и давление его достигало очень большой
величины, о чем можно было судить по манометру, с которым была со-
единена трубка. Водород добывался прп накаливании смеси сухого мура-
вьино-кислого натрия и едкого натра:
NaHCO2 +
Муравьино-кнслын
натрий >
NaOH = Nas>CO3 + Н2
Едкий Углекислый
натр, натрий.
Трубка, в которой собирался водород, окружалась другой трубкой,
в которой испарялась сгущенная углекислота, при чем испарение проис-
ходило в разреженном пространстве,- и при этих условиях температура
доходила до —140° Когда давление водорода дошло до 650 атмосфер,
а температура до--140', Пикте открыл кран. «В момент открытия
крана из верстия брызнула п-'иро.чр.тчн.тя струя весьма, характеристи-
ческого стального цвета синей стали . В" г" ж- мгношшь мы услыхали,—
пишет Пикт е,—-резкий острый звук, вроде юго, какой бывает при вне-
запном погружения в воду до красна раскаленного железного прута,
потом сейчас же харак-
теристический треск на
земле, напоминавший
сыплющуюся дробь».
Таким образом, благо-
даря Пикте, полу-
чили струю жидкого во-
дорода, но ему не уда-
лось уединить водород
в виде постоянном жид-
кости. Причина неудач-
ных опытов предше-
ственников II и к т е за-
ключается в том, что
хотя они и подвергали
водород сильному давле-
нию, но не понижали
температуру до крити-
ческой
Только в мае месяце 1898 года проф. Дьюару впервые удалось
увидеть жидкий водород (ибо Ольшевский, который определил
до Дь юа.ра точку кипения и критпч. 1) температуру водорода, полу-
чил жидкий водород в стальном сосуде) Водород пропускался из цплин-
*j Как известно из физики, под критической температурой газа обозна-
чают такую температуру, выше которой оп ми при каком давлеипи ее превращается в жидкое
состояние.

дра Л (рис 18), в котором он находился под давлсншж ].< > —200 атмо-
сфер, по тонкой трубке, изогнутой послед* ^кигльно змеевика? нз
которых первый В охлаждался твердой угольной кпел- . •?. .» второй С*—
жидким воздухом, Охлажденный таким образом до — 1!т< -водород по-
ступал в особый сосуд В, охлаждавшийся воздухом. кни ги1- о в пустоте
и выходил из очень маленького отверстия: так как дав леп г- в ;п«>м сосуне
было небольшое, то водород, расширяясь, охлаждался до с доста-
точной для сто сжижения.
Жидкий водород представляет б е с ц в е т и у ю л е г к у ю ж и л-
к ость, не пр о в о д я ш у ю э л а к т р и ч е с т в а; уд/ вес жид-
кого водорода равен 0,068 (по HTHiMib нию к воде), он в .11 раз легче шыы.
Точка кнпсття иод давлкшкм одц* й атмосферы при --253° (Trawr<)
Жидкий водород в юи раз плотнее паров, выделяющихся при его пше-
ниц. Пары водорода при его кипении в 8 раз плотнее водорода при обыкно-
венной температуре,
Сохранять жидкий водорад можно в сосуде с двойными стенками
(между которыми находится разреженный до крайней стеисии воздух),
погруженном в -жидкий воздух.
Если опустить открытую пробирку В ЖИДКИЙ водород, ВОЗДУХ В 1ЮЙ
превращается в твердое толи.
Твердый водород В МП ' . лодучгн
Д ь ю а р г. и г- - л рт* 1. . : i n пнырш в разрелюппом
пространств! жид; ' .. ,];<< твердого водорода при
темпера: у)"1 п.ъ.вжтп . . п у.я легчи воды при оэ.
Твердый В'-д(.р< 7 гтлишы-’-а. к-г. , ругость сто насыщенных паров
достигнет 55 милли/ ip-к руны-» гм-лДа,
Т: плавления твердой . ол. пп« ю) 259° (Tra-
vers).
ищается некоторыми металлами (железом, золо-
том, платиной и др.) и углем* Если в цилиндр,
наполненный водородом и стоящий, в ванне со
ртутью, внести, свежепрока лештый у голь, то
последним поглотит до двух объемов водорода.
Ко лучше всего водород поглощается металлами
палладием и платиной, в особенности губчатой..
Гром показал, что накаленная до красно-
калильного жара проволока из палладия при
охлаждении в атмосфере водорода поглотила 935
объемов последнего, при чем. она уд.тишьтась
с 609,1 миллим* до 618,9 мп.ъинметров, Поглоппль
иый водород удерживается палладием при
обыкновенной температуре, по выделяется
обратно при накаливания металла.
Платина тоже способна, поглощать водород, по в гораздо мепьшей
степени, Нагретая до красиока л ильного жара, она поглощает 3,8 объемов
3 37. Водород погл
Рис. J9.
Jjij 38—40
Горе)! tie /!о<Ю]Ю'Г1
4~i
водорода. Jia свойстве платины, особенно губчатой, поглощать водород
основано устройство изобретенного Добор с й перо м водородного
огнива. Аппарат (рис. 19) этот состоит из цилиндра или стакана, па дне ко-
торого находится свинцовая подставка, па которой укреплен кусок цинка
(или же кусок цинка висит на проволоке).
Внешний стеклянный ци.шпдр с нанилш’п разведенной серной кисло-
той; внутренний конусообразный сосуд Ь, открытый снизу, сообщается
краном е с воздухом. Если кран открыт, то кислота из внешнего сосуда
войдет во внутренний и придет в прикосновение с цинком. Тогда, выделяю-
щийся водород через кран направляется на подставку f с губчатой пла-
тиной, и поглощается последней, отчего происходит такое накаливании,
что водород загорается. Если затем закрыть кран, то газ вытеснит жид-
кость из Р, цинк выйдет из прикосновения с кислотой и выделение водо-
рода прекратится.
§ 38. Водород горит в воздухе, при чем продуктом горения является
вода В этом убеждаются с. и дующим опытом: цу газометра а наполнен-
ного водородом (рис. 20),
пропускают водород ч<д
трубку Ь. с хлористым каль-
цием, который поглощает всю
влагу из водорода. Прикрыв
отверстие трубки воронкой с,
за жига ют выходящий водород,
тогда воронка изнутри тотчас
покроется мелкими каплями
воды; если же будем просасы-
вать через трубку воздух, то
мары воды будут увлекаться
током воздуха п вода собе-
рется В ТруоК"
§ 39. Водород миж- г >'T-
ИИ мать кислород от многих
тел, в состав коих тот входит;
так, при пропускании водорода через стеклянную трубку с накаленной
окисью меди (СпО), он отнимает кислород от окиси меди и дает воду:
CuO+H2=CiH-H2O.
Окись меди. Медь.
Рис. 21 показывает расположение приборов при этом опыте. В ап-
парате а получается водород, который высушивается в трубке б, напол-
ненной хлористым кальцием, и затем проходит в трубки с шариком е,
где лежит черная окись меди. При накаливании окиси люди в струе водо-
рода опа превращается в медь, а-из конца трубки выходят пары воды.
§ 40. Этой способностью водорода отнимать кислород от окпсп меди
воспользовался Дюма для точного определения состава воды: водород,
i6 Состояние выделения § 40а
тщательно освобожденный от воды и остальных при осей (см, § 33), про-
ходил через трубку с окисью меди, при чем последняя накалпвалась, а
образующиеся при этом пары воды проходили сперва в пр i- мнпк, а затем
через ряд U-образных трубок с хлористым кальцием, фосф рным ангидри-
дом и т. п. веществами, где окончательно поглощались. Взв-.-шпвая трубку
с окисью меди до опыта и после опыта, из потерн в весе тру': цх-деляли
количество кислорода, ушедшего па образование воды, увеличение же
веса приемника и следующих за ним трубок указало К"Ли полу-
Рис. 21.
чавшейся воды. Мпо-
. соглас-
ные между собой
определения пока-
зали, что 1 весо-
вая часть водорода,
соединяясь с 8-ю
весовыми частями
кислорода, дает 9
вес. частей воды.
Это подтвер-
ждается измерением
объемных отношений
соединяющихся водорода и кислорода: при образовашш поды 2 объема
водорода соединятся с 1 кислорода.
Веса равных >.'ы-мч; пт п кислорода относятся, как 1 : 16;
если поэтому 2 объема во-прода •'••• диияются с 1 объемом кислорода, то
отношение весов этих объемов равно : Ю или 1 ; 8, т.-е. 1 весовая часть
водорода соединяется с 8 весовыми частями кислорода и дает 9 частей
воды.
Позднейшие более точные методы внесли в эти числа следующие
изменения: отношение между объемами соединяющихся кислорода и водо-
рода равно О' Н=1 : 2,0025 (а пе 1 ; 2, как полагали ранее). На осно-
вании этого, а также веса 1 литра каждого газа, можпо вычислять состав
воды в весовых отношениях:
О : И = 1,429 : 2,0025 X 0,08988 = 16 : 2,016.
Придавая же воде формулу Н2О, т.-е. принимая, что молекула воды
состоит из одного атома кислорода и 2-х атомов водорода, приходим к за-
ключению, что отношение атомных весов кислорода и водорода равно
16 ; 1,008.
§ 40а. Состояние выделения.
Водород может при обыкновенной температуре отнимать кислород
из окислов металлов, когда он находится в состоянии выделе-
п н я (in statu nascendi), т.-е. выделяется из кислоты в том же самом рас-
творе, в котором находится окисел металла. Напр., он может перевести
соль окиси железа (Ре203) в соли закиси (FeO) (см. § 261) соли хромовой
:: 41—42 Получение кислорода 47
(см. § 240, Сг О3) в соли окиси хрома (Сг2О3) соли марганцевой
(11МпО4) в соли закиси марганца. (МпО) (см. §§ 243—245). Чтобы
я в отличии восстанавливающего действия молекулярного водо-
1Г3) от водорода в состоянии выделения поступают так: пропускают
подкисленные растворы марганцово-кислого калия (КМпО4) или
хромокислого калия (КаСгаО7) водород, полученный в аппарате Киппа.
Vi ой стороны, в такие ясс растворы прибавляют цинк и разбавленную
рную кислоту. В то время как в первом случае даже через несколько
.в никакого изменения в окраске не наблюдается, во втором случае
раствор марганцево-кислого калия очень скоро обесцвечивается, а дву-
хромокислый калий оранжево-красного цвета восстанавливается в зеленую
с--ль окиси хрома.
Это различие между действием молекулярного водорода и в состоя-
нии выл' .н иия объясняется тем, что в первом случае действуют готовые
ух атомов состоящие (На), и атомы водорода
. . :. бы действовать на другие тела, а на
эго умение •: и д затратиться <п> ргия извне, во втором
же слутте из кжи!ы выл ля?.:..; .«б.лет:-: л мы водорода (Н). часть
их д> пствует на жпсяог д. находящийся в •kiii-.i.ix, также на другие
X IK вист ю п 'Р Д; J 142).
Кислород 0=16,0-
ТУ (по отношен ню к воздуху)--1Д056. I) (по о-тиошепню к водороду^ 15 }884. Вес 1 литра при
О ° и давления 760 мни лиметров=] ,4292- Раствори mocil при 0°: четыре объема газа в 100 объемах
воды* Темп, плавл,~218°. Теми* кип,—183". Крит, темп.'—119°. Уд. в. жндк, кисл. при т. кип.
1,137,
§ 41. Кислород получается при электролизе воды, а также разве-
денной серной кислоты. При нагревании многих кислородных соединений
выделяется также кислород, напр., окись ртути HgO при нагревании
распадается на кислород и ртуть.
Hg0=Hg+CO
Перекись марганца МпО2 при накаливании до-красна в железной
трубке теряет часть кислорода и переходит в закись — окись марганца
Мп3О*:
ЗМнО 2 =Мп3О4 О 2-
Чаще всего для получения кислорода служит бертоллетовая соль
КСЮ3, которая при нагревании разлагается по следующему уравнению:
КСЮ3=КС1+ЗО.
Разложение идет скорее в присутствии перекиси марганца.
Расположение приборов при этом опыте представлено на рисунке 22.
§ 42, Кислород есть газ без цвета и запаха, плохо растворимы/!:
в воде (в 100 объемах воды) растворяется 4 объема при 0° и 3 объема прп 20'.
Xif инчемте ceoiic nifw
Пип 51 атмосфере давления л --119 (критическая т-мпсратура) он может
быть сгущен в бледно-синюю жидкость5 кипящую при -183” шц давленном
одной атмосферы. удельный вес жидкого кислорода 1.137 при — 183\
Коли опустить пробирку, наполненную жидким кпсл<ф .ь-м в жидкий
водород, то получается твердый кислород синего цвета. Т* мл натура пла-
вления кислорода — 218q (или 55° но абсолютной шкале).
Кислород составляет около одной пятой части воздуха (см. далее),
Входит в состав соединений, образующих земную кору В и звлются наи-
более распространенным элементом в верхних слоях земли
§ 43. По своим химическим свойствам он является очень энергичным:
он сосдишился с большинством элементов, с некоторыми соединение про-
исходит при обыкновенной температуре, папр., железо, находясь в йухе.
соединяется с кислпру-
дом и покрывается
ржавчиной, но дл я того,
чтобы сосдпшчше про-
изошла быстро, нужно
/железо нагреть. Многие
нагретые толщ будучи
внесены в атмосферу
кж' т t . ’ стро со-
единяются с ш: . при
е л Щ'-гк-.х т ' ’ ьшоп
Г1' . .. 1Л1 II
света.
Такпг1 тела, как
фосфор, сера, угбль, горят в атмосфере кислорода, при чем продуктом
горения фосфора получается твердое тело, называем >е фосфорным. лиги
дрпдом, РоО^ а продуктом горения серы и угля являются газообразные
3) Следующая таблица показывает процентное содержание наиболее -распростра иевпы х
элементов в верхних слоях земли (до 10 километров глубины), включая моря и атмосферу
(по Кларку). В пер пом столбце” название элемента, во втором—весовое процентное содержишь,
п третьем— относительное число атомов (ивылти словами—густота атомного населения), прини-
мая число атомов водорода—100.
II Ш
Кислород..............49,98 333,2
Кремнии...............26,08 96,1
Алюминий . . ......... 7,34 28,6
Железо................ 6,08 9,7
Кальций .............. 3,51 9,4
Магний ............... 2,50 11,1
Натрий ............... 2/28 10,5
Калий..................2,23 6Д)8
Водород................0,95 Юи.О
Титан................. 6,33 0,64
Хлор...................0,15 0,45
Углерод . . . .........0.21 1*87
Фосфор............. . О Л 4 0,31
Азот ................ 0,03 0J5
(ера...................0,09 ,13
Клысифика « w я oki юл о 8
4.9
i ыи (8OS) и угольный (СО3) ангидриды. Реакции, при агом
•пите, тиогут быть выражены следующими уравнениями:
2Р+50=РаОа
С+Оа=СОа
8 - О^ЙОг
?!• -галлы: калий, натрий, .железо горят в кислороде, при чем лолу-
июг я окисли этих металлов:
Naa+O=NaaO.
. Классификация окислов: основания, кислоты и соли. Как
яиг . : иды. : и килы (см. § 21) способны соединяться с кислородом,
и:: л. Н--СЯТ --бщее название о к и с л о в. Окислит
с < • <. . быть р. •?-лены на основные о к а с л ы,
и к п слот н ы е.
. ' г 'по и др.,
• • • : ’ » ' ’ ' . с н о-
•жя ъ вжграя У .. ь к тырла 1 <>. окись магпия
' I и пс КП'.: сера, углерод, фосфор),
кислород, переходят в кислотные о кислы или
। к г и л р п д ы кислот; примерами кислотных окислов могут слу-
ги,льный ангидрид (СО3), фосфорный ангидрид (РаО5), серный анги-
(S( >;J) и др.
Основные окислы, пли основания, приведенные в соприкосновение,
п совсем не соединяются, или нс дают друг с другом прочных соедине-
ний: то же самое можно сказать и о кислотных окислах, но как те, так
и другие легко соединяются с водой, которая таким образом является
. -кислом промежуточны м.
Основные о к я с л ы, соединяясь с водой, образуют гидраты
оснований, напр., окись натрия (NasO), соединяясь с подом, даст гидрат
окиси натрия (NaOH), по уравнению:
NaaO+HaO=2NaOH.
Окись кальция (СдО) при таких же условиях образует гидрат окиси
кальция Са(ОН)г:
СаО+НгО=Са(ОН)а.
Гидраты окиси калия и натрия легко растворимы вводе и называются
щ е л о ч а м и.
Кислотные окислы .при соединении их с водой образуют
•соединения, называемые кислотами, напр., серный ангидрид (SOa)
при действии на него воды образует серную кислоту:
SOs+H2O=H2SO4.
/Ки0 л у ио и. Неорганическая химия, 4
liAactiiffiuiututiH <>kuc.wi 44
Основания, приведенные в прикосновение с кислотными окмс-
Лами, энергично соединяются с ними (при этом происходит большое вы-
деление тепла). Тела, получаемые от соединения основании с кислотными
окислами, называются солями, напр., при соединении окиси натрия с сер-
ным ангидридом получается сернокислый натрий, т.-<* натриевая соль,
серной кислоты;
Na 2О —}- S02 =z: Na 2SO4.
Соли могут получаться также и при взпим<'.1> й< п • и гидратов осно-
вании II КИСЛОТ, При чем приме 0.111 ВЫ .!< В'
2NaOH -n;s< ij 211.'.’
C.-i(OH)2 - J [>о4=( aSO4-r2H2O
ZnO+H3SO4=ZnSO4+H2O.
Если мы в кислоту опустим куски таких металлов, как цинк или-
железо, то из кислоты будет выделяться водород, а на место водорода
будет вступать цппк или железо.
Zn+H2SO4 =ZnSO4+Н2.
Fe- H2SO4=Fe8O4+H2.
Следовательно, при этом получ. : . при •оедмис-
шш оснований с кислотными апп г.
При:, если i : . . гпть атомами металла .
ТО получится соль; С< II., еле льп-. СТЬ и с л о т а, в кото-
рой водород за мел' 1 . и.
Отсюда .видно, что все ?- р л к т <? р и з у ю т с я
тем, что в составе их н а х i и i >• я i т •• } ,т. с п "-
с о оный заменяться м <• тал л а .ми.
Металлы могут замещать друг друга, лалр., же.п ; йотпии
ла раствор модного купороса, вытесняет лз лого мель
CuS04— Fc=^FeS'V '
Ec/jji в частице кислоты нах'цится тотп-К" .ют' ...-.•м В'-.щрода спо-
собный замещаться металлами, то кислота . д неоснов-
ной, например, соленая кислота НС1, уксусн ' ЛПОЛ!; если
таких атомов водорода два, то кислота называется х в у х о с и о в и о и,
напр., серная кислота H4S04 и щавелевая кислота < _ '.И..: если зри атома
водорода, то кислота трехосновная, пример'-м каких кислот мо-
жет служить ортофосфорная Н3РО4.
Основность кислоты, следовательно, определяется чис-
лом атомов водорода, способных замещаться металлом.
Если все атомы водорода в кислоте заместятся атомами металлов,
то получаемая соль называется средней солью, напр., Na2SO4,.
если же только часть атомов водорода, заменятся атомами металлов, тс^
Соли кислые, папр., NaUSOj, кислый серно-кислый натрий,
.. кислый фосфорнокислый натрий.
и металл образует только один основной окисел, то он позы-
ве т -я окисью, напр., окись натрия, окись кальция, окись магния и т. л.
ылинство металлов образует два осповных окисла; тогда низшая
окисления называется з а к и сыо, а высшая—о кпсыо. напр.:
л. от. меди СиаО и окись меди СиО. закись железа (FcO) и окись железа
J ’:М.
Кроме окйслов, способных давать со.вд, существуют окислы, лишен-
ью .пой способности, напр., окись углерода, закись азота и т. п. Такие
'.кислы называются ивдиферентпыми. Сюда будут относиться
также перекиси, т.-е. такие окислы металлов, которые содержат
кислорода боле'1, нем его находится в основном окисло, наир., перекись
бария, ВаО3. Вы i ••лян часть кислорода, перекиси переходят в основной
ис''г. напр.. из переклей бария. ВаОг получается окись бария ВаО. -
Е<-ли данный металлоид образует одна ангидрид, то его название
составляется на прилагательного, произведенного от имени металлоида
и оканчивающегося на н ы н, и слева ангидрид, напр., угольный анги-
дрид СО2. Ес: . .т ' ••.лл<: д обр у ' ю г пеней окисления, то
название высшей степени окисления составляется таким же способом:
что же касается до низших, то прилагательное, предшествующее слову
ангидрид, оканчивается словами; о в а т и с т ы й, и с т ы й, о в а т ы и
(пример: хлорноватистый С12О, хлористый С12О3, хлорноватый С1205 и
хлорный С12О? ангидрид),- если образуется 4 окисла.
Если металлоид образует два ангидрида, то прилагательное высшей
степени окисления оканчивается обыкновенно на н ы й; а низшей — на
истый, напр., серпый ангидрид SO8 и сернистый S02.
Название кислот, образующихся от соединения данного ангидрида
<:• водой, образуется так: прилагательное остается то же самое, а слови
-ангидрид» замеиятя словом кислота, напр., из серного ангидрида обра-
зуется серная кислота, а па азотистого — азотпетия кислота.
Название солей составляется из названия кислоты и метал ta. входя-
щего в состав соли, напр., серпокислый калий, K2SO4, азотнокислый каль-
ций Ca(NOs)2.
Если металл образует несколько степеней окисления, то для обозна-
чения различия в составе солей указывают на соли закиси и окиси, напр..
говорят: сернокислая закись железа (железный купорос) FeSO4 и серно-
кислая окись железа Fe2(SO4)3.
Пламя. Строение пламени.
§ 45. Когда некоторые тела, напр., С, S, Ph и др. соединяются с
кислородом, то развивающееся при этом тепло бывает настолько велико,
что тела сгорают ярким пламенем. Выделение света при тореннп различ-
ных тел бывает неодинаково: так, при горении угля в кислороде получается
4*
Пламя
Рис. 23.
довольно большой свет, при горении фосфора свет еще ярче, а водород
сгорает бесцветным пламенем,
Для того, чтобы решить вопрос, что такое пламя, отч -го зависит
его яркость и т. д. под., рассмотрим строение пламени - лю новой свечи.
Пламя свечи, когда оно находится в спокойном < "i юяшш. имеет
вид конуса, в котором можно различить три (рис. 23);
внутреннюю -темную аа. с р с д н ю ю — f_ одеваю-
щую тонким слоем внутренний Темный ) н - являющуюся
наиболее светлой частью пламени, и. h.ii:- h-:: [.друж-
ную— bed. бледную, внутри i ! ? . .,'бмлее
нагретая часть пламени.
Если мы введем во внутреннюю, темную часть (аа) пла*
мини стеклянную трубочку, то но пей начнут подниматься
пары, находящиеся во внутренней части, и эти пары могут
быть зажяюны на другом конце трубочки. Этот опыт показы-
вает, что внутренняя часть пламени состоит из паров, которые
выделяются из растопившегося вещества свечп: воска, стеарина
и т. п. Стеарин или воск плавятся от жара пламени и получающаяся жид-
кость вследствие капиллярности поднимается по светильне вверх, в более
жаркие части, где из нее выделяются пары и различные газы.
Средняя (efg), наиболее яркая часть пламени состоит пз накаленных
твердых частиц угля, которые, приходя на п->н«-рхн.-< ~ ’ • ни в сопри-
косновение с кнсл< р< -м воздуха, дают угольный ангидрид COt. Эго пол-
шю сгорани» угля пр •!№; я: г ня " " ". : >< in пламени -
(bed).
Легк<> доказать присутствие твердых накаленных частиц во внутрен-
ней части пл.т м«ни: ’.тля этого достаточно только внести в нее какой-нибудь
холодный предает (фарфоровую чашку, стекло), чтобы увидать, как он
покрывается саж'-й. представляющей не что иное, как мелко раздроблен-
ный уголь.
Итак, пламя свечи состоит из трех частей: внутренней, в ко-
торой находятся naiffc п газы (ненакалеиные), с р е д и с к, содержащей
в себе твердые накаленные частицы угля и наружно й, состоящей
из накаленного газа.
§ 4*3. Я р к о ст в пламени зависит, от твердых накаленных частиц,
находящихся в нем.
Это доказывается тем, что тела, продуктом горения коих получаются
твердые те .да, сгорают с наибольшим светом: так, фосфор даст фосфорный
ангидрид—твердое тело, железо—разбрасывает при горении накаленные
твердые частицы окисла железа, водород же сгорает безцветным пламе-
нем, ибо продуктом горения являются пары воды.
Что касается до температуры пламени, то опа зависит от
природы как тоги тела, которое сгорает, так и продуктов горения: чем
больше тепла выделяется при горении тела и чем меньше теплоемкость
продуктов горения, тем выше температура пламени.
Пламя.

ди продуктов горения будут находиться твердые тела, то
гея светящимся, в том же случае, когда являются только
в :п. несмотря на высокую температуру, будет бледным (напр..
ижл ’рода). Для того, чтобы бледное пламя водорода сделать светя-
. в него внести только твердое тело, по могущее расплавиться:
[.'.дым телом может быть кусок негашеной извести (окиси кальция
IvcoK извести при атом накаливается и издаст яркий свет.
. 47. Смесь водорода и кислорода представляет г р е м у ч и й г а з.
ри внесении пламени в такую смесь происходит взрыв. Для того,
получить спокогь
пламя водорода
. кислороде, употребляют
бого рода горелку
рис. 24), состоящую па
II:ух трубок, вложенных
л па в другую. Кислород
пускают во внутреннюю трубку а водород в наружную W, регулируя
приток обоих газов так, чтобы получилосьспокойное горящее пламя,
которое, обладая очень высокой температурой, светится очень слабо, ибо
оно состоит из накаленных ларов воды. Если же мы направим его на
кусок извести, то получим яркий ослепительный свет (так паз. Др у м-
м о я д о в свит).
Рпс. 25.
Рас. 26.
Рпс. 27.
О температуре (до 2000°) кислородного пламени можно судить по
тому, что в нем плавится платина и се спутники, а железо не только пла-
вится, ио и горит. Для плавления платины служит печь, построенная из
двух кусков негашеной извести (окиси кальция) (рис. 25); в нижнем на-
ходится углубление (В), в которое кладут платину, верхний А А служит

крышкой, сбоку находится отверстие .D для выливания расплавленной
платины, В крыше АД находится отверстие,, в которо вставляется го-
релка; по внутренней трубке ОС идет кислород, а по наружном НЕЕ--
водород,
§ 48. Г о р е л к а Бунзена (рис. 26) легко позволяет показать,
что яркость пламени зависит от твердых частиц, в нем находящихся; устрой-
ство ее очень просто. Нижняя часть ее m (рис. 27) посредством каучуковой
трубки соединяется с газовым краном; газ проходит через треугольным
разрез в маленьком конусе (г) и поднимается вверх по трубке (fd). Внизу
по бокам этой трубки находятся два (н) отверстия, которые, по желанию,
могут быть открыты пли закрыты посредством кольца (а), снабженного
соответствующими нарезками.
Газ зажигается у верхнего
конца, трубки. Если нижние
отверстия (и) открыты, то
воздух через них смешивается
с газом и последний, если
количество прнтека ищет»
кислорода достаточно, горит
с '!:• рпюпио несветящимся
пламенем. Если же закрыть
отверстие для притока воз-
духа, то последний не будет
иметь доступа внутрь пламени
и оно будет светить.
Для употребления в ла-
боратории нссветящсеся пла-
мя имеет то значение, что
оно не образует копоти и даст
очень сильный жар. (Допол-
нение к теории пламени см.
§§ 158 161.) .
Температура пламени
в горелке Бунзена изменяется
от 300 внутри пламени недалеко от выхода газа, где сгорание еще не
началось, до 1550’ в части между внутренним конусом и наружной частью
пламени. Рлс. 28 показывает распределение температуры в пламени
горелки Бунзена (правой на рис.) и горелки Мекера (левой).
Последняя отличается тем, что ее отверстие закрыто редкой сеткой,
вследствие чего внутренний конус пламени разделен на ряд малых и
очень коротких частей. От этого высокая температура переносится
к нижней частя ближе к отверстию горелки, и пламя обладает более
высокой температурой, par пред елейной равномерно.
Температуры, указанные па рисунке, достигаются в случае, если
н пламени не находится никакого тела, излучающего тепло. Платиновый
Химическое ерооство
вин тигель, помещенный в пламя, обладает гораздо меньшей
нт. Платиновый тигель (в 20 граи, весом) нагревается го-
кера до 900° -950°Ц.
Химическое сродство Химическая энергия.
19. Явления горения тел в кислороде представляют яркий пример
зления особой силы, известной под именем химического с р о д-
. а,
Простые тела или элементы, как мы виделп, способны соединяться
уг с другом: так, железо соединяется с серой, оно также может соеди-
яться с кислородом: водород, сора, фосфор тоже соединяются с кисло-
родом и т. д.
Ота способность элемента «соединяться с другими элементами и
образовывать с ними сложные тела, в большей пли медыпей степени склон-
ны давать новые сложнейшие соединения, составляет основный характер
каждого элемента» г); так, напр,, железо легко соединяется с кислородом,
серебро же и долото трудно вступают в соединение с кислородом.
Причину или силу, заставляющую тела соединяться или же пре-
терпевать различные химические превращения, называют сродством
или химическим сродством.
Силу химического сродства, заставляющую тела соединяться друг
с другом, отождествляли с силой всемирного тяготения и все различие
между ними полагали в том, что сродство действует только на. малейших
незаметных расстояниях, сила же притяжения — на больших. Но такого
отождествления нельзя делать, так как химическое сродство зависит от
качества элемента, чего нельзя сказать про силу тяготения, которая зави-
сит только от расстояния и массы тела.
Нельзя также отождествлять сродство с спепленпем тела, так как
последнее обнаруживается между однородными телами, сродство же только
между разнородными.
Но нужно заметить, что как сродство, так и сцепление проявляют
свое действие только на малых расстояниях и имеют много общего.
«Химическую силу, заставляющую проникать одно вещество в дру-
гое, нельзя вполне отождествлять даже с теми притягательными силами,
которые заставляют прилипать или удерживать разнородные тела, друг
около друга, напр., две плоскополироваипые поверхности твердых тел,
или заставляют жидкости смачивать твердые тела и привлекать вх к по-
верхности, или газы и пары сгущаться на поверхности твердых тел». «Сме-
шение этих сил нельзя делать, потому что при химическом соединении
одно вещество проникает в другое, чего не происходят при слипании, Но
очевидно, что силы, определяющие прилипание разнородных тел, предста-
вляют переход от механических сил к химическим, потому что действуют
J) Менделеев. Основы химии. 6-е изд., стр. 19, 8-е изд., стр. 13.
'>(> Закон сохранения энергии. § 50
только при полном прикосновении мея.ду различными телами?
(ibidem).
В начале XIX столетия отождествляли химически-- силы с электри-
ческими. Несомненно, что между химическими явлениями и а.л ьгрпчсскпмл,
равно как и теплотнымп, существует тесная связь, так как при образова-
нии химических соединении выделяется тепло пли электричество, смотря
по условию опыта, по эта связь указывает только на тесное соотношение
всех сил природы, на их единство или на способность энергии проявляться
в различных видах.
§ 50. При изучении связи между химическими силами, и электриче-
скими и теплотнымп, оказалось, что химические силы подчиняются закону
сохранения энергии. Известно, что количество энергии х) в природе по-
стоянно, т.-е. оно нс может ни увеличиваться, ни уменьшаться. Но энер-
гия может проявляться в различных видах: или в виде механической ра-
боты, или в виде тепла, или в виде электричества. Всегда при исчезнове-
нии энергии в одном виде является известное, строго определенное коли-
чество в другом. Напр., при превращении 1 калории (малой) тепла в меха-
ническую работу получается работа, равная 427 граммометрам. При образе-
^Энергию те л а м о ж но о п р с д <? л и т ъ. к а к снос о бп л с т t п р о п j-
п о д п т ь работу; за и с р у э п е р г и и м ы и р и п п м а е м к о л и ч е с т в о
работы, которое тело может произвел ж
Приглядываясь ' и же ь» м видам ргии, нам дяшимгя б тслах\ мы м<жом заметить
различие между юм вид м энергии» каким ( адагт летящая пуля» нагретое тело л т, п., и топ
энергией» какая находится в облаке, висящем в воздухе, в лавине, свесившейся с горы (и готовой
упасть), в гире, подвешенной на некоторой высоте, в шаре, заряженном электричеством, в по-
рохе ит. л.
В первом случае мы имеем тело как бы с явным видом энергии» известным под именем
кинетической анергии.
Во втором — энергия тел находится в скрытой форме» в виде запаса, который может бып
проявлен» это — энергия потенциальная.
Кинетическая энергия, которою тело обладает в силу своего движения.
зависит не только от массы движущегося тела» но и от его скорости: разрушительное действие -
или, иными словами, работа разрушения ядра» воерастает с его скоростью. В механике дока-
зывается» что кинетическая энергия тела измеряется его ж ивой сило й: так называется
произведение пз массы тела на половил у квадрата его ско-
рости \/2 waf где WJ-"масса тела, а г—его скорость*
Другой вид энергии будет представлять та энергия* которая зависит от относительны о
положения тела в системе» или, по выражению М а к с в е л л я» ит к о и ф и г у р а ц и л с и с-
тем ы: примером такой энергии может < i у жить энергия, какою обладает камень» находящийся
на некоторой высоте над уровнем меря, заряжеярый эле кт pm ест пом шар в соседстве с другим
телом» заряженным противоположным электричеством, лавина, ьлеящая на уступе скалы
пт. п. Все эти тела обладают энергией, по в скрытой, потенциальной форме» и поэтому’ такая
энергия называется потенциальной*
Потенциальная энергия измеряется той работой, которую
произвела бы сила, от которой оя а зависит, если бы тело ус т у-
пило действию этой силы (Клерк М. а к с в е л л ь): так, можно сказать, что
груз в 100 килограммов, находящийся на высоте 10 метров над уровнем моря, обладает потен-
циальной энергией в 100 килограммометров, ибо» падая» он момсет произвести таксе коли честно
работы; груз в 200 килограммов па высоте 20 метров обладает потенциальной энергией в 4000 кило-
граммометров и т. д. При этом мы принимаем условно, что потенциальная энергия груза на
уровне моря равна нулю.
Закол сохранения энергии может быть формулирован следующим образом.
Полная энергия к а к о й-н и б у д ь системы тел представляет
величину, которая взаимным действием этих тел нс может
быть ни увели чей а, ли уменьшена» хотя при этом энергия м о*
ж ст быстро быть превращена в любую из форм» которые она
может принимать,
jj 51 Первый закон термохимии
ванни химических соединений может выделяться или тепло, или элек-
тричество: так, при горении водорода, угля, дерева и т. д, выделяется
тепло, при растпореппи цинка или железа в серной кислоте мы можем,
как известно, получить гальванический ток. Следовательно, простые тела
или элементы обладают запасом химической энергии, побу-
ждающей вступать тела в соединения. Химическая энергия представляет
вид потенция л ь и о й энергии и поэтому, находясь в скрытой форме,
может сохраняться неопределенно долгое время, лс растрачиваясь; так.
напр., каменный уголь в течение целых тысячелетий сохранял свою хими-
ческую энергию до наших дней.
Когда элементы входят в соединение, напр., водород, сгорая в кис-
лороде, даст воду, часть этого запаса выделяется в виде тепла, п в по-
лученном соединении запаса химической энергии менее, чем в первона-
чальных элементах. Поэтому полученное соединение уже не способно
к тем реакциям, к каким способны элементы. Так, метали калий псера .легко
горят па воздухе, если будут накалены. Но если они соединились, при чем
выделилось известное количество тепла, то полученное сложное тело уже
ле воспламеняется, не горит на воздухе. При соединении часть химической
энергии утратилась, превратившись в тепло. Мы можем измерить коли-
чество тепла, выделяющегося или поглощающегося при образовании хи-
мических соединении. Та часть химии, которая занимается измерением
количества тепла, выделяющегося при химических реакциях, называется
термохимией. Она начала развиваться в особенности быстро после
установления закона сохранения энергии. Благодаря трудам Гесса.
Ю. Томсена, Вертело, проф. Н. Н. Бекетова, В. Ф.
Л у г и и и и а и других, мы в настоящее время обладаем очень большим
материалом термохимических сведений.
Далее при описании различных соединений будут приводимы число-
вые данные, показывающие количества тепла, выделяющегося или погло-
щающегося при их образовании.
§ 51. Количество тепла, выделяющегося при образовании химиче-
ских соединений, показывает, насколько меньше запас химической энер-
гии (выраженный в единицах теплоты) сложного тела, сравнительно
с запасом ее в элементах Мы не можем знать всего запаса химической энер-
гии, находящегося п элементах, т.-е. нам не известно, какое количество
теплоты мы получили бы, если бы всю химическую энергию данного эле-
мента превратили в теплоту. Мы можем измерить, только, на сколько умень-
шился запас химической энергии при образовании сложного тела. Напри-
мер, 2 грамма водорода соединяются с 16 граммами кислорода, при чем
образуется 18 гр. воды и выделяется около 69 больших калорий х). Следо-
вательно, в 18 тр. воды химической энергии меньше, чем в 2 гр. водорода
и 16 гр, кислорода вместе на такое количество, которое эквивалентно 69
’) Везде в этой книге термохимические данные будут даны в больших калориях. 1 большая
калория: К==ЮСО малых. 1 малая калория равна тому количеству тепла, которое нужно Для
нагревания 1 грамма воды иа 1 градус Цельсия.
От’ Т€рмохл1.мч:ч'-^ие обозначен и >i §§ 52—53
калориям тепла. Отсюда следует, что для разложения воды нужно затра-
тить такое же количество тепла или же эквивалентное ой количество элек-
трической энергии. Это количество тепла пойдет на т-у чабп возвратит!,
элементам (2 гр. водорода и 16 гр. кислорода) тот запас химической энер-
гии, который они утратили, вступив в соединение. Таким образом мы
видим, что при разложении сложного тела на эле-
менты поглощается такое же количество тепла,
какое выделяется при его образовании из ал с-
мслтов. Этот первый закон термохимии является след-
ствием закона сохранения энергии.
В самом доле, представил! себе, что пз каких-нибудь элементов Ап
В образуется соединение АВ, при чем выделяется количество тепла Ц).
Положим, что при разложении соединения АВ на элементы А и В погло-
тилось количество тепла Q1. Если бы Q было больше Q1, то, сперва заста-
вляя соединяться А и В, а затем разлагая соединение АВ, мы получили бы
избыток тепла Q — Q1; превращая его в работу, мы получили бы работу
из ничего, а этбго по закону сохранения энергии не может быть. Точно
так же Q не молот быть менее Q1, ибо тогда, следовательно, происходило
бы исчезновение энергии, а этого ще может быть, следовательно, Q = Q1.
Кроме подобного теоретического доказательства, и пвый закон термохи-
мии подтвержден опытным путем.
§ 52. Большинство сложных тел образуется пз элементов с выделс-
лпом т<. : и них :апас химической энергии меньше, чем в элементах.
Реактпш, при К'Тпрых они образуются, называются э к з о т е р м и ч е-
о к п л и. Но существуют сложные тела, напр., закись азота, циан, при
образовоипп которых тепло поглощается. При реакции их образования,
следовательно, теплота превратилась в химическую энергию, и такие слож-
ные тела обладают большим запасом энергии, чем элементы, их составляю-
щие, Поэтому онп обнаруживают большую скорость к химическим реак-
циям, чем элементы в свободном состоянии. Реакции, при которых погло-
щается тепло, называются эндотермически м и.
§ 53. Результаты термохимических исследований можно выразить
уравнениями, аналогичными тем, какими выражаются химические реак-
ции. Уравнения:
н2+о=н2о
,Hg+O=HgO
показывают: первое —что а атома водорода, соединяясь с 1 атомом кисло-
рода, дают частицу воды, второе же — 1 атом ртути, соединяясь с 1 атомом
кислорода, образуют 1 частицу окиси ртути.
Мы можем сказать, также, что 2 грамма водорода, соединяясь с 16
граммами кислорода, дают 18 грамм воды, или же 200 гр. ртути при со-
единении с 16 гр. кислорода образуют 216 гр. окиси ртути.
Можно условиться выражать химическим знаком элемента не только
ого атомный вес, но и запас химический энергии, заключающийся в его
атоме. Взяв весовые количества, пропорциональные атомным весам эле-
ментов,' или,. иначе, столько граммов каждого элемента, сколько единиц
в его атомном весе, мы можем написать уравнения, в левой часты которых
будет находиться запас химической энергии в элементах, а в правой — за-
пас химической энергии в происшедшем сложном тел» плюс количество
тепла, выделившегося при образовании этого тела. Например, уравнение:
Щ+О-Н/Н 63 К
показывает, что в 2 гр. водорода вместе с 1В гр. кислорода количество
химической энергии более, чем в 18 гр. воды, на количество, эквивалент-
ное 69 б. калориям.
То же обозначает уравнение:
Hg -!O=HgO+42K.
200 гр. ртути и 16 гр. кислорода содержит столько же химической,
энергии, сколько ос в 216 гр. окиси ртути плюс 42 К.
Эти уравнения количеств энергии позволяют производить с ними
тс же операции, какие производят с алгебраическими уравнениями. Так,
уравнение:
Hg+О—HgO =42 К
показывает, что разность между количествами химической энергия в сво-
бодных ртути и кислороде и окиси ртути эквивалента ,42К.
Уравнение:
HgO=Hg=O—42К
показывает, что при разложении окиси ртути (216 гр.) на ртуть (200 гр.)
и кислород (16 гр.) поглощается 42К.
Пользуясь подобного рода уравнениями, мы можем легко вычислить
количество тепло, выделяют i> я при различных хл.чпческпх реакциях г).
Озон.
§ 54. При пропускании электрических искр через сухой кислород
последний приобретает особый запах и переходит в так называемый озон
(or oyetv пахнуть).
Для получения озона этим путем может служить прибор Сименса
(рис. 29, А), состоящий из обложенной снаружи оловянной фольгой стек-
лянной трубки, внутри которой находится более узкая трубка, также
обложенная фольгою, но с внутренней стороны. Конец внутренней трубки
запаян; обе фольговые обкладки соединяются с проволоками Румкор-
ф о в о й спирали В, и пропускаемый ток разряжается в приборе без
искр тихим рязпядом. Если теперь протягивать с помощью насоса D через
*) Более подробное изложение термохимии см. Ив. Каблуков: «Основные начала
физической химия*. выпуск третий.
во
Озон
прибор Сименса воздух, который будет входить через трубку Ь, то раствор
йодистого калия и крахмала, помещенный в сосуде С, быстро посинеет от
действия озона. Озон действует разлагающим образом на раствор йоди-
стого калия, выделяя свободный иод и образуя едкое кали ли такому урав-
нению:
2KJ - Н2О-Ь О3 = 2КОН + J./ + О ,
иидисты ii каяли озон гдкес кали л од кислород.
Свободный иод дает с крахмалом темно-синее окрашивание.
Для той же цели молот служить озонатор, предложенный
Вертело, Он состоит (рис. 29) из широкой тонкостенной трубки В,
к которой припаяны две тонкие трубочки С и О. В трубку В входит другая
А меньшого диаметра; немного раздутая часть се наверху притерта к. кран*
трубки В и плотно запирает ее, как пробка. Эта трубка Л наполнена раз-
веденною серной кислотой. Трубка В помещена в стеклянный цилиндр
F, наполненный такою же жидкостью. Как в цилиндр К, так и в трубку
Рпс. 29.
А опущены платиновые проволоки (как показано на рис/30), соединен-
ные с электродами индукционной катушки. При пропускании тока в коль-
цевом пространстве между А и В получится тихий разряд. Если в трубку
С пропускать чистый и сухой кислород, то нз трубки В будет выходить
озон. Так как озон быстро разрушает каучук, то для проведения его трубки
соединяют посредством ртути, как показано на рисунке: на трубку D на-
сажен посредством пробки стаканчик со ртутью; отводящая трубка не-
сколько большего диаметра охватывает конец D, погружает в ртуть, кото-
рая запирает ее.
Озои
61
Озон образуется нс только при пропускании электрического раз-
да через кислород, но и при медленном окислений фосфора и некоторых
геродистых соединении.
Озон есть аллотропическое видоизменение кислород#
Аллотропическим изменением простого тела назы-
вается такое видоизменение, при котором тело, не изменяя своего состава,
приобретает иные свойства.
Физическое отличие между озоном и
кислородом заключается в том, что плот-
ность озона (в газообразном состоянии)
в 11/а раза более плотности обыкновенного
кислорода. При превращения озона
в кислород объем газа, увеличивается в Р/8
раза. Поэтому заключают, что частица
(молекула) озона в 11 2 рп.-.а болею ча-
стицы (молекулы) КИС.Юри|;|
Формула частицы < ню —. • > она
состоит из 3 атомов кислорода, тогда как
частица 02 кислорода состоит из двух.
Реакция образования озона пз кислорода
происходит но уравнению: -
ЗОг=2О3—59.2К.
Прибавленные к этому уравнению
69,2 больших кал. показывают, что для
превращения 96 грамм, кислорода в такое
я«! количество озона нужно затратить
69,2 больших калорий. В озоне запаса химической энергии более, чем
в кислороде на количество, эквивалентное 29,6 б. калориям для каждых
48 граммов озона. Этим ибъяспяется <то б<• еюргпчное. сравнительно
г кислородом, действие. При обыкновенной температуре он окисляет
ртуть, серебро,, выделяет под из йодистого калия и разрушает многие
органические краски. Скипидар поглощает его и соединяется с ним; он
действует на каучук, пробку и т. под.
В чистом виде, совершенно освобожденном от примеси кислорода,
озон яс получен,
При пропускании через сухой кислород электрического разряда про-
исходит превращение кислорода в озон, но оно заканчивается, когда пре-
вращение достигнет’ 12% (при -|-22°) и 20% (при —23°). Охлаждение спо-
собствует образованию озона.
Если смесь кислорода и озона пропускать через U-образную трубку,
охлаждаемую жидким кислородом; то озон сгущается в голубую жидкость,
кипящую при —119°, под давлением одной атмосферы (т. кип. кислорода
при —184°).
я 2 Перепись eo<)opf,'Ja § 55
В воде он растворяется более, чем кислород; 100 объемов води раство-
ряют 40 объемов озона (4 объема кислорода).
Озон лаходнтся всегда в большем или меньшом количестве в воздухе,
ио в виду его энергичного действия на органические тела, а также на шы-
пше организмы, количество его не везде одинаково: в воз iyxe потей, а
особенно лесов (хвойных) его больше, чем вблизи жилищ. Действуя разру-
шительно на микроорганизмы, он может служить дезинфекционным сред-
ством. При вдыхании озона в значительном количестве происходит воспа-
ление дыхательных путей.
Средством для открытия озона может служить. так1 п озыва'мая озо-
носкопичсская бумажка, т.-е. бу мага, пропитанная раствором
йодистого калия и крахмала. При действии озона на нодистый калий вы-
деляется под (по нышопрпш .гинему уравнению На стр. 60), который дает
с крахмалом синее окрапшваяце.
Перекись водорода, НгО».
§ 55. Кроме воды, водород с кислородом образует еще другое со-
единение — перекись водорода., Н2О2, которая представляет
собою безцветную жидкость с жгучим металлическим вкусом, уд. в. 1,5.
Опа получается при действии разведенной серной кислоты (1 ч. кислоты
на 10 ч. воды) на перекись бария Вщ\ при ном получается нераствори-
мый в воде серпе.кислый барий Ва>и,. от которого освобождают разведен-
ный раствор п jh-kih и вод"]и га фильтрованием:
ВаО2 . Н28О4 -BaSO4 Н2О2.
Подобным же образом действует угольная кислота при пропускают
ее через в«цу. в которой г.зболтапа Hepej.iun, бария:
ВаО2 -СО2 Н2и BaU03 Н2О2.
Чтобы получить чистую перекись водорода, сгущают се водный рас-
твор выпариванием на водяной бане (нагревая ио выше 75й. ибо при высшей
температуре опа разлагается на кислород и воду) до 50%-ного содержания
и затем перегоняют в разреженном пространстве при давлении от 10 до
70 миллиметров, при чем сперва отгоняется вода, а затем переходит чистая
перекись водорода.
Чистая перекись водорода кипит при 69°, под давлением 26 милли-
метров. В толстом слое перекись водорода голубого цвета.
Плотность ее 1,458, т.-е. 1 куб. сайт, весит при 0® 1,458 гр. Для полу-
чения твердой перекиси водорода охлаждают водный раствор, содержащий
от 95 до 96% перекиси водорода до — 80°, тогда отделяются бездветиые
кристаллы твердого вещества. Ес.ти имеются такие кристаллы, то тогда
достаточно разбавленные растворы (от 80% до 90%) охладить до — 10’
п внести туда несколько кристалликов, чтобы получить в большом коли-
честве твердую перекись водорода. При —2° она плавится.
Перекись всдорида
<>3
лсгкоеги, с какой перекись водорода отдает кислород,
жить как окислитель, а также для беления тканей, шелка
. и животные ткани она разъедает. Многие окиси металлов
1‘Кнсь кальция, цинка, меди) от действия перекиси водорода
перекиси. Сернистые металлы от действия ее переходят в серно-
ак, если обольем черный с< ряистый свинец PbS перекисью водс-
колучим белый порошок сернокислого свинца I-’bSO4.
.: амечатеаьно ее отношение к некоторым окисям; если в раствор
ion водорода внести окись серебра, то происходит обильное выд<-
кислорода и металлического серебра: атом кислорода из перекиси
.рода соединяется с атомом кислорода из окиси серебра, а из последней
останавливается серебро:
Ag20+H203-=2Ag+02+H30.
§ 56. Если перекись водорода, приходит в соприкосновение с порошком:
платины, серебра, осмия, перекиси марганца, то она быстро разлагается
в воду и кислород, при чем выделяется 23,06 калорий тепла:
НгО2=Н2О +04-23,06К.
Заслуживает внимания то обстоятельство, что при этом все эти тола
остаются без изменения: напр., перекись марганца, МпОа, всыпанная
в раствор перекиси водорода, вызывает распадение последней по вышеопи-
санному уравнению, сама же остается неизменной. Такие тела,, которые
могут вызывать или ускорять реакции только своим присутствием, назы-
ваются катализаторами, а самое явление — катализом.
В чем заключается причина каталитических реакций, до
тих пор мы не имеем на этот вопрос вполне определенного ответа.
Прису гишв' перекиси год.ф-дэ легко доказывается очень чувстви-
тельной реакцией ее на хромовую кислоту в ирису ствии эфира. К обра-
зовавшемуся слабому раствору грднкпси к у?ди приливают эфира, ко-
торый нс смешивается с остальной жидкостью и плавает слоем наверху.
Затем приливают в пробирку одну—две капли раствора соли хромовой
кислоты, так называемого двухромокислого калия К3Сг2О7. Получается
синее окрашивание, переходящее при взбалтывании в эфирный слои, ко-
торый некоторое время сохраняет синюю окраску. Рекция происходит
благодаря окисляющему действию перекиси водорода, при чем хромовая
кислота превращается • в высшую степень окисления хрома . Вещество
это темно-синего цвета, хорошо растворимое в эфире, которым оно при
взбалтывании и извлекается из жидкости. Оно очень непостоянно, и через
некоторое время окраска эфирного слоя исчезает.
Перекись водорода находится в небольшом количестве в воздухе,
и ее присутствие может быть открыто в дождевой .воде и нередко в снеге.,
в инее же и росе опа не встречается.
(>4 Закон кратных отношений § 57
§ 57. В воде на 2 весовые части водорода приходится 16 вес. ч. кисло-
рода, в перекиси водорода на то же количество водорода его содержится
32 вес. ч., т.-е. вдвое более, чем и воде, Следовательно, количества кисло-
рода, соединяющиеся с одним и тем же количеством водорода в воде и пе-
рекиси водорода, находятся в простом кратном отношении, как 1:2.
Здесь мы встречаемся с одним из частных случа< в з а к о и а к р а т и ы х
отношений, установленного Д о л т о и о м
Закон этот выражается так: с с л и два тела Ап В образу-
ет т м е ж д у собой носко л в к о х и м и ч е с к и х с о-
<* д и и он и й , то количеств а о л и о г о и л них (А), с о-
Д И В Я 10 ЩИ е С Я Г' ИД ним и тем ж к о л и ч с с т в о м д р у-
г о го (В), находятся м ж д у собой в простых крат-
ных отношениях, т.-е. относятся, как 1 : 2 : 3 : 4 и т. д.
Закон кратных отношений легко объясняется с точки зрения атоми-
стической гипотезы.
ГЛАВА 1 lf-м.
Групна галоидов.
иная £ 1ь. — § 00. Хлористый водород, соляная кислота, — §§ 61—62- Хлор. —
•ч —’ 4. Законы < z иных отношений (Ге й JI ю с с а к а). — §§ 65—67, Кислородные соодл-
и^я х.юра.— § 6>. Гром, — § 65. Закон распределения. ~ -•§ 70, Бромистый водород.—
• ; не с< • динейня бр ма. - <§ 72—74. Иод, — §§ 75—78. Фтор. — §§ 79—80, Сравне-
ние группы галоидов,
§ 58. Группу плов вляют фтор, хлор, бром и иод. Мы нач-
-- гх распространенных
Хлор. 01=35.46,
1 <ц.> <iTiiuiHi?iii!K> к воздуху)—2.45. Уд. нее жидкого хлора (вада—1} J ,47.1 литр гаэообразн.
хлора весит 3,181 гр. Растворимость: 215 объемов газа в 100 объемах води при 20°.
§ о!). Хлор встречается в природе в виде соединений с металлами.
П ива репная соль, представляющая соединение хлора с металлом
натрием, хлористый натрии Nad, очень распространена в природе и слу-
жит источником добывания других хлористых соединений.
Поваренная соль встречается в виде залежей каменной соли
во многих местностях, напр., в России, около Илецкой Защиты, в Гер-
мании -около Стассфурта в Австрии — около Вёлпчкм.
В некоторых местностях из з< или выходят источники, содержащие
в больших количествах растворенную повар', иную ель. Растворы соляных
источников сгущают в так называемых г р а д п р ля х. Г р а д и р и я м и
называются длинные сараи, наполненные хворостом и открытью с боков.
1!а верху сарая находится резервуар, в который поднимают.’ соляной рас-
твор. Рассол, стекая сверху, разливается по хворосту и теряет.1 вследствие
нспарепня воду. Внизу собирается более густой рассол, из которого можно
удалить воду выпариванием.
Во .многих местностях у нас в России, напр., Бахнуто, г. Славянске
(Харьк. губ.) и друг, выкачивают из-под земли соляной раствор и, выпа-
ривая в чренах (род большой железной сковороды), получают соль.
Самосадочная соль добывается пз соляных озер (напр.,
Элгинского или Баскунчанекого), в которых она покрывает дно озера
слоем в несколько сажен толщиной.
Поваренную соль можно добывать также из морской воды, в которой
находится около 3% поваренной соли. Для добывания ее морскую воду
Ку 6i у it и u. JltE'pnhh’icvIя химии.
О
A III e:.i<)til‘Oi)
в южных странах сгущают при действии солнца в бассейнах, расположен-
ных террасами по берегу моря: В холодных стран х. напр,, на берегах
Белого моря, добывание поваренной соли происходит при помощи холода.
Морскую воду замораживают, при этом замерзает чистая вода, а вся соль
остается в растворе. Отбирая лед, получают сгущенный рассол, откуда
поваренную соль добывают, выпаривая избыток воды на <нне.
Хлористый натрий выделяется, из воды в виде кубов. При накалива-
нии он растрескивается, плавится при 851° и при белом калю ии превра-
щается в пары. В кипящей воде ои растворяется немного более, чем в хо-
лодной; 100 ч. воды растворяют при О 36 ч., а при 100 - 39 частей
соли.
(.’оль необходима для витания животных. Количество ежегодно вы-
рабатываемой с oi шч и-лястся мшиимн мп .ношами пулов, ибо она слу-
жит ИСТОЧНИКОМ добывания почти В X хлористых (-О' дииеннй.
§ 60. При Д', йствни на поваренную соль серной кислоты получается
хлористый, водород KCI.
NaCI + H2SO4 - NaHS04 + HCI
хлористый сорная КИСЛЫЙ ССрШ)- Хиористын
натрин кислота кислый натрин ш>;и»р<>Л
При зтой реакции лтом патрия становится вл ж-сто атома водорода
в частице серной кислоты, а атом водорода ззмешнт атом натрия в поварен-
ной соли. Такая реакция называется р г э к ц п е и д в о й п о г о об
м е на, Если вести реакцию на холоду, то она идет1 ио вышеуказанному
уравнению, при сильном же нагревании образовавшийся кислый серно-
кислый натрий, заключая в собе водород, способный замещаться металлом,
дсиствуел’, как кислота, на другую частищу хлористого натрия; образуется
средний сернокислый натрий и пню части на. хлйр’лстогп водороду:
\aHSOj
Б ИС.ЗЫ " С pitij-
KH6.;|..iij иагрпй.
N.-iO
А ?юЦТ!("ШЙ
натрий
Nil
cije.-UHjii cr.pl 10-
кнелый натрий
НС1
хлориелш
всдород.
Следовательно, при нагревании реакция происходит по следующему
уравнению:
2Naf’l IbSO, Xa2SO4 211.CL
Хлористый водород газ безцветный, дымящийся на воздухе (вслед-
ствие соединения с водяными парами), удушливый, с кислым вкусом. Он
не горит и горения не поддерживает. Удельный вес его по отношению
к водороду 18,1, по отношению к воздуху—1,25. При давлении !0 ат-
мосфер п ю;> он сгущается в жидкость, кипящую при давлении одной ат-
мосферы при 35°. При сильном охлаждении он застывает в безцветпую
крнсгал шческую массу, плавящуюся при 112.5". Сгущенный (бе з-
водныи) хлористый водород электричества иг
проводит п л а м е т а л дне. действует.
Хлористый водород в воде легко растворим: 1 объем воды поглощает
450 объемов хлористого водорода при 15° и 500 объемов при 0°.
Op 67
сть воды жадно поглощать хлористый водород может быть
следующем опыте: наполнив склянку А сухим хлористым во-
загыкатот пробкой, в которой вставлена стеклянная трубка,
на наружном конце,
нрокняув склянку А
'ы стеклянная трубка
. гружена в воду сосуда
рис. 31), отламывают
.ли конец трубки, и тогда
начинает бить фонтаном
1 УД А.
Хлористый водород, рав-
няясь в воде, не подчини ет-
закоиу Генри Д о л-
н а (см. § 28), что указывает
то, что между хлористым
/юродом и водой происходит
.имнческое взаимодействие.
Водный раствор хлористого
।.' »д орода, мзв естпый под именем
Рис. 81.
с о л яной кислот ы, обладает всеми свойствами сильных кислот: лакму-
совую бумагу окрашивает в красный цвет; хорошо проводит электричество;
при действии на такие металлы, как цинк, Zn, или железо, Fe, выделяет
водород и образует соли, хлористый цинк или хлористое железо: -
Zn+2HCl=ZnCI2+Ha.
Fe-’ 2HCl--FeCl2+H2.
Соляная кислота предо ив ihct бюцвстиую жидкость тяжелее воды.
Крепкий раствор с- Ki • . .. г. < к :ащ1:й .”|.то Ю% хлористого
водорода, имеет удельный вес около» 1.2 при 15'. Если в охлажденный
до —18° раствор соляной кислоты пропускать еще хлористого водорода,
то выделяются кристаллы состава НС1.2Н2О (50% НС]). Насыщенные
растворы соляной кислоты носят название дымящей соляной
к и с л о т ы.
При нагревании такой кислоты выделяется постепенно избыток хло-
ристого водорода, но когда в жидкости остается около 20% хлористого
водорода, то такая жидкость перестает его выделять и перегоняется при 110°.
Такой состав отвечает формуле НС1.8ЩО.
§ 61. Получение хлора. При пропускании через раствор соляной
кислоты электрического тока она разлагается, и на отрицательном полюсе
выделяется водород, а на положительном хлор (в равном объеме). Это
разложение можно вести в приборе, подобном тому (рис, 1), какой служил
для разложения электролизом воды, по только электроды должны быть
сделаны из коксового угля, а нс платины, ибо на последнюю хлор дей-
ствует’.
5*

Хлор
8 61
Обыкновенно хлор получают при действии солшиш кислоты (при
слабом нагревании') на перекись марганца МпО2.
Происходящая при этом реакция протекает в два г •риж1;|. Сначала
при действии 2 частиц соляной кислоты на I чистину ш .киги марганца
получаются хлористая соль марганца, вода ц кислород
1) МпО, 2ЫГ|-М1|С1., Н Л>-
перепись соднияя х ntpisr.n ii
миррцща кш.’Кп мар I а 1 и-; •
Затем иора.иющпйся кш-.г. ины со-
ляной кислоты, образуя В"ду и выл я х.. у:
2/ 2 ;]|И tj _ 11J»
В 1Н'Щ1 м реакцию Моа.ио выразит одним уравнением:
МвО2 - 1HG1 МвС13 , 2НаО ,-С13.
Рис. 32 изображает аппарат для получения хлора. В колбу вставляют
пробку с двумя отверстиями, в одно из которых проходит воронка, в дру-
гое етеклянвая трубка, изо-
гнутая так, как нлооражено
ла рлсушю. В колбу кладут
перекиси марганца. (или
же дъухромокпелого калия
К2Сг2О7), в воронку же нали-
вают крепкой соляной кислоты
п начинают подогревать; вы-
деляющийся при этом хлор
к о о оран, в сл.лянку. ПО
только нужно налить как
в нее, так и в ванну горячей
ВОДЫ, ибо В ХОЛОДНО!! ПОДО
хлор хорошо растворяется.
Хлор можно собирать
в открытом сверху сосуде,
ибо он, благодаря своей
тяжести, вытеснит воздух.
Хлор есть таз зелено-желтого цвета (отсюда его название от хАюрб;
желтовато-зеленый), очень удушливого запаха; вдыхание его даже в очень
небольшом количестве производит кашель и воспаление дыхательных
путей. При 15а и под давлением 4 атмосфер он сгущается в жидкость, ки-
пящую при 33,6' и замерзающую при —102"; уд. в. жидкого хлора
1,56. В воде растворим хорошо: 1 объем воды растворяет 2,37 объема при
17°.
Такой раствор носит название хлорной воды. Для получения
хлорной воды наполняют реторту лрокппяченой водой, перевертывают,
как показано на рисунке 32, и пропускают по трубке хлор до тех нор,
водой соберется столько таза , что вода потечет из реторты, тогда
щают ток хлора, взбалтывают воду, проводят опять газ и поступают
полного насыщения. При охлаждении до 0° из раствора выделяются
аллы гидрата хлора С12.8Н20, разлагающиеся при натре-
иг до 38° на хлор и воду.
Кристаллами гидрата хлора воспользовался Ф а р а д е й в 1823 г.,
г,ы получить жидкий хлор. Для этого он запаял эти кристаллы в конец
а изогнутой трубки (рис, 34) и погрузил
этот конец в нагретую воду (выше 38Д,
конец же с в охладительную смесь.
Выделяющийся от нагревания хлор сгу-
щался в конце с в . желтую жидкость.
Хлор не горюч, но горение поддержи-
вает: зажженный водород, зажженная свеча,
Ряс. 35.
Рис. 36.
внесенные в атмосферу хлора, не гаснут, а продолжают гореть с выделе-
нием дыма. При горении водорода в хлоре выделяется хлористый
водород.
Опыт горения водорода в хлоре производят так: зажигают водород
в воздухе и погружают пламя в атмосферу хлора (рис. 35); для того, чтобы
воспроизвести горение хлора в водороде, зажигают водород в обращенном
вниз цилиндре (рис, 36) н вводят струю хлора, который, загораясь у отвер-
стия, продолжает гореть в водороде внутри цилиндра.
70
Законы объемных отношений
§§ 62-63
Рте. 37.
Если опустить зажженную свечу в сосуд с хлором, то она продолжает
гореть, выделяя сильную'колоть; это происходит оттого, что хлор соеди-
няется с водородом, входящим в состав свечи, а углород выделяется.
Многие металлы энергично соединяются с хлором лрп простом со-
прикосновении, напр., ртуть, натрий. Сурьма, впсс- иная в хлор, воспла-
меняется 1).
Рис. 37 изображает скляпку, наполисшпю х i р м и заткнутую
пробкой с каучуковой трубкой, соединяющемся с it колбочкой,
в которой находится измельченная сурьма. Как толы нут насыпать
сурьму в склянку, она загорается ярким илам м. ; ihhk.-i, пап пишется
белым дымом — хлористом сурьм. й.
Хл<>р разрушает ми"гп< краски, на чем
основано его npinvRouue, напр., при белении
бумаги, тканей и т. п. Но при употреблении его
нужно соблюдать осторожность, ибо он раз-
рушительным образом действует и на саму к»
ткань.
Вследствие своего убивающего действия ла
микроорганизмы он служит так же, как сильное
д е з и н ф е к ц и о и н о е (обеззараживающее)
средство.
j: G2. С -•I / ' хлор сиг.щняется очень
легко.
Если смеет, водорода с хт-р.-м (в равных объемах) подвергнуть дей-
ствию яркого солн< чпого света и.fit п л: !ш. получаемого от горения маг-
ния, то пропеходпт сильный взрыв вследствие быстрого соединения хлора
с водороде:: я выделения при этом большого количества тепла. На рассеян-
ном же свете газы этп ct - дякяются без взрыва медленно.
Законы объемных отношений между простыми и сложными телами.
§ 63. Водород с хлором соединяются в равных объемах, при чем не
происходит сжатия: 1 объем водорода, соединяясь с 1 объемом хлора,
образует два объема хлористого водорода. Это можно показать на следую-
щем опыте: наполняют эвдиометр (так называют запаянную с одного конца,
трубку, разделенную на 10-доли кубич. сантиметра, со впаянными пла-
тиновыми проволоками)2) сперва ртутью, затем, опрокинув его в ртут-
ную ванну, проводят в него водород (напр., 5 куб. с.) и затем столько же
хлора. Перенеся затем эвдиометр в глубокую ртутную ванну (глубокий
цилиндр со ртутью), соединив платиновые проволоки с Рум кор фо-
Ч При этом заслуживает внимание то влияние, каков оказывает влажность на течение
химических реакций: хлор, действуя энергично на металлы ,в присутствии следов влажности,
в совершенно сухом состоянии с гшми не соединяется, так что, будучи тщательно высушен, ов
может сохраняться в металлических (стальных) сосудах,
а) Рис. 38 представляет эвдиометр, а рис, 39—эвдиометр со ртутной ванной ab.
§ 64
Законы. объемных отношений
/1
в о й спиралью, пропускают искру через смесь, отчего происходит соеди-
нение си взрывом; затем, когда газ примет прежнюю температуру, можно
видеть, что объем образовавшегося хлористого водорода будет равен 10 куб.
сайт.
Подобным же путем можно показать, что при синтезе воды два объема
водорода соединяются с одним объемом кислорода в дают два объема водя-
ных паров (измеренных при той же температуре и давлении).
Три объема водорода, соединяясь с одним объемом азота, образуют
два объема аммиака.
Риг 38> Рис. 39.
Па основании подобного рода фактов Гей Люссак установил
следующие два закона (известные в химии под именем законов Г е й
, Г ю с с а к а)..
Первый закон. Простые тела (в г а з о о б р а в н о м . с о-
стоянип) соединяются п л п в равных объемах,
П Л и в к р И Т И ы X Л Р у Г J) У Г у.
Второй закон. О б ъ <• м и б р а з у ю щ е 1 с я г < л а (в таз о-
о б р а в и о м с о с г о я и и п) и я х о д н т с и в н р о с т <> м к р а т-
Н О М О THU HI с II И II к а К К О б Ъ о М У К л Ж Д ii Й II 3 е Г О С 0-
ставных частей, так и к сумме объемов газов,
е г о о б р а з у ю щ и х.
§ 64. На основании этих законов, а также гипотезы Авогадро,
по которой в равных объемах всех газов при одина-
к о в о й температуре и давлении заключается од и-
и а к о в о о к о л и ч е с т в о ‘ ч а с т п ц (м о л е к у л), мы приходим
к заключению, что частицы таких элементов, как водород, кислород, хлор,
должны заключать два атома.
. В самом деле, предположим, что в одном литре водорода заключается
х частиц водорода, тогда по гипотезе Авогадро такое же число х
частиц находится в 1 литре хлора, при соединении 1 литра хлора с 1 ли-
тром водорода получается 2 литра хлористого водорода, в которых будет
72 Законы обымньш отноаици.й § 64
.заключаться тоже x частиц хлористого водорода, цг каждая частица
хлористого водорода заключает в себе хлор н водород. в одном же лигре
х
хлористого водорода будет частиц. т.-е+ вдви» м-ть•• •. ч-м в литре водо-
рода и хлора.
Мы пришли таким образом к заключению. пр' иг. л тюпюму гипо-
тезе Л в о га др о. По своим же общим физическим свойствам (палр..
ко отношению к закону Б о й л я-М а р и о т т а и Ш а р л я Г е й Л ю с-
са к а) хлористый водород совсрп] вне под-с. и вмд..р*>_1у л хж-ру, а сле-
довательно. по своему внутр* нш му < кию *>п о и им: или, обратно,
внутреннее строишь частиц (молекул) хл ра и недорода подобно такому
же для хлористого водорода. Частица хлористого водорода состоит по край-
ней мере из двух атомов: 1 атома хлора и 1 атома водорода; частица во-
дорода, построенная подобно частице хлористого водорода, состоит тоже
из двух атомов водорода; частица хлора состоит из двух атомов
хлора.
Если мы сделаем ото предложение, то нам легко будет объяснить все
законности, наблюдающиеся при соединении газообразных тел. В нашем
примере - и 1 л. водорода заключается х частиц водорода, содержащих
каждая 2 атома водорода, то же самое в 1 л. хлора находится х частиц
хлора (каждая из двух атом<ж): при образовании хлористого водорода
атомы водорода и х.юра меняются мостами, число частиц остается то :ж/\
а следовательно, и объем не изменяется.
Это можно выразить следующим уравнением:
* х (П.ТТЯ х (Cl.Cl)-x (ILC1) Ух (С1.Н).
Графически то, что произошло при встрече частицы хлора и водорода ;
можно представить так:
До встречи: Н | | И ( I (1
После встречи: И ! И И С1
Таким образом гипотеза, по которой частицы (молекулы) хлора, во-
дорода, кислорода и многих других элементов состоят из двух атомов,
легко обменяет законности, наблюдаемые при образовании газообразных
тел.
По этой гипотезе при образовании воды (газообразной) из водорода
и кислорода должны происходить сжатие (из 3 обкомов газов должно по-
лучится 2 объема паров воды), как это можно видеть пз уравнения:
хН? -x.TJ-1 хО3— х.И2О Ьх.Н2О,
До соеднпеппя было 3 х частиц (кислорода и водорода вместе), после
соединения образовалось 2 х частиц воды_Число частиц уменьшилось
в отношении 3 ; 2. В том же отношении произошло уменьшение обг^ма.
§ 65 Соли ыор и оса mite той кислоты 73
Кислородные соединения хлора.
§ С5, Хлор прямо с кислородом не соединяется. Но косвенным путем
можно получить целый ряд кислородных соединений. Наименее богатое
кислородом соединение есть хлорноватистый ангидрид С1аО;.
для получения его нужно действовать сухим хлором на окись ртути HgO;
г BgO - -2Clt^Cl4O HgCl,.
Хлорноватистый ангидрид С1гО представляет желто-бурый газ, сгу-
щающийся на холоду в темно-бурую жидкость, кипящую при ; 5°, Ла
свету хлорноватистый ангидрид быстро разлагается. При действии воды
хлорноватистый ангидрид . дает хлорноватистую к и с л о т у
НСЮ:
С12О | H3O=SHCIO.
Кислота ‘Та непостоянна; боле*' постоянными являются ос соли,
получающиеся при пропускании хлора в холодный раствор едкого
кали, КОП. Bill i-.IKi'li' Н;> Гро Xal'll. ИЛИ гидрата огнен кальция, .
Са(ОН)2.
Реакция идет ио уравнению:
2NaOH ()ls - \аС1 У NaClO Н2О .
едкий натр ' хтор хлористый хлорноватисто-
натрии кпе.иый натрии.
Получается смесь хлористого натрия и хлорноватисто-кислого натрия,
Раствор утих солей называется жав ел ев ой водой и слуясит для бе-
ления,
Та же самая реакция идет при действии хлора на гашенаую известь,
Са(ОН)2. Получается смесь хлористого кальция и хлорноватисто-кислого
кальция, носящая мазвашь- хен-ршм изв₽гти. также белильной
и а в г с т и пли |> т б с- ла.
йСа(0П%+»С12 = СаС% + Са(С10)2 Ч- НПО
л .п ор и стм i I xj op и о пати сто-
ка ль ций кислы ft кальции
Белильная известь обезцввчивает многие краски, ибо при действии
па нес кислот напр., соляной, она выделяет хлорноватистую кислоту, а
последняя - хлор, Она употребляется также для дезинфекции.
Одной из главных особенностей хлорноватистой кислоты и ее солей
является их способность выделять кислород по следующему уравнении):
ЗНОЮ- йНС1 + 02
aNaC10==>2NaCl-i-03
Са(СЮ)3 -СаС'1я- С»,
Поэтому, гели их. привести в соприкосновение с веществами, спо-
собными соединяться г кислородом. то последние легко окисляются. Соли
74 Соли хлорноватой кислоты § 66
хлорноватистой кислоты являются таким образом сильными окисли-
телями.
В обыкновенных условиях распадение хлорноватистых солен и вы-
деление из них кислорода происходит медленно, но присутствие некоторых
тел, напр., солей закиси кобальта (металла, близкого ио свойствам к же-
лезу), ускоряет процесс распадения. Если к раствору хлорноватисто-
кислого натрия прибавить немного солен закиси кобальта, то образуется
черный осадок окиси кобальта и, кроме того, из раствора выделяется кис-
лород в таком изобилии, что поднесенная тлеющая лучина вспыхивает
ярким пламенем.
Если к раствору едкого натра лрибшипь la много ли закиси кобальта
и пропускать хлор, то оба процмта (т.-е. процесс образования хлорнова-
тистокислого натрия ц процесс его распадения) будут следовать непосред-
ственно друг за другим, а продуктами реакции будут являться хлористый
натрий и кислород:
4NaOH+2Cl2=4NaCl+O2+2H2O.
§ 66. Из других кислородных соединений хлора наибольшее приме-
нение имеют соли х л о р и о в а той к и с л о т ы НСЮЙ, Щелочные
соли этой кислоты получаются при пропускании хлора в нагретый
раствор едких щелочей. При пропускании в раствор едк ткядп выделяются
кристал лы б е р т о л л < т о в о ii соли КСЮ3.
«КОИ- 3(i2 KC103-i 5КС1-ЗН2О.
В*ртоллетовая соль плохо растворима г. воде при обыкновенной
Температуре. Этим пользуются для отделения ее от более 'растворимого
хлористого калия, КС1.
При нагревании она плавится, а при дальнейшем шнреванпп разла-
гается на хлористый калий, КС1, и кислород.
Брошенная на уголь, она дает вспышку. Смесь ее с серой и органи-
ческими веществами дает вспышку.
Хлор н о в а т а. я кис л о т а НСЮ3 может быть получена при
действии разведенной серной . кислоты на хлорповато-барневую соль
Ва(СЮ3)2:
Ba(C103)2+H2S04=BaS04+2HC103.
Образующийся при этом нерастворимый сернокислым барий, BaSO4,
оседает на дно, а в растворе остается хлорноватая кислота. Такой раствор
можно выпаривать под колоколом воздушного насоса. При нагревании
раствора выше 40° хлорноватая кислота разлагается, образуя хлорную
кислоту, НС1О4, кислород и хлор:
4НС1О3=2НС1О4+И2О-!-С1а+ЗО.
Сгущенная кислота представляет вид сиропа: бумага, спирт, фосфор
воспламеняются при соприкосновении с ней при обыкновенной темпе-
87—68
Хлорная' кшлапм. — Бром
ратурс. Поэтому, если па смесь бертоллетовой соли с мелко истолченным
сахаром капнуть крепкой серной кислотой, то вся смесь воспламеняется.
§ 67. Самой постоянной из кислот хлора является х л о р н а я кис-
лота НС1О4.
Хлорнокислый к а л п й, КСЮ4, получается при нагревании
бертоллетовой соли, которая при этом разлагается по уравнению:
2КС1О3 --КСКМ КС! г О2.
При получении кислорода из бертоллетовой соли легко наблюдать
образование этой соли, так как КС1О4 плавится труднее, чем КС1О3, и
потому является в сплавленной бертоллетовой соли в виде крупинок.
Хлорнокислый калий трудно растворим в воде, поэтому его легко отде-
лить от КСЮ3. Он (как и все соли хлорной кислоты) постояннее бер-
то л лотов ой соли и с углем дает менее сильную вспышку. При действии на
пего серной кислоты получается хлорная кислота, КС1О4, которую можно
перегонять. Она представляет безцветное, чрезвычайно едкое вещество,
дымящее на воздухе, уд. в. 1,7s при 13’. Сохранять безводную
хлор и у ю к и с л о т у и с л ь а я, ибо при храпении опа разлагается
(со взрывом).
С водой она дает постоянные гидраты НС1О4Л2О гг НОЮ,. 2Н2О.
В следующей таблице сопоставлены кислородные кислоты хлора,
с соответствующими им ангидридами, из коих в свободном состоянии из-
вестны хлорноватистый С12О и хлорный С12О. Кроме того, известна дву-
окись хлора С1Оа (желтовато-зеленый газ, сгущающийся в красновато-
бурую жидкость, кип. при 10°).
Хлорноватистая кислота НС10 , ангидрид ее С12О
Хлористая. » НС1О2, » » (С12О3)
Хлорноватая . НС1ОЭ, » (С12О5)
Хлорная НОЮ,. -. С12ОТ
Бром. Вг. 79,92.
1)'—5,4; D--79.8. Уд, у. яспдкого брома 3,187,
§ 68. Вром не встречается в природе в свободном состоянии, а на-
ходится в соединении, главным образом, с металлами: натрием, кальцием,
серебром и др. Бромистый натрий, NaBr, находится в морской воде, но
в очень незначительном, сравнительно с хлористым натрием, количестве.
При получении поваренной соли из морской воды бромистый натрий
остается в маточных растворах. Бромистое серебро, AgBr, встречается
в виде руд в Америке — Мексике и Чили. Бромистый натрий и калий
встречаются в некоторых минеральных источниках, в Стассфуртских ко-
пях и т. д.
Вром можно добыть из морской воды Для этого маточные растворы,
оставшиеся после выделения поваренной соли, нагревают с серной кисло-
Закон, [шинрснелеиил § 69
той и перекисью марганца. Серная кислота действуй при этом на находя-
щийся в этих растворах хлористый натрин и выделяет хлористый водород,
который при действии на перекись марганца дает хлор. Выделяющийся
хлор, вытесняя бром из бромистого натрия, становится на его место и
образует опять хлористый натрий. Все эти реакции могут быть выражены
следующими уравнениями:
SNaCl 2НС1 +Xa..S()4
MnOx+4HCl МпС1, 21П<> ГЕ
2ХаВг СЕ =2Х'.КЧ Вю
Из последнего уравнения мы видим. чт>> х л > р в водном рас-
Т В О р е И Ы т <- е Ц Я 11 б р >• м Л з > Г о соединен и и с м е-
т а а л а м и.
Па-ряду с тпмп р1.зкш1ямн идут другие, которые в свою онере,.ь
освобождают бром на бромистого натрия: серная кислота, действуя на п>-
рокпсь марганца 3(пО2, дает сернокислый марганец Мв804, кислород и воду:
Мп02 + На804=МпВП4 ' П Н2О;
при действии же на бромистый натрий выделяет бромистый водород и
NaHSD^
Na Вт ILSO, XalJSO, llllr.
Knc.iopo i. i>eBu6..-.i,-,i.in»niniH-;i ври. первой реакции. отнимает водород
от НВг и бром о<т обп",дастся:
2НВг1О=Н2О Him.
В лабораториях м<>жн<> получать бром, пропуская хлор в раствор
бромистого натрия При этом бг-ицвстньш раствор бромистого натрия ста -
новится окраин иным в оранжевый цвет от выделяющегося брома.
При нагревании такого раствора бром превращается в пары и ври
охлаждении собирается в густую, тяжелую, краспо-бурую жидкость
с запахом, напоминающим хлор. Бром легко испаряется, пары его темно-
бурого цвета, с очень тяжелым и неприятным запахом. Самое слово бром,
кронеходяпню от £ромлс>-; -зловоние, указывает на это свойство паров
его. Точка плавления - 7'. Точка кипения------(-63°. Удельный вес при
О'Т)° 8,188. Плотность паров его по отношению к водороду равна 79.3.
Отсюда Вг3 158,6.
В воде он растворим довольно значительно: 100 ч. воды растворяют
3,2 ч. брома при 20°; при повышении температуры растворимость умень-
шается Подобно хлору. при охлаждении водного раствора брома до - - 2*'
выделяются кристаллы гидрата брома состава Вг,. Ю.Н3О.
§ (i n, Закон распределения, Если к раствору какой-либо бромистой
соли (напр., бромистого калия) прибавить хлорной воды, то, Как мы ви-
дели, выделится бром. Если к такому раствору подбавить несколько сер-
нистого углерода, плп хлороформа и взболтать все,то, когда смесь отстоятся.
S 70
nwii доро d
-лучатся две жидкости, расположенные в два слоя. Сернистый углерод
ютвле своей большей плотности собирается внизу, в то время как бо-
лее легкий водный раствор всплывает наверх. Слой сернистого углерода
(или хлороформа) окрашивается в темно-коричневый цвет, тогда как вод-
ный слой окрашен в светло-коричневый. Это происходит от того, что боль-
шая часть брома перешла в сернистый углерод (или хлороформ) и сравни-
тельно меньшая часть осталась в воде.
Вообще, если какое-нибудь тело (напр., бром) растворить одновре-
менно в двух несмешивающнхся между собою растворителях (напр.,
вводе псернистом углероде или хлороформе) и, хорошенько взболтав, дать
жидкостям отстояться, то взятое вещество (б р о м) распре-
делится между двумя растворителями, так что
। с п и с >10 к «. л и е н г р а ц и й в обеих жидкостях
я в i я г <• я н.....я н и ы м. В 'nor заключается закон р а с-
!! la I! "iil.Ha при 2о .
В 10 к. ем. водного раствора < /н-рагл-и ирам, бри ши 1'» К. см. СгьВН- < ' liit’c yr.it ;ш»дег пат.-ягрим, бреша. иенве(коЦ и- : рад род - .н.чшя'Ь
0,17В 14,10 80
0,030 2,4В 82
0,020 1,55 78 '
0,0011 0,09 80
Числа третьего столбца содержат частное от деления чисел второго
столбца на числа первого. Оно называется коэф ф и ц и е н т ом р а с-
II роде л ело брома м^жду гщишетым ег.хг'родом и водой. "Это число
показывает, что нос.п1 взбили пиния при н<> брома с водою и сернистым
углеродом в каждом объеме раствори в еерцистсм yr.n po.t" сивржится
в 80 раз больше брома, чем в таком же объеме водного раствора. Отсюда
видно, что мы не можем извлечь все количество брома из водного раствори.
если один раз взболтаем его с сернистым углеродом. Всегда некоторое
количество брома будет оставаться в водном растворе, но повторяя взбал-
тывание несколько раз, все с новыми количествами сернистого углерода,
можно сделать количество брома в водном растворе ничтожно малым.
§ 70. По своим химическим свойствам бром во многом повторяет
хлор. С водородом он дает бромистый водород, НВг,—газ, по-
добный хлористому водороду, без цвета, с удуйглпвым запахом,
Бромистый водород получается прямым соединением брома с водо-
родом црп слабом нагревании. Если в колбочку с тремя отверстиями на-
лить немного брома и, пропустив над ним струю водорода, зажечь послед-
ний, то пламя будет дымить на воздухе вследствие образования бромистого
водорода на счет паров брома, уносимых струей водорода.
78 Кнмлородныс соединении брома.— Иод 71—72
Газообразный бромистый водород по может быть получен из броми-
стого натрия, при обменном разложении с крепком серном кислотой (урав-
нение реакции см. выше § 68), ибо последняя разлагает бромистый водород
по уравнению
HaSO4 г2НВг=H2SO8+Ha0+Br2.
Разбавленная же серная кислота вытесняет лэ бромистого натрия
бромистый водород, по последний растворяется в избытк ш.
Поэтому ДЛЯ получения Га.' етюра-ИЬ i (> J ] |р- ЧЗЩ<‘ B<’rlo llpl WIIH10T
реакцию между фосфором бр.-м<->м и малым ю-личеством виды [избыток
ВОДЫ вредит тем. ЧТО В В- М par П -Тея. ПОЛуЧЯЮШПМСЯ бромистый водо-
род (рис. 40)]
В колбу кладут красного фосфора, смачивают его небольшим коли-
чеством воды и приливают бром по каплям (пз закрытой воронки со стеклян-
ным краном); при этом происходит спокойное и равномерное выделение
бромистого водорода, который очищается от паров брома, проходя через
U-образную трубку, в коей находятся куски влажного фосфора.
Реакции, происходящие при этом, могут быть выражены следую
щими уравнениям»: бром, соединяясь с фосфором, дзот трехбромистый
фосфор, который водою разлагается на бромистый водород и фосфористую
кислоту:
2Р •• ЗВ1’2 = 2РВг3
брони ст.
фосфор,
РВг3 Т ЗНаО = Н3Р03 + ЗНВг
брлмнетьш фосформст. бромистый
фосфор. киелпта, ич’Ифлд.
Бромистый'водород летко растворяется в воде (1 объем воды при
10° растворяет до 600 объемов бромистого водорода), при чем получается
безцветная жидкость, бром истоводородна я кислота, пред-
ставляющая, подобно соляной, сильную кислоту.
§ 71. Из кислородных соединений брома известны: б р о м ы о в а-
т и с т а я НВгО п 6 р о м и о вата я НВЮ3. кислоты и их соли, при
чем последние получаются совершенно так, как соответствующие соли
хлора. Что касается до б р о м и о й к и с л о т ы НЁгО4, то получение
ее из хлорной, НС1О4, при действии на последнюю бромом, является со-
мнительным.
Иод. J 126,92.
I
Уд. п. тнордото иода при 17e=4,95; D'=8,66 (до 700°); D=6 (при Ц>00°)-
§ 72. Иод встречается реже, чем бром п хлор. Его извлекают почти
исключительно из маточных растворов после кристаллизации чилийской
селитры (NaNO3), а также нз золы морских водорослей: 13000 килограм-
мов золы дают около 1000 килограммов соды и 15' килограммов мода.
11 о О
79
выделяется из растворов подпетого натрия NaJ при пропуска-
. них хлора:
2NaJ С1а - 2NaC'l+J2.
Точно так же он выделяется при действии на яодистый натрий серной
ты и перекиси марганца:
. 2NaJ+MnO2+2HaSO4 - Na2$0jH-MnS04 P2H2O+J8.
Так как он плох растворим в воде, ти он выпадает из растворов
виде осадка. Очищают его возгонкой т.-е. нагреванием, при чем
Рис. 40. Рис. 41.
иод легко превращается в фиолетовые пары, сгущающиеся прямо в кри-
сталлы темносерого цвета с металлическим блеском.
Рнс. 41. представляет аппарат для возгонки иода: в реторты (АА)
кладут сырой иод, содержащий, как примеси, иодистый натрий, хлор и
бром; последние при нагревании дадут хлористый (или бромистый) на-
трий:
Cl N J N ?1 J;
выделяющиеся при нагревании пары пода с гуща иле я в приемниках (DD).
Точка плавления иода 116°, т. кип. 183°. За цвет своих паров он
получил свое название (кеЦс) фиолетово-голубой.
В воде он растворяется плохо (1 часть иода требует для своего раство-
рения 3750 част, воды при 15е), хорошо в спирте, эфире, хлороформе, сер-
нистом углероде и т. п. жидкостях. Раствор пода в спирте (иодная тинкту-
ра — tinctura iodi) —темно-бурого цвета, в хлороформе и сернистом угле-
роде — фиолетового.
Прибавление к воде йодистого калия увеличивает растворимость
иода вследствие образования соединения KJ3.
KJ-i-.L -KJS.
Если водный раствор иода взболтать с сероуглеродом или хлорофор-
мом. то иод распределится между водой и другим растворителем, и обра-

§ 73
40
зуются два слоя: внизу сильно окрашенный раствор иода в серо-угле роде
(или хлороформе), а наверху полти бесцветный водный раствор иода. Про-
исходит распределение между двумя растворителями подобно тому, как
мы видели при броме (см § 69).
Так, напр., при 18е:
2510 к. от водного
раствора содержится
граммов иода.
0.0010
0.0016
2110 к. см. раствора
сернистого углерода
содержится
грамов иода.
0.41
0.66
Коэффициент
распределении.
4.10
4 10
Коэффициент распре,1''.в'нпя иода между сернистыми углеродом и
водой показывает, что црп взбалтывании иода с вед он и сернистым угле-
родом при 18' в любим объеме раствора сернистого углерода содержится
в четыреста десять раз больше иода, чем в таком же объеме водного раствора.
Небольшие количества иода могут быть узнаны при помощи крахмаль-
ного клейстера, с модом дающего темно-синее окрашивание (пропадающее
при нагревании).
§ 73. Иод, подобно хлору и брому, легко соединяется как с металлои-
дами, так и с металлами: ртутью, медью, серебром в т. и. (памр., подпал
тинктура при взбалтывании с ртутью О|Ъ-:щю.;ЧИВЭ'ЧСЯ, ибо !В‘Д Сиеднияется
со ртутью).
При непосредственном взаимодействии фосфоре! и пода происходит
образование йодистого фосфора PJ:( е выделением тепла п света.
С Водородом иод образует подпетый водород IIJ. При нагреванпи
пары иода соединяются с вогородом, ио не сполна.
Газообразный ПОПИТЫЙ Водород. подобно бромистому Водороду
(ем. $ 70) И', может бып, п<»лучгн при действия крепкой серной кислоты
ла йодистый натрий.
Для получения газообразного йодистого водорода поступают таким
образом: в колбу насыпают мода, (10 частей), пропускают туда, угольную
кислоту и затем прибавляют небольшими порциями желтого фосфора
(1 ч.), при всяком прибавлении происходит вспышка л образуется йоди-
стый фосфор. После того, как весь фосфор прибавлен, колбу закрывают
пробкой с двумя отверстиями, из которых в одно вставлена воровка с кра-
ном, а в другое —газоотводная трубочка. При прибавлении воды по ка-
плям происходит выделение подпетого водорода (рис. 40).
Реакция идет по следующим двум уравнениям;
+3J, -2PJ.3
pj3+3li2o=H3P03+3HJ.
Йодистый водород ••• безцветный газ, удушливого запаха, при нагре-
вании легко разлагающийся на водород и иод.
Растворяясь в воде (400 объемов газа, в 1 объеме воды), он даст нодк-
стоводородную кислоту.
; '4—75 Ишлородны мдиития иода. Фи. op A J
1чд влиянием света иодистоводородная кислота легко разлагается,
с,город растворенный в лей, отнимает от нес водород:
2HJ+O=H3O J2.
§ 74. Из всех галоидов иод образует с кислородом самые прочные
ДИКОПИЯ.
Из кислородных соединений пода известны: и о д н о в а т ы й а и-
пдрид J2Os, йодноватая кислота HJ03 и иодная
• .и слот а Ш04 . Н2О.
И о д н о в а т а я кислота HJO3 получается при окислении
иода, при нагревании его с крепкой азотной кислотой.
3Jd-5fNOeH=3JO3H -5NO .-НаО,
или же при пропускании хлора в воду, в которой взболтал иод;
J2^5Cl2-^6H2O = jJO3H 10НС1:
ЦЛ« »3 •••• Крина.1.1ИЧ. г«-Л" ул. j ||. , .р , \,|г.рЯ1Шагли КИСЛОГО,
явлю .с; . :•
II о д и о в а т о к и с л ы и к а л и и inciy1 . ген при растворении
иода в водном растворе едкого кали:
б КОП 3J2 --5 KJ KJO3 + 3ll2O.
Он получается также, если несколько подкисленный, раствор бортов-'
летовой соли нагревать с иодом, при чем образуется также йодноватая
кислота и соляная кислота;
10KCIOa+6,T2+6H2O -10KJ03 2П,Ю3+10ЫС1.
При осторожном нагревании йодноватая кислота' теряет
элементы воды ц псрехвдит в тяжелый, белый порошок — подиова-
т ьт и а и г и д р и д — J.J ’,/
оЦЛ)3=.1.,<)5 П8о.
Йодноватый ангидрид легко соединяется е водой, образуя подпола-
тую кислоту
Фтор. F = 19,0.
Уд. в, жпд, фтора-1Л4 прп—195".
§ 75. Сравнивая свойства хлора с свойствами иода, нетрудно заме-
тить, что момент с меньшим атомным весом (хлор) является более знергич-
лым. чем элемент более тяжелый (иод): хлор, наир., соединяется с водоро-
дом прп обыкновенной температуре, иод же только при нагревании. Бром,
занимающий, по своему атомному весу, середину между ними, предста-
вляет и по своим свойствам переход от хлора к иоду.
Каблукак. |1пщптп<1м:ая химия. G

S 76
Таким образом свойства галоидов находятся в зависимости от их
атомного веса, при чем наиболее тяжелые алименты яз шлются наименее
энергичными Такое заключение ло/дтверждается р*м. что наиболее легкий
из галоидов — фтор — долгое время не мог быта а- . чшг, поп, при всех
н опенках его добывания, отт в самый момент вы । •н-ння действовал на
окружающие тела,
§ 76. Одно из распростраш иных его со дингший и л а в п к о в ы й
ш и а т пли ф т о р и с т ы й к а л ь ц и 6 Са К, Он истречается в виде
Сч.-зцщ‘тных нлп окрашйшых и различные щшта крпгтал ч. травильной
СИСТЕМЫ (Ча)Це И ВИДР Кубов). Он почти ВР растворяется В Воде и слабых
кислотах. Пл Я в и к о г ы м шпатом его называют Потому, что его При-
ОДЕЛЯЮТ Нер»ДКО К Жо.Н'ЛПЫМ pV.|;iM НрП ВЫЛЛаВШ чугуна, ДЛЯ обрЭИоГЯ!-
Ш1я легкоплавких шлаков.
Вторым ПО содгржапию фТОри МННераТоМ является В Р И о л п т
Al'H ’а,, затем ф г о р о а и а г п т
GasCCl FXPO^aCa^PO^.Cag.ClPO^; CM POJS.<XF1 0,-г
Почвы постоянно содержат незначительное количество фтора, пропс
ходящего из апатита, откуда он попадает в растения Таким образом, напр.,
Зола березовых листьев содержит около 0,1 % F В хлебах ц травах фтора
во всяком случае ле меньше. Вместе с растпн лыпJi пинь и фтор попадает
ивжлвптиый организм, где он вероятно, и rh,m- сходного (? апатитом сойди-
невия входит, как не млЛ< важная сост.иная часть, в состав зубной эмали,
придавая ей крепость; вероятно, и в состав костей. Зубы п.ююядных: живот-
ных, как напр . собаки, содержат около 0,3% фтора.
Фтористый водород HF При действпн ла плавиковый шпат CaF,
серной кислоты получается фтористый водород Н1’
’ al’., H2S( >д j!1F ( <i ''(Ар
В стеклянных сосудах нагревание вести нельзя, ибо фторпстыл во-
дород действует ил стекло, поэтому употребляют п ппнпопые или свинцо-
вые сосуды. Фтористый водород легко сгущается и образует жидкость,
пилящую при 10 4‘. очень едкую, Н а Р Ы е Г О <1 ч ё П Ь Я Д G к и т ы.
Жидкий фтороводор’ёт епльио peaiupxt'-i с впдои. rar^riupaHBbiH — 1аьж<-
очень легко раствиряется. п во гпый расн ^р его повестей под пмеш-м п л а-
В ТГ К ОНО Й К И П -1 0 Т Ы
Рис. представляет аппарат (из платаны пли свинца) для техши
ческого получения фтористого водорода' он состоит из котла, пки-ма я
1' образного лриемнлка, на койне которого находится юЖолтяшм1 отверстие..
Все эти три части должны быть хорошо ирш патшымн друг к другу. Сперва
в котел кладут измельченный плавиковый ши.тг, затем приливают двойное
(по веж) количество крепкой ю-рвои кис.тоыз и. перемешивают хорошо
платиновым пли свинцовым шпателем. Затем соединяют все части друг
с другом, при \;.|зыва1от их глиной., окружают прш.’М! -л; льдом пли охла-
дительной еминли и нагревают на погчапой бане рнортх
S 77
Иолрчоуие фтора
Сгущенный фтороводород можно хранить в платиновых или гугта-
порченых сосудах. Для а налитических целей моллю употреблять плавя-
новую кислоту только в том случае сели она по содержит свинца. При
нТСУТСТВПИ платиновых СОСУДОВ НОЖПО пользоваться ДЛЯ 1фИГ0ТоВЛеН11Я
Риг. 42.
химически чистой плавиковом кислоты следутощим аппаратом: свинцовая
реторта (рис. 43) соединена с таким л;н шлемом с. В приемнике d. па хо-
ди ••:< и «.!! иШ'вая чашка с б<'Лыпт!М j ш мопьшям количеством воды. Га-
• 4 нш ' Р-Ч 1"|и I- 1 ' 'VI?;!/! I ирш-мнш.- П<»ГЛ<ШЬИТСЯ НОДОЙ, И
Оллы п< \чл’*1 .1 ч • i.iH к p-.K.Hii.i'd mm а. плавиковая
кислота. Плави оная i.'ir .<ла примени» м-н для j равпрованин па стекле,
ибо она ра.'Г.ьсдагТ стекло (см далее § ндч. Ее хранят поэтому не н стеклян-
них сосудах, а в гуттаперчевых
На. животные ткани наир., кожу тавикоеап кислота действует
разрушительно:
()на растворяет большинство металлов. О ч е и ъ я д о в и т а.
Плавиковая кислота в отличие пт .других галоидов од сродных кислот
образует кислые и средние соли. Так* напр . с калием она образует кислый
фтористый калий КН1<\ и средняя K2F2;
Если насытить аммиаком раствор плавиковой кислоты п выпарить
раствор суха, то получатся кислый фтористый аммоний NHdHBk кото-
рый вместо с п0м |ш.ц дне югы употребляйгя пуп апалпЗ'. силикатов.
( Хпгонываягь a [ЩИЮСКаЛаШЮМ. а Н1КЛ<- На определении ПЛОТНОСТИ
пара ((пористого водорода, следует принять, чти огв-ьу ia фнфнстого во-
з.ор'ттн кат. в растворе так и в газообразном с ост они и и обладает гостином
но крайней -мере ТЕЕ2, а, быть молит более сложным.
Я 77. Хотя л.ывикопая кислота была известна, давно, но подучить
ив лее фтор не удава гось при олекгро.1ш;е ее фтор не получается, ибо при
'ЛНН.'М ВЫделеНИИ ВЛ ПоЛОЖИТг. ГЬНО Л ПОЛЮСС ЫП ЧЯС рФстИ/уеТ На ВОДУ от
нимая от псе ВЛД(Ч)ОД и ш.1 ЦХЛЯЯ ЬЛСЛирОд,
F?JiIJ6-21IP <г
I ЮДВерГЯТЬ ЗДеКтрОЛ ИДУ ЛЛГИГ И И (ЙеЗВОДИЫН) фТОрНСТЫЙ ВО ОфО
нельзя ибо он не проводит электричество, п только .в 1S86 г французский
химик VI у .чесав (Henri Abwan) впервые получил свободный фтор и р в
л л е к т р о л и з е р а. г т в о р а ф т о р п с. т о г п к а л я я в б с з-
и о । ч о м ф г о |» и ( г о м в о л о р о д е (>т прибавления фтористо!о
Свойства фтора
§ 78
калия жидкий фтороводород получает способность проводить электри-
чество.
Аппарат Му ассана представляет U-образную трубку из при-
дистой платины (рис. 44), из того же материала проведены электроды tt,
которые изолированы посред-
ством пробки из плавикового
пшата (FF).
В аппарат было налито
100 гр. безводного фтороводо-
рода. прибавлено 20 гр. фто-
ристого калия изатем пропущен
ст ток от 22 элементов Бунзена,
при чем аппарат был охлажден
до — 23°. Для этого аппарат
помещался в толстостенный
стакан (рис. 45), в который
проводился из стального ци-
линдра хлористый метил, кипя-
щий при 32°. Выделяющийся
па аноле фтор проходил по
и лапшовой спирали, охлаждае-
мой до — 50° (при пропускании
через хлористый метил струп
воздуха), и затем через две трубки с фтористым натрием для освобожде-
ния от следов фтороводорода.
В своих последующих опытах М у а с с а л нашел, что платино-
вый Сосуд Может быть Замене!) МОДНЫМ При V СЛОВИЛ' ОТСуТСТВ И Я
следов в л а г и. Электроды же должны оставаться платиновыми.
§ 78. Фтор —- газ ,с неприятным запахом, напоминающим хлор.
С водородом фтор соединяется в темноте и без нагревания со взры-
вом; под, сера, фосфор загораются в атмосфере фтора. В мелко-раздроблеп-
пом состоянии мышьяк и сурьма соединяются со фтором, нагреваясь до
воспламенения. Кремний н бор загораются во фторе. Металлы (даже пза-
ина и золото) тоже легко соединяются со фтором. Только один кислород
пе дает с ппм соединения.
При действии фтора на воду образуется фтористый водород и выде-
ляется кислород с примесью озона О3.
ll2O-t-F2 21 IF О.
Углеродистые соединения: скипидар, керосин, спирт, равно как и
пробка при действий па пих фтора обугливаются и загораются. Стекле
разъедается фтором.
В 1897 г. фтор был сгущен Д ь ю а р о м и 11 у а с с а и о м при
охлаждении до — 187 . Для этого его пропускают в стеклянный аппарат.
S 79
Сравнение галоидов
охлаждаемый жидким кислородом, кипящим в разреженном пространстве.
Жидкий фтор представляет* подвижную — светло-желтую жидкость, уд.
в. 1,14 при темп, от — 187° до — 200°. Температура его кипения — 187
Температура плавления твердого фтора — 233°. Он растворяется во всех
отношениях в жидком кислороде и жидком воздухе. Кремний, бор, угле-
род, сера, фосфор и восстановленное железо охлажденные в жидком кне-
Рис. 45
лороде и помещенные в жидкий фтор, нс Загораются. При этой низкой
температуре фтор не вытесняет’ иода из подпетого калил. При - 210° фтор
не действует на ртуть, мопеду том как с водородом и скипидаром происхо-
дит реакция с выделением света.
Сравнение элементов группы хлора (галоидов) между собой.
£ 79. Фтор хлор, бром, иод представляют группу олем'ПТов, обла-
дающих многими общими свойствами; сходство между ними наиболее вы-
ражается в их способности давать соединения одной общей формулы.
Так, все они с водородом образуют соединение общей формулы ВЦ,
где ll=F, Cl, Вт, J. Все такие водородистые соединения (HF, НС1, НВт,
HJ) являются телами газообразными, безцветными, легко растворимыми
в воде, при чем водные растворы их обладают сильными кислотными свой-
ствами. Раствор хлористого (равно как фтористого, бромистого, йодистого
водорода в воде нельзя рассматривать, как раствор газа в воде, ибо прп
нагревании соляной (равно как плавиковой, бромистоводородной и подп-
ет оводородной) кислоты нельзя выделить всего газа из воды. Если мы
дымящуюся соляную кислоту будем нагревать, то сперва будет выделяться
хлористый водород и температура будет постепенно повышаться, пока
пе дойдет до 110°; при этой температуре газ не будет выделяться, а будет
перегоняться жидкость, содержащая в своем составе 20% хлористого во-
дорода. Такой состав отвечает формуле НС1. 8Н2О.
86

Точно газ. же. ил насыщенного раствора бромистого водорода кю
при нагревании будет выделяться только до тех нор, пока яс исталетел
раствор. сод1 ржащий около -18% НВг Отот раствор кипит бед разложения
при 12Г? и отвечаем форму щ НВеоН^О.
(ля ИОДИСТоВО НфОДНОИ кислоты известей гидрат HL;6Н4О (о7%
iJJ), вплящнц при 127е, а и я фторнгпжодпродной HF.2H.jO, перегоняю-
щи ней около j до’
'ГаКПМ обратим ХЛОрШТЫИ йг нет ЫИ. ЦОДПЩЪШ И ЧНТС’ГЫИ
Ш\И?ре| В.Х<'ДЖ В Нрг'ЧПг'1* ХВМПЧегГ.ее СОеДШЮШС с ВОДОЙ * МО
।ал.ими галоиды дают соединении .гее одной до туй формулы:
с натрием NaR, с цшплтч или кальцием ZnK, или ('аНУ где R . F,
( 1, Вг J,
Хти Каслстся ДО КПГ.^родных СОСДИПеВПИ галоидов. то состав вх
выражается тоже одними: общими формулами, напр -, хлорноватистая п
ороушоватпетая кислота НИ О, НВгО, хлор н свата у бром нова та я, полно
нагая кислоты НС10;р ШШ и liJO^
Таким образом сходство галоидом между гобои выражается в том
ЧТО они (а ЮТ соединенна 1ЦШШ ибщен ' фМГлы Обладая МНОГИМИ
ООПШМ11 I во; г1! |’.;п »‘НЫ ра ; ! II 1а !• -: < а \е Г 1\ ,ниИ во MHoJ'llX ОТНОШЕ-
НИЯХ О Н'Ц ас ’ЩТ? ТСПГ ОД ТОШНОГО ШЖД
1 л о»пда
Л|1о Гинеру д, ШдИ-ц-д Г1 щщЮТИ ИХ Молекулы Пи ОТИОППИ ИЮ К НМ1П:
рапре 1,'а 1 нщ |. ыг.сет опре те денно плотности пара хлора, брома н лод?
при о'.гаточно высокой темщфатур-: их молекулы распадаются на отделе
пне атомы ио уравнению: В2 U. В, где В -(' ЦВГ, Л При атом как т("- те
рятура, при коси начинается paзломание (диссоциация) молекул; так и
тепло образования молекул ни атсемов снижаются с повышенном атомного
веса галоида: для х шра число раздело пных молекул лрп 12нО' достигли
только 3%. для брома оно значпю^лшш при ШЮ:; а тли пед.л при е?00 Мто
Касасгел До Теп/н гт ебрилова НМ П Н'ЛСЬЧ Л J .KHUf ieiB. Го а1[1Г ИрШПЦеШ.1
в габлиш 80 ;ля тщшературы абсолютного нуля. 11л згнх цяниью
ВИДИМ. \1Ъ1 IfpiHJHOC'i г молекул галоидов умшщшащсл по мерс уве-’шчщшл
л и ‘Xi ре;, и иеса галоида
\ омич ci, не с в гщ едва галоидов показывают также за виси и ость го
BJ лмнгид । веса t
У'Т. фТнр (атомный нес 10) СОСДИНЯеТСЯ Со iCipiQBOM б BO.'ippt >ДиМ При
ибыКНОВелШЩ ТС MJIPpaTV ре.; ХЛОр (al; В., ЗбЛЗ) Следив Ж'ТС Л ЫО1 (0 ВЗрЫВОМ
НО'нужно Л.е|К .-'ЯИе CJH'T,? р о/НЖТрИЧвСТВа И г щ; бром и 111.1Д СОСДНПЯЮТе.я
г водород/' Ц[1 т? е мрц нагревании, Таким, образом сила химического
(родства галоидов к водороду убывает но море увеличения атомною все.,
Прочность водородистых ГОГДПНОНИИ галоидов О'ОЖС убывает при увеличе-
нии атомвого веса, жиж уощая таблица показывает количество и./л
вы.-л дюш.егося при образовании 1ало]щжицпредо1ц и тсмпсфатур; при
§ го. jp.dofj S7
ю лю пей ирон ию лит p; .ни г/чшс и \ (дпстшлцня) на составные части., а
П'МЧЩЮТуру кццения и план.'! ! ни.
Тейбор ь'ип^ьи я ГГ!'НП. и л rat иля I'evrrep ,!!f<*'‘OHIianillI.
н. : F -- HF । 38,6 кал HF
V 01 J II ’п ?? . гг ’ - • 130(Г
н | Вг=НВ 16,5 г> НВ1-^69° —8Ы 800
н ’ J ЛД — 0,8 - HJ —39° &.° 200°
It! к шц1ю из этои'тай.шпм, колпиество выдсляющегосл при обрило-
ваннп сое цпнлшя тепла находится в тесной зависимости от атомного веса
га кндар По мире увеличения инс.теднсго количество это уменьшается,
н]п£ О1фазиналпн i|n ofinCToi о водорода выделяется 38,6 б кал а при образо-
К/НИ1Г йодистого водорода ирсшсхадит твжищпчпн: тнмщ равное о,8
б ка л,
С возрастанием атомного веса галоида уменьшается прочность его
шчороднет’ 'о соедп -пищ
£ 80. Что касается до кислородных jлюдиневин, то химическое срод-
ство галоидов в: кислороду воврастает im море увеличения атомного веса,
фтор с кислородом не соединяется, соединения хлора с кислородом тало
прочны, не.ску гъко постояннее соединения брома и наиболее прочными
являются соединения иода.
На-ряду г нагпетг[псты-о химических свойств от атомного веса галои-
дов и фпанчее.кне их свойства изменяются постенрнпо с иамепеннсн веса
атома., как можно год.ето из следующей таблицы:
Люмнии Т, KiLnCJ’llii. 'Г. lUKWKJriiJL XX. BVC. Теплота сев ди не шт ато-
ТИЧ'. НОВ В X0-.ICKVJV.'
F Г) f) "Lu.' j Л 1.1 i. а,и 1 с-к Й надо мн г к. in .
(д з; । 7 1( 3 1Л
Bl- 79,9J к.3-0 <3 3.1 1М.КЮ
.) .1.Ю,92 L83" It 1.5 1ДЫ твср-1 36000
Таким образом па сравнения свойств гаидов мы приходил* к заключе-
нию что к а к ф и в и ч е <• к и су т а к и х ц и ц ч с с к не с в о и -
с г и а г а ч о и д о в и и х сое д ине н ц й н а х о д я т с я в з а.
в и г и м о ст it о у п х ат о м кого пес а.
Г Л Л В Л IV.
Элементы группы кислорода.
§§81—95. Cep#Huec'H'.iHiiciuia. —§96. Селен. - § 97. Теллур. (‘раниеиие элементов
грулли кис юрпдэ.
Сера. S32,06.
Т. 114,-1 и 1.19,-; т, кип. 444,5Л, т. лере хода puMoiri. в мо пылит- с. 95,6®.
Рис. 4G.
§ 81. В природе сера встречается или в виде самородной (в вулкани-
ческих местностях, напр., в Сицилии, Камчатке), или же в виде сернистых
металлов, напр., железного колчедана FeS2, медного колчедана FeCuSg,
свинцового блеска (галенит) FbS, цинковой обманки ZnS и т. д., или в виде
сернокислых силой, наир., гипса CaSO] . 21 1,0. тяжелого шпата BaSO4.
серп скислого свинца 1’Ь^ю, и т. д. Богатые залежи серы находятся у пас
на Кавказе, в Дагестане.
В Европе добыча серы про-
11 ив од ится, главвым образом,
в Сицилии.
Д обив а н не со р ы.
Из залежей серу добывают,
выплавляя се. Для этого по-
рода, содержащая серу, склады-
вается в кучи в закрытых
пространствах, чтобы по прои-
зошло полного сгорания ее
при зажигании се в нижпей
части. Часть серы при этом
сгорает, доставляя теплоту, на
счет которой плавится осталь-
ная часть серы. Расплавленная
сера собирается на дне кучи,
откуда проводится в особые
приемники.
Нужно заметить, что вы-
деляющийся при сгорании серы
сернистый газ губит окружающую растительность и вредно действует па
здоровье рабочих,' и поэтому в новейшее время был предложен способ
выплавлять серу с помощью водяного пара. Для этого пользуются
j? 82 Сера tsfl
горизонтальными цилиндрическими печами, в которые вводят вагонетки
с продырявленным дномнаполненные породив, смешанной с серой. После
того печи герметически закрывают и затем пускают' водяном пар при
давлении 3 — 4 атмосферы. Расплавляющаяся сера стекает через отверстия
л дне вагонеток и собирается внизу печи.
Полученная таким образом комовая с<-ра очи таится от механи-
ческих примесей nepi'гонкой. Перегонку производят В реторте (<J) (рис. 4(5),
соединенном с обширной камерой (А). Поступающие в камеру мары серы
вначале быстро охлаждаются, и, переходя прямо в твердое состояние, па-
дают в виде очень топкого порошка так наз. серного цвета. После
того как стенки камеры нагрелись, сера сгущается из паров в жидкость
п собирается на дне камеры, откуда се выливают через отверстие (О) в овлаж-
пые деревянные формы, при чем получаются, цилиндрические палочки
(ч е р е н к о в а я сер а).
Чтобы показать, как пслуч;.. гчя серный цвет, нагревают серу ди ки-
пения в небольшой pi-TOpTr, Соединенной С 0<1.|Г.Щ11М салоном (рис. 48).
Стенки ба л она покрываются серным цветом.
Обширные заложи серы были открыты в юги-валидном mra'ie Сев.
Америки Луизиане под слоем сыпучего песка иа глубшп.: 150 240 метров
мощностью в 60—100 метров, по долгое время не знали выгодного способа
ее получения, пока не был предложен следующий интересный способ извле-
чения серы в жидком виде. Три концентри-
ческих железных трубы опускаются до уровня
(цис. 47) залежей серы и горячую воду под
давлением пускают между стенками двух
наружных труб. Так как вода находится под
давлением, то се температура поднимается
выше точки плавлишя серы 114.5'. Горячая
вода расплавляет серу и нес.т шяя
мастся и б средней трубе, конец коси находится
ниже уровня расплавленной серы. Чтобы
вынести серу на поверхность, по централь-
ной трубе нагнетается воздух, который гонит
кверху серу и пузырьки воздуха между стен-
ками центральной и средней трубы. Добыча
серы Ио атому способу возросла в Сое г. Штата
800.000 тонн в 1912 г. В Сицилии же в 191
тони (1 тонна = 1000 кило - - 61 иуд.).
§ 82, Сера представляет собою желтое, хрупкое, в воде нерастворимое
тело, плохо проводящее теплоту и электричество. Она хорошо растворяется
в эфире и сернистом углероде. Она может встречаться в двух кристалличе-
ских формах. Если охладить расплавленную серу до тех пор, пока образует-
ся с поверхности корка, затем пробить отверстие в корке и вылить часть
расплавившейся серы, то внутри по охлаждении можно найти кристаллы
Рис. 47.
х с 3500 толп в 1900 г. до
2 г. было добыто 447.000
!)()
< V pa
S 82
к ВНде .ПроВраННЫХ М< П рНаМ.а.ТЕШеСКНХ ИГЛ Же-ГГ< ИШТи- и VpC-1 ?i
цвела, Tu4i^ плавления которых .120°, уд. В. 1 93 (рп.с. 49), Крпсл ллы :mi
при СТОЯНИИ теряют П]Н?ЗрПЧ1|АГ1.Ъ И ПреВраЩЛЮТСЯ В СОЙраНШ.! Kpnrpi HIOB
в виде октаэдров (р<пмбичее1л>н системы) (рис 60 а и Ь). Спаю родная есра
1W НЯХОДИТСЯ в виде СЖТЖЦрОВ. Н ТЭЬ'Ш ЖС
ферме ища выделятгеа пз раса кирш; со в сер
ШИЛОМ уЬН’рОД’. И Других pai‘TBOpHrJ\ ,;'Rx. '| )Ц !< Д
И.ШНЛеШ1Я оКТН: ЫрИ’Н Л1 Ш HI ССрЫ 114 X VJ.. ШТ
Рис К
Рис. X?
И Г. " л1рИ.Ч« . I <Щ. :.. !' ?м -и г 1 •'_ 'Д!»П и 1ШБН1ШП р. миера ’
гуре является окта >дрическая; призматическая сера при хранении^
Л enij: OlJTlpf при 11мпр')Г<>С1П>Шч’НП!' < , ЦИСТаЛЛ ГЛ1 ОКСсГАДрИЧеоХОЙ
серы переходит в последнюю ( выдел ни тепла. Только что отлитая череп
ыжн >• ра прян ынляг'1 прп.;а a iiiwкоеьадшшмшпчгпе, тю ужо ичешжжоро
па npiicr.i .1 мд, сначала просвечивающих и имеющих буроватый цве] пн
казыва) ся и- 1тыя гна и чер< нес1................о часов палочки принимают
'.1,ч\1ГЫЙ ЦВШ . ПЯМ-НЯЮ! \Д ЗЬНЫЙ В’1’ „ i i0|‘ X'-.ди В ибЫКПОБнНПЛЧО ПКТНЭДрН
ческую серу
П0ВЫШгШ10 ГсМПРраТСрЫ • Д;н пирлитстпуег Си5р;|.>нвазП1Ю
с рои. • |П-1 и: ргн ЛИфии (н офщ.и\ йепшле) при те .: нсратуро 1ШЖ.1; r, V4- - >;o"
Bi ШЛЯЮТСЯ AipBCra/BHJ игд\мдрЛЧёгК1Щ С( ры. > ирп 80' и выше Приама
1И1И’СК1)Щ Точли так ‘с сели кристаллы шл’аадрпчегясш и ры палдювоть
ш'Кокднн’ время ;н. । /)' 10 ошг делаются непрозрачным г, переходят в ею
Гф,'Н!Ш KfKT.lX jipn..Al_ Лнлгичнсленнымп Н11ЫТЛМИ установлено, что ниже
Щ налипл .. стойкой формой серы является икгавдрппсекан, выш>
но — призма гичс ска я Температура У£г налыкастея г о ч к г? й п р с
в р । е и и я серы.
Гл !,•.. I'l I ЛрЫгл иодои'по <?!рс, могут с17ИП'Сi I !М.Кi’!; j; О . (И 111
аескш a i№ О • ; ; Грг : -iJOp К уС'гиК'СЛ; а нп./'?' ..с пзвег
Ш'Щ xf'C Лм .i ! : т:;плю:л ,, Я ЭЛ а - ' L . О Т О 0 Т1 а Ы И.
<? 8л С< f-т М'Г\;ст ветрндатьсн аше г виде а и о р ф н ой/ некрпота.'п
штал ой. Ирм ид 1£>сГ сер: плавится и сталовится подвижном жид-
н.исаТ11<1, при нагревали! до Шх ина густсста Между 1.70° и 180" опа. стал,
вптса пойти черной и нельзя вылить пв сосуда При .опа опить прп
ji 83 Сери 91
серию!‘t: недвижность, при 19 <ma. кипит Если нагретую выше 330° < - ру
вылить‘в холодную воду, ю опа прифащанся в ирозрачнугс тягучею
подобно резине/ массу
Такая серя, называемая л iacrii.4CCK'.ot
Hpjf гояинн превращается постен*1 ина
к криста?глическую. J* с* рниггпм углероде
if эфире она не растворяйся.
1,ля лол учения пластической серы ее
нагре1нц<я в ctokjhhhoji реторте (рис. 51) до
кияшны, при чем лар ее сгущается и шейке
реторты в жидкую серу, которая и вы яг-
нается тонкой струси в подставлен шли
стакан, в котором ома но. л чается в виде
мягкой пластической маш . буропаыи >
ЦВгуя. VI, Е, 1.03.
Аморфная сера Г'о[- х< щ 1 " ^юг' ’ в щн1' пМ шлакую
При 95° переход этот совершается очень оысчю при чем мцжюя
значительное количество тепла
Кроме аморфной, нерастворимой к сернистом углероде серы известно
еще Л морфное же, НО р л. г, ТВ о р f М U С ВИДОИЗЧеПеННс: такая сера
получается, если к раствор) многсюер в истого металла, напр,, двусершь
елани НД ЛЬЦИП ЕЮ,т при 1НТЬ соляной кислоты
CaS. ' ILS i S
KeinccnxT. способные гфшлилжповатьоя в двух различных формах-
наанааюг Н ! И М < р Ф Н Ы М I! < Tin Г Ю'Ы, Ж е' - Л Л i ПрЯНПМИТЬ ДВС |Ю :
1ПЧП1Ф КрП<- а ; III. . . '• М-р 'I Г = М (» V гГ ла -.г--'
ITIOCOHULM' КрШЛП. МНЗ'ПКи f а>М11..Ц|Х п 1 •: I'-а Т11 С'Л И" ТП.МОрф-
И Ы М ГК а СОО'ГВСГСГВующая СИогобНоИЪ И Л. Н С ь р е и г; у{ г м,_
Таким образом сера яг чается и м о р Ф н и Й (се ти щ_* прими а. ю
в < > в яиман ие on ш;кр искал лическоо в i и он з меною f в),
Ора является в рахшчпых л митрошин^ких видах, бюх ^ц только
ГНСрЛ.ОИ И ЖИДКОЙ, НО и J7F;J00i)pa3T-H)!l.
S8. Если превратить юру i; п,|р при 250’ при пивком давлении, ю
'•д. ют (ио отношению к водороду) П: юн г+-е молекула ее М U -2U
-J .1: 8= 256. Уюпостав ши это число е аюмным .i;ecovi S — 32, приходим
к заключению, что молекула серы госкшт ли 8 атомов М - S8.
У н. льный вое ларов серы при iЗЮ' и выше (до ,70оА ниже 128 и блмс'и;
к. ль па основании чего полагали, чю при этих юмператхрах молекула
с(\ры состоит из 6 атомов. М —
S2. Болес же тщательные исследи в а ш я показали, что гяжслап моле-
кула s8 мри повышении чемпературы ..ассоциирует па более гцюстые, и выше
9.2 Сероводород 84—86
8006 пары серы состоят из молекул S2 (уд. в. В 32). Но вопрос о том.
происходит ли распадение молекулы S8 сразу на Sa:
Sg = 4S2,
иди же мри этом образуются промежуточные молекулы 86 и Я4, является
не вполне решенным. При понижении же т< мпературы простые частицы
(S2) опять соединяются в сложные. Это явление совершенно аналогично
явлению д и с с о и, и а ц и н в о д ы, которая при высоких температурах
распадается на водород и кислорд. которые при более низкой температуре
вновь соединяются. Если лары серы нагреть ди 2000', то молекула Sa распа-
дается на отдельные атомы:
$2 28.
При высоком температуре живая сила молекулярного движения на-
столько велика, что молекулы нс могут выдержать взаимных толчков и
атомы разлетаются в стороны.
Знак показывает, что превращение происходит в обе стороны.
§ 84. Сера, подобно кислороду, имеет большое сродство ко многим
телам как к металлоидам, так и металлам. В кислороде она горит, образуя
сернистый ангидрид. si)2: с фосфором. углем и мн. др. металлоидами опа
также соединяется. С «“Льшинством металлов она даст соединение, при
чем некоторые и.; них прямо горят в парах серы, таковы: медь, железо,
цинк и т. п.
§ 85, Применение серы, (т-ру употребляют для производства сорной
кислоты, для приготовления вороха, взрывчатых веществ, серных спичек,
для окуривания хмеля, вила, для посыпания виноградников (во время бо-
лезни винограда), для приготовления сернистой кислоты, сернистого угле-
рода, киновари, мусивного золота и других сернистых металлов, для вулка-
пизаци каучука и гуттаперчи и т. д.'
§ 86, Сероводород. Па8. Сера прямо соединяется с водородом при про"
пускании наследного над серой, нагретой ди высокой температуры.
В лабораториях он добывается при действии разведенных соляной или
серной кислоты на сернистое железо FeS:
FeS i- H2SO4=FeSOH• H2S,
FeS+2HCl=FeCl2+H2S.
Добывание ведется в тех же приборах, какие служат для добывания
водорода (аппарат Книда и т, п.).
Сероводород представляет собой безцвотный газ, обладающий неприят-
ным запахом тухлых яиц 1), сгущающийся при — 74° в безцветяую жид-
кость, а при — 85° застывающий в белое кристаллическое тело. Он нахо-
’) Своим запахом тухлое мясо, яйца- и т. п. тела обязаны между прочим сероводороду,
выделяющемуся при гниении белковых веществ.
§ 87 Серовы/ирод 9'3
дится в газах, выделяющихся при вулканических извержениях, и во многих
минеральных водах. Газ этот очень ядовит. Примесь его к воздуху в раз-
1 „ . , . 1
море действует смертельно на птиц, а в количестве — на млекопи-
тающих..
Лучшее средство противоядия —вдыхапио небольшого количества
хлорал Для этого можно смочить платок разведенном уксусном кислотой и
вложить в него несколько кусочков белильной извести.
Сероводород в воздухе может гореть, при чем при свободном доступе
воздуха он сгорает в воду и сернистый газ:
H2S+3O = I12O+SO2.
Если же внести в пламя сероводорода холодный предмет, наир., фар-
форовую чашку, то произойдет неполное сгорание: водород сгорит, а сера
выделится:
ILs+0=H2O S
Этим пользуются в промышленности для извлечения серы из отбросов
содового производства (по Леблану): пропуская сероводород с вычисленным
количеством воздуха над нагретой докрасна бурой железной рудой, полу-
чают, свободную серу и воду.
Хлор и бром при действии на сероводород, отнимая от него водород,
дают хлористый и бромистый водород и выделяют серу:
H2S :-С12 = 2НС1 rS.
H2S ~Br2=2HBr --S.
Между тем под таким образом нс действует: происходит дал» обрат-
ная реак1пгя. а именно, если при обыкновенной температуре в запаянной
трубке заколючить VXOB 1ПЦ')В"Дор<‘Д И р\. То Получасгся ( роводород
и выделяется иод:
211J - s=II2S !-J2.
§ 87. Такое отношение галоидов к сероводороду находит себе объяс-
нение в термохимических данных. Основываясь на данных § 79 и зная те-
плоту образования сероводорода, можно вычислить, сколько выделится
(или поглотится) тепла при о нствии галоидов на сероводород.
Теплота образовали я сероводорода из серы (газообразной) и водорода
равна 4,7 :
.11.2 Н(газ) “IJoS 1,7.
Согласно §§79 п 53, мы можем па писать:
а также
Н±4-(!1Й—2НС1- 41,0,
ILS PL -8 .1.7.
(Л рогюесрпО i; 8?
Складывая почленно эти уравнения. получаем:
И2 №S- 2HC1-|S-.-39Д '
Тлв. реакция, при которой разлагается сероводород и вбразуетеп ПС\
сопровождается выделение-.[ тепла.
Тиани так же для рецкшш брома ла сероводород получаем:
Вг2 rT2S“=2HRr S j-27- 4J.
При реакции же пода ла сероводород должно бы Рили происходить
шжъцш нш j ила । .;; калории, как показывай следующее уравнение-.
J24-II2S=2HJ -S—1,6—4.7,
Minn г»Члч , i< ii J],b- .!? ujft i bi П0Ка'ГШ1ЮЮ| , и' при 'РЫКВОВГ-НИЛЙ Ti line-
ритур совершаются реакции пр»шмупц'гвенно с- выделением тепла (л.кзо-
1 ерМПЧСсКНе). Г' ё а к И II И Ж С С П О Г Л О Щ о и п о М | е И л л (о И Д и-
т е р м п ч е с к л е) и м о ю т м е < т о.г г л а в в ы м о б р а з о п, и р и
в ы с о к и х т е м и е р а т у р а х.
R присутствзш ВОДЫ ПТП0ЩГШШ1 между ИОДОМ ГТ IToS Совертонш» 1П1Ы!.
При растворении и адов ид о род а в воде выделяется тепло
21!. Г 38,1.
Ын.чк й J .'-I jl'-JV (,И| i'll, Р,::ЯТГЮ В ПеиИредС ДнНТЮ боЛЪШОМ
солич-1 11., . Г.ьшь при!;» 1ИН1". ср.ияилше мзяачает, что при ри створен ни
. 1 . . fojb'Kv.T в» !.-1:й-|п|ЮД;1 (ф5о гр.) в воде выделяется 38,4 бол. кал
Тг-ПЛ«Т1.Ч риетВира ИОДШ'ТО <<ДгфОдш>Й КИСЛОТЫ ИЗ ВОДОрОДЖ
к е С"' 1 равна теплого образования иодлводорода, сложенное
СТОПЛиЗёИ р,|Г'|1;(1|.( ПИЯ. 1 -< 1 .6 3SJ- ЗГ, > ТгП ЛоТВ рис ГГиреЯПЯ С'ёрО-
Водород.! j: НОД»' равн.ч -1.7 ПиЛнрПи;
1-^S aq.- HS.^b 4.7
Отсюда
!L s(r;Hf.Y aq. - H/.acp ••(-! .7 . 4,7)- ИДац. : и J еэл.
uikhm uuj)<nier реакция образпгатшя раствора лод:пстоводероднги7
кислоты происходит с ибтыпвм выделением тепла, чем: реакция обризоюпшн
раствори сероводорода, п согласно этому мод и водном растворе отнимает
водород oi серовгцорода Теплота этой реакции может быть вычислена по
Г . IV д у юнц• м \ у рл В по и л ю
il.S./oj. , T.fc~^2<Tji.aq. > ! (36.8- Т4-),
Ним ПОЛЬЗУЮТСЯ ДЛЯ Получения раСТВГСра ИОДШТОВОЦОрОДВйЙ кш -
ллтьг в раствор сороводорид.1 прибавляется иод. избыток которого уда-
ляется газообразным сероводородом, а выделившаяся сера отфильтровы-
вается.
Сероводород 95
«Time воды таким образом совершении изменяет ход реакций
следовательно, и е л ь з я с м о т р р т ь, к а к и а и п д и-
т и у то с р д у, я рас т вор ы и р л е з я р а с см а т р и
• > т к а к м с х а н и ч о с к п е с м е с и.
Н виде сероводород довольно хороши растворяется: щпн объем
воряет 4.37 <>бъома сероводорода при 0 . З.бЯ объема при !<• и :\ч
’ 1 при 20°.
Uiwit раствор окрашивает синюю лак.мусов\ю бумагу в красный
При действии на. соли различных металлов сероводород обменивает
водорода на атомы металлов и образует сернистые металлы. Отсюда
. - что водный раствор сероводорода обладает свойствами кислоты
•пнетыр металлы обладают различной растворимостью и различным цв<
сернистые соединения щелочных (К. Na и др.) и щелочно-земельных
Са, .Sr в т. л.) металлов * воде раетшцшютен. сернистые соединения
шза, марганца и т. и. метал юв в воде не растворяются. по разлагаются
н разведенных растворах кислот. с«‘рипгты»- соединения м« ш серебра
смута и т. гк не разлагаются ин водой, ни разве .вчшымп кислотами На эт«»м
ястве сероводорода осаждать из содей сернистые с«»едпн«*пил отличаю-
щиеся различным цветом (наир . сернистый и,инк ZnS белого цвета.
• рлистый кадмии CdS—желтого. сернистая медь Cns черного и т. дл,
«•нонана его широкое применение в а па литической химии. Реакция проис-
ходящая при взаимодействия между сероводородом псолями, напр. i ’uSO4
•.южет быть выражена с.Ц’Лгювгпм уравнением;
HaS+^uSO4=±CuSH H2SO,.
При действия сернистого водорода ла едкие кали плп едкни латрик
получ.)к»тса так называемые с у т i. <J> г и д р а т ы, которые пр> дгтанляют
^обою серннстый'водород один аток водорода ? г п 1лом
КоН - H,s = KHS II..O
сульф ги-
драт калия.
х 88а Сероводород служит восстановителем, т.-е отнимает кисло-
род от кислородных соединении, перено,in лх в низшие тщени окисления.
Так, напр соли окиси ;келов« при цействпи серив.- lopo.ia переходят в соли
закиси
l'’e2(SO4):i + ' 'FeSO.t Г H,S04H У
гернокпелая сернокислая
склсь жалела яакпсь железа.
Fe,01c + HaS = 2FeCl2 4 2НС1 4- S
лорное
желе ас.
хлирш гое
железо
96 Кис ородные oedt псп. ui с:ры § 89
При действии сероводорода на сернистый ангидрид (S02), выделяется сера
и образуется вода:
2H,S+.80, = 2Н80 - 8.
Этой реакцией объясняется нахождение серы в почв»- вулканических мест-
ностей: как сероводород, так и сернистый газ входят в состав газов, извер-
гаемых вулканами и при их взаимодействии в почв- бризу» гея сера.
§ 89. Соединение серы с кислородом. Известны ipn кислородных со-
единения серы; сернистый ангидрид S< >, 11 аз). серный а п-
г и д р и д 80, (твердое тело), и а л с »• р я ы й : л д р и д S2()7 (гу-
стая жидкость).
Сернистый ангидрид. s<i, (его такж» называ! серии ст ы м га-
зом), образуется при горении серы в воздухе пли кислороде, при злом
образуется также небольшое количество серного а н г й д р и д а
S03. Он мол т быть также получен при действии концентрированной сер-
ной кислоты на уголь, серу п многие металлы, напр., медь, серебро мт. в.
2H2S04+C =00, +28Ог +2Щ0.
2HaSO4~S =2Ы2О|-38Ог
2На8О4+Си==2Н2О + CuSO4+SO2.
В лабораториях обыкновенно сернистый ангидрид получают при дей-
ствии крепкой серной кислоты на металлическую медь.
Реакция идет D 2 периода : 1) при действии па 1 атом меди 1 частицы
серной кислоты медь отнимает 1 атом кислорода от серной кислоты и
образуются: окись меди, сернистый газ и вода;
Си+ЩЗО4 =CuOH8*d2 Н,0.
2) образовавшаяся окись меди реагирует со второй частицей cepuoii
кислоты, образуя сернокислую медь и воду:
CuO -H2SCi4=CuSO4+H2O.
В общем реакцию можно выразить одним уравненном:
Ou : 2H2S04 Cu8O4-h2H2O rSOz.
Прибор может быть составлен, как для иолучишя хлора (см. рис. .32,
стр. 08).
Серн истый ангидрид представляет собой безцветный, с удушливым
z-- запахом газ, сгущающийся при—-8° и застывающий
при—76°. Для сгущения сернистого газа может служит
U-образная трубка с крапами (рис, 52), помещенная
в охладителиуюсмесь. Соединив трубку с аппаратом, выде-
ляющим сернистый ангидрид, и открыв крап а (краны с и
b закрыты), получают в расширенной части трубки жидкий
сернистый ангидрид. Затем, закрыв крап а, вынимают
Рис, 52. __ „
аппарат из охладительной смеси. Если желают производит!,
опыты, то, открыв кран с, переливают часть сернистого ангидрида, в шар
между с и Ъ и затем Закрывают кран с.
Серный ангидрид 9?
. рнистый^ ангидрид обладает в высокой степени антисептическими
ями, а также белящими; многие краски он обесцвечиваетt поэтому
его уп»> рсбляют для беления шерсти и шелка, которые хлор действует
ттельно, В воде он легко растворяется (1 объем воды растворяет
•_ .. О около 7 объемов SO£) и образует сернистую кислоту H2S03:
II2O+SOs=H2SO3,
Кислота эта очень непрочна и может быть выделена только при низкой
' ратуре в виде кристаллического гидрата состава H2SO3+ При обыкно-
. ной температуре сернистая кислота разлагается на SO2 и Н2О, поэтому
1ый раствор сернистой кислоты сильно пахнет сернистым ангидридом
: при кпнячонпп может выделить весь сернистый газ* Со многими основа-
ниями с рнистая кислота дает соли, при чем известны соли двух родов:

Х - 'Н - - X 3 < ЩО
кпс-aHi натрий.
-х - ii.<j3 = х г ч - 2Нго
С lit L- J НЛ( -
кислый натрии.
Обе соли, NaHSO3 и Na2S03, представляют белые кристаллические
тела, легко растворимые в воде. При действии ла лих сильных кислот (напр.,
соляной или серной) кислота из них вытесняется, и если растворы очень
концентрированы, то выделяется сернистый ангидрид:4
Na3SO3+2HCl =2NaCl +H2O+SO2
Na3SO3_hH2SO4=Nfi2SO4 4~H3O H-SO2.
У лор, -Up ом и 'йод в присутствии воды окисляют сернистую кислоту
и ее соли.
H2S03+C!2 -H2') = HUSO4 -2ПС
2Н2О + 802--Бг2=2НВг-Н2>04
2Н2О + SO2+J2 =21-IJ +H,S04.
Таким образом сернистая кислота может служить для уничтожения
свободного хлора, поэтому ее называют антихлором.
Сернистый ангидрид (а также кислота) обладает способностью отнимать
кислород от многих соединений, богатых им, и служит поэтому сильным
раскисляющим или восстановляющим1) средством; так,
хромовый ангидрид СгО3 раскисляется им в окись хрома Сг2О3.
§ 90. Серный ангидрид. S03, получается при окислении сернистого
ангидрида: это может происходить прп пропускании смеси кислорода и
сернистого ангидрида через нагретый платинированный асбест-2). Платина
9 Реакция отнятия кислорода из Kaitoro-лпбо его соединения называется реакцией вос-
становления.
£) Так называотся асбест, покрытый мел кор аз дроблен и ой (подобно пыли) платиной; полу*
чается он пропитыванием асбеста раствором хлорной платины и затем про калл ванне м.
Каблуков Неорганическая камня*
7
98
Сернм кислота
§91
обладает способностью сгущать на своей поверхности кислород и другие-
газы, вследствие чего кислород и сернистый газ, сгущаясь на поверхности
платины, приходят в более тесное соприкосновение и соединяются:
2SOa + О2 = 2SO3.
Эта реакция обратима, т.-е. прп высокой температуре серный ангидрид.,
распадается на сернистый ангидрид и кислород; поэтому получение серного
ангидрида по вышеуказанному уравнению может итти только в известных
пределах температуры.
Наиболее благоприятная для этой реакции температура лежит между
400—450°.
Этот способ получения серного ангидрида в последнее время настолько-
технически разработан, что постепенно вытесняет все другие.
Окисление сернистого ангидрида может происходить и при его взаимо-
действии с кислородными соединениями некоторых элементов, легко отда-
ющими свой кислород, напр., с азотноватым ангидридом N2O4:_
2SOa + N2O4 = 2SO3 + 2NO.
Серный ангидрид получается также из серной кислоты при действии на
последнюю каким-либо водоотнимающим телом, надр., фосфорным ангидри-
дом;
Нг8О4 + РА = 2НРО3 - 8О3.
Определение плотности пара серного ангидрида показывает, что моле-
кула его S03, но это форма нестойкая, ибо при обыкновенной температуре,
особенно в присутствии малейших следов серной кислоты, быстро происходит
уплотнение (полимеризация), и получается белая масса из шелковистых
блестящих белых игол (S2Oe), которые остаются твердыми до -J-6O0 Ц.,
а выше этой температуры переходят в пары SO3. Серный ангидрид поступает
в продажу в виде полимерного окисла S2O3.
§ 91. Серная кислота получается при действии воды на серный анги-
дрид:
so3 + Н2О - H2SO4.
При этой реакции выделяется 21,3 больших калорий. От выделения
такого большого количества тепла вода частью обращается в пар, и поэтому
при бросании серного ангидрида в воду слышится.треск, подобный тому,,
какой слышится при погружении в нее раскаленного железа.
Серная кислота представляет густую маслообразную жидкость, уд.,
веса 1,85 при 0°1). В практике она носит название купоросного
м а с л а. С водой она жадно соединяется, отчего продажная серная кислота
не вполж соответствует формуле I-I2SO4 и содержит в себе больший или мень-
ший пзбьгад воды. Соединяясь во всех отношениях с водой, серная кислота,
при этом выделяет большое количество тепла. Ю. Томсен нашел, что коли-
х) Заводслде. *уьтотовление серной кислоты будет описано ниже пр: окислах аэоти
Серная кислота
99
то тепла, выделяющегося при разбавлении водой серной кислоты, мо-
выражено следующей эмпирической формулой:
п
—, - тттд 17,86 кал.
и + 1,7983
В этой формуле Q есть количество тепла, а п—-число граммомолекул
. приходящихся на одну граммомотекулу серной кислоты. Для того,
гобы показать, насколько эта формула близко выражает действительные
числа, мы приведем небольшую выписку из таблицы Ю. Томсена:
HaSO4, пН20.
В Найдено. Вычисл
1 6,38 6,38
9 9,42 9,40
9 14.95 14,89
19 16,26 16,32
При смешении же серной кислоты со льдом (снегом) получается пони-
жение температуры. Если серную кислоту предвари? .. но разбавить 1/2
объемом воды и полученный ; и :* охладпь до О“, а затем смешать со
снегом (1 ч. раствора с 2-мя частями снега), температура смеси понизится
до—33°.
Здесь мы видим разительный пример влияния температуры и состояния
(твердого или жидкого) тела на количество и даже на знак выделяемого
тепла: при соединении жидкой воды с серной кислотой выделяется тепло,
при соединении же твердой воды (льда) тепло поглощается. Такое различ-
ное отношение объясняется тем, что в случае твердой воды происходит пла-
вление воды при соединении с серной кислотой, а при плавлении тела,
как известно, поглащается тепло, и количество тепла, поглощающегося
для плавления снега, более количества тепла, выделяющегося при соединении
воды с серной кислотой,
С водой серная кислота дает ряд гидратов, из которых гидрат
H.S04.H,0 выделяется прп охлаждении в виде кристаллов, плавящихся
при + 8,95°. Чистая серная кислота .(получающаяся через выморажива-
ние), соответствующая формуле I-I2SO4, застывает при +10,5°, кипит
при 338°, при чем разлагается на серный ангидрид и воду, которые при
охлаждении вновь соединяются в серную кислоту.
При смешении серной кислоты с водой J) происходит не только выде-
ление тепла, но и сжатие; так, при смешивании равных объемов это сжатие
достигает 3%: из 50куб. с. II2S04 и 50 куб. с.воды получается не 100 куб. с.
раствора, а только 97,1 куб. с.
Обстоятельные исследования Д. И. Менделеева над удельными
весами растворов серной кислоты заставляют предполагать существо-
J) При чем во избежание неприятного разбрызгивання никогда. и е следует при-
бавлять воду к серной кислоте, а всегда нужно приливать кислоту тонкой струей
в воду.
7
100
Серная кислота
ванне в растворах различных гидратов серной кислоты; гидраты эти
суть: 1) H2SO4.H2O т. пл.+8,5°; 2) Пг8О4.2Н3О—т. пл. около—70°;
3) Нг8О4.4Н2О Т,-ПЛ — 24,5 ИЛИ—40°, И пр.
На существование гидратов в растворах указывают наблюдения над
температурой замерзания растворов серной кислоты.
Рис. 53 представляет кривую температур замерзания растворов серной
кислоты (по Алтшулю). Несмотря на то, что ход кривой для разведенных рас-
творов (от H2S04+1000H20 до H3SO4+75H3O) является маловероятным,
нбб показывает возвышение температуры замерзания воды от прибавления
небольших количеств серной клея ты (до 5.8эта кривая поучительна
в том отношении, что ее точки перегиба указывают на существование того
или другого гидрата. Все это, указывая на сильное химическое сродство
серной кислоты к воде, заставляет также принимать, что в растворах
существует химическое взаимодействие между
растворителем и растворенным телом.
На способности серной кислоты жадно поглощать воду основано ее
употребление для сушки газов.
Серная кислота отнимает элементы воды, от органических соединений,,
при чем последние обугливаются: так, дерево, сахар, кожа при действии на
них серной кислоты обугливаются. Если фильтровальную бумагу погру-
зить на 1/2 минуты в 78% раствор серной кислоты и затем, хорошенько
промыв чистой водой, высушить, то бумага превращается в раститель-
ный пергамент.
Серная кислота действует на металлы, при чем одни из них, как цинк,
железо вытесняют из нее водород и дают соответствующие соли, другие же,
как серебро, медь — отнимают кислород, переводя серную кислоту в сер-
нистый газ и поду. См. добывание водорода (§ 31, стр. 39), сернистого газа
(§ 89, стр. 96).
В серной кислоте два атома водорода, способных замещаться металли-
лами; она подобно сернистой кислоте H2SO3 кислота двухос-
новная и способна давать с щелочами едким кали КОН и едким
натром NaOH, два ряда солей: кислые передние. При действии
одной частицы едкого натра на одну частицу серной кислоты получается
кислый сернокислый натрий NaHS04:
NaOH+H3SO4=NaHSO4+H2O.
При действии же двух частиц едкого натра на частицу серной кислоты
получается средний сернокислый натрий Na3S04:
2NaOH+H3SQ4«Na2SO4+2H2O.
Серная кислота имеет громадное применение как в лабораторной, так и
заводской практике. В природе она распространена в виде солей, напр.,
гипса CaSO4. Сернокислые соли: железа FeSO4.7H4O, цинка ZnSO4.7H2O и
меди CiiSO45H2O, носят название купоросов. Квасцами называются
Нордгаузсиекая кислота
101
MU raBaR2M2(S0a)4. г ШН/>. где R = Na, К, > ! 1 : 5 । t ’ S ► 1 : 3 I £ । 1 > t!
* a M=Fe,Cr, Al. ' : 92. Дымящая ая или Норд- . у з е н с к а я кис- •:та Н28вО7 получает- прп растворении рного ангидрида в — — s £ X
noil кислоте: >03-H2S04=H2S207. Добывают ее, нака- ливая железный купо- -1 CUvUBA Лл Н* - отчасти окисляется. *" 2 F<? S О 4 + О == F 0 2$ 2 * При дальнейшем накаливании соедипе- jure Fcf-SoOg разлагает- ся на окись железа Fe2O3, остающуюся в реторте, и серный ан- „в>ФМП>. гидрид, пары которого проводят в небольшое количество боды или серной кислоты: ’“‘“"° Fe2S2O9=Fe2O3-|-2SO3 Ha0+2S03-H2S20 По своему составу дымящая серная кис-
1 I 1 ! \ L £
- 3 f <
- { .1
лота представляет две частицы серной кис- “j? лоты без одной частицы и&гж воды и она может быть названа п и р -ос е р н о й ?. > i Г * i 1 ? s J 1 ' 1 i 1 > t 1 J 1 j > ь । 3 b
кислотой:
2Н2304—Н2О=Нг?аО7.
При обыкновенной температуре она представляет- кристаллическое
тело, плавящееся при + 35й. На воду, дерево, органические тела и т. п.
она действует энергичнее серной кислоты.
102
Надсерный ангидрид.—Серноватштмкислый натрий § 93—95
§ 93. Высший окисел серы; надсерный ангидрид S2O7 получается при
действии тихого разряда на смесь равных объемов сернистого ангидрида и
кислорода, в виде маслянистой жидкости, застывающей при 0° в кристаллы,,
легко возгоняющиеся. Он обладает сильными окислительными свойствами:
выделяет иод из йодистого калия, обесцвечивает индиго и т. д. Растворяясь
в воде, он образует надсерную кислоту IISO4:
S2O7+H2O=3HSO4.
Последняя получается также около апода при электролизе (40%—
50%-ной) серной кислоты одновременно с перекисью водорода. Калийная
соль надсерной кислоты KSO41 хорошо кристаллизующаяся, получается при
электролизе насыщенного раствора KHSO4 на положительном полюсе.
§ 94. Кроме рассмотренных нами кислот сера образует еще следую-
щне:
Водородосернистая кислота HSO.
Серноватистая » H2S2O
Дитионовая • » H2S2O,
Тритионовая . кислота H2S3O,
Тетратионовая » H2S4O6
Пентатионопая » H2S6O6.
Из них мы рассмотрим только серноватистую к., известную
в виде солей, из коих самая распространенная гипосульфит или
§ 95. Серноватистокислый натрий Ка2$2О3, получающийся при на-
гревании раствора сернистокислого натрия с сером (серным цветом):
Na28O3+S=Na2S2O3.
Он представляет большие, бесцветные, легко растворимые в воде кри-
сталлы. Он применяется в фотографии для удаления с пластинок серебряных
солей: при действии на хлористое серебро AgCl серноватистокислого натрия
Na2S2O3 получается двойная растворимая соль серебра и натрпя;
AgCl+Na3S 2О3=AgNaS2O3 4- NaCI.
Кроме того, он может быть употреблен, как антихлор, т.-е. ве-
щество, препятствующее разрушительному действию хлора: при действии
хлора на серноватистокислый натрий получается серная и соляная кислоты,
их соли и свободная сера:
Na)S.,Oi+CL+H2O=Na2SO4+.2TICl+S.2.
'При избытке хлора выделившаяся сера может быть окислена в серную
кислоту.
S+3C12+4H2O=H2SO4+8HC1.
При действии иода реакция идет по иному уравнению;
2Na2S203+J2=NasS4O6H-2Na J,
при этом получается иодистый натрий и тетратио новокислый
натрий Na2S4Oe.
96—9/ Селен.—Теллур 103
При действии на серноватистокислый натрий кислот выделяется серно-
• листая кислота, которая распадается на серу, сернистый ангидрид и воду:
NaaSaOs+HaSO4=NaaSO4-f-HaS2O3
H2S2O3=H2O+S+SC)2.
Селен, Зе =79,2.
§ 96, Селен принадлежит к довольно редким элементам. Он встречается
в некоторых колчеданах; подобно сере, он известен в двух видоизменениях:
аморфном и кристаллическом. Аморфный получается при восстано-
влении селенпстаго ангидрида..ЗеО2 сернистым ангидридом и представляет
красно-бурый порошок уд. в 4,3, растворимый в сернистом углероде. При
пагр' вании аморфного селена до 100° температура мгновенно поднимается
ьпн - --я получается в виде кристаллическом темно-серой массы,
: - ыяческим блеском. С плавится при 217°, киипт при
П Ш . . КО при 1400’’ имеют плотность (по водороду) 79, ниже
этой температуры плотность более, следовательно, только въппе 1400“
молекула селена—Se3. при нпзш и ж. она имеет более сложный состав
^подобно сере).
Селен, как металлоид, плохо проводит электричество, но, будучи осве-
щен, он приобретает способность проводить электричество, при чем эта спо-
собность возрастает с увеличением яркости света.
На этой способности селена основано его применение в устройстве
беспроволочного телефона.
Селен, подобно сере, горит на воздухе голубоватым иламенем, при чем
получается селенистый ангидрид SeOa. С водородом селен дает со-
единение, известное под названием селенистого водорода H3Se. Получаете®
последний, аналогично сероводороду, при действии кислот на селенистый’
металлы.
FeSe - H2S04=FeS01 -ILSe.
H2Se—газ с отвратительным запахом.
С кислородом селен образует кроме селенистого ангидрида 8®Оа (бе-
.лого кристаллического тела) селенистую кислоту 11аЗеО4
(крист, т.) п с е л е н о в у ю H2ScO4, аналогичную с серой'. Она сличается
-от последней своими сильно-окислительными свойствами: действуя на соля-
ную кислоту, она выделяет свободный хлор, а потому смесь, этих кислот,
подобно царской водке, растворяет золото.
Теллур, Те = 127,5,
§ 97. Теллур встречается (хотя и редко) в самородном состоянии>
чаще всего в соединении с серебром, золотом и свинцом, главным обра-
зом, в Трансильвании, а таже на Алтае. Он представляет тело металличе-
ского блеска, в аморфном состоянии он имеет уд. в, 5,93, в кристаллическом—
в,4; теллур, хотя слабо, но проводит электричество и теплоту. Плавится при
10А Сравнение элементов группы кислорода § 98
452’, кипит при 1390°. На воздухе горит, образуя теллуристый,
ангидрид ТеО2. С металлами соединяется, напр.:
Zn+Te=ZnTe.
Из теллуристых металлов кислоты выделяют т е л л у р н с т ы й в о*
д о р о д, Н2Те, газ, легко разлагающийся даже при обыкновенной темпе-
ратуре на водород и теллур.
Кислородные соединения теллура аналогичны соответствующим сер-
нистыми селеновым; так, известны: теллуристый а и г л д р и д,
ТеОа, т е л л у р истая кислота Н2ТеО3, теллуровый а н г и-
д р и д ТеО3, т с л л у р о в а я кислота Н2ТеО4.
§58. Сравнение элементов группы кислорода между собой. Кислород„
сера, селен и теллур образуют, подобно галоидам, группу элементов, сход-
ных между собой. Сходство это выражается, главным образом,втом,что они
дают соединения со многими элементами одной общей формулы; так, состав
их водородистых соединений выражается формулой H2R, где R—О, S, Sc,
'Ге. С кислородом они дави два ряда соединений общей формулы. КО2 и КО3_
Кислородные соединения их представляют кислотные ангидриды, образую-
щие двух £>сновш*э кислоты формулы H2RO3 и H2RO4.
Будучи сходны во многом,, элементы этой группы обнаруживают от-
личия, и здесь можно подметить то-же, что было указано при описании га-
лоиде в, а именно: зависимость свойств элемента (как
физических, так и химических) от е t о атомного веса. Для того.,
чтобы показать это, мы сою ставим в следующей таблице некоторые физиче-
ские постоянные элементов этой группы.
Атомный вес. Тт плавлен. Т. кипения. Удельный вес.
0 16 — —182’ 1,1 (ЖЙД.
S 32,06 117’ 450’ 2,0 (ТВ.)
Se 79,2 217’ 685’ 4,5 »
Те 127,5 457° 1390’ 6,2 »
Что касается водородных соединений, то п здесь можно наблюдать-
зависимость их свойств от атомного веса элемента. Следующая таблица,
показывающая как количество тепла, выделяющегося.при образовании со-
единения, так и температуру его разложения позволяет видеть, что эти кон-
станты (постоянные) находятся в зависимости от атомного веса тела*
Температура
разложения
(диссоциации).
Н2+О=Н2О -j-57,2 бол. кал. ок. 1000°
H2+S=H2S + 4,7 400’
H2+Se=H2Sc—24,6 ' 250’
H2+Te=H2Te—35,0 обыкн. темп. .
ГЛАВА V.
Элементы группы азота.
§§99. Азот. — §§Ю0—106* Водородные соединения аяста, *— §107* Галоидные соединения азота —
§§ 108—118* Кислородные соедпиенкя азота. — §§ 119—128* Воздух. — §§ 129—130. Аргон и его
спутники* — § 131* Гелий*— § 132—140* фосфор и его соединения.— §§ 141—143, Мышьяк
и его соединения. — § 144* Сурьма. — § 145. Сравнение элементов группы азота.
Азот N=14,0l.
] '= ч 9. Уд. в. жвдк азота щт—194'=о.,ч-зд литр аэста прн Q® и 760 м.м. л. весит 1.2505 гр«
Те \ -1 . ' ' 1 j . ряется 2 объема.
У.... - 1.1’-'.: - LЛ. .
| 99, Азот составляет около 1' част й атм< рщ го воздуха.
В чистом виде он может быть получен при нагревании азотистойммтгач-
пой соли NH4*NO2:
NH4 * N02=N2+2H20
Для этого обыкновенно кипятят водный раствор равных весовых ча-
стей азотистокислого калия KNOa и хлористого аммония NH4CI, Эти две
соли вступают в обменное разложение по уравнению:
NH4Cl+KN0a=NH4N02+KCl,
и получающийся NH4NO2 разлагается с выделением азота.
Обычный прежний способ получения азота из воздуха состоит в еле-
дующем: на воду помещают па пребке чашечку (рис 54), в которую кладут?
куски фосфора и их зажигают, при чем
прикрывают большим стеклянным колпа-
ком. Фосфор, сгорая, поглощает потреб-
ный для этого кислород из воздуха;
получающийся при этом фосфорный анги-
дрид растворяется в воде, над которой
остается азот, как принимали до послед-
него времени* С 1894 г*, после откры-
тия Радеем и Рамзаем аргона
(см, ниже), мы должны сказать,что остаю-
щийся газ представляет смесь азота т
Рпс* 54,
аргона и некоторых других газов,
Азот—газ бесцветный, без вкуса и запаха, удельный вес его по отно-
шению к водороду D=14* При сильном охлаждении и большом давлении он
сгущается в жидкость, кипящую при—195,7° (под давлением 1 атмосф.) и
106 Аммиак § 100
..затвердевающую при—214°. В воде он растворяется мало: 100 объемов
..воды растворяют 2 объема азота.
Он очень недеятелен при обыкновенной температуре: не поддерживает
.ни горения, ни дыхания. Он входит в соединение только при высокой темпе-
ратуре: так, при высокой температуре он соединяется с литием Li, с магнием
Mg, бором В и другими элементами и образует азотистый магний Mg3N2,
.азотистый литий Li3N и т. д. С кислородом он вступает в соединение только
под действием электрической искры и высокой температуры (см. далее,
§ 123).
Соединения азота с водородом.
Аммиак NH3.
Т. кип,—33,5° при 760 мм. дав, Т* плав.—75°, .
,D'=0,59. D—ЙД Уд- в* жидкого аммиака— 0,6233. I литр аммиака (газ.)весит 0,776 гр* приО*
и 760 ыль
§ 100. Азот с водородом при обыкновенной температуре не соединяется,
по если через смесь водорода с азотом пропускать ряд электрических искр,
то азот, вступая в соединение с водородом, дает аммиак NH3. Равным
образом, если смесь 1 объема азота и 3-х объемов водорода подвергнуть сли-
тию (до 100 и более атмлфсер) при 400:—500:, то часть газов соединяется
л происходит образована аммиака. В присутствии же особых катализаторов
(осмпя, урана, окиси железа п др.) соединение водорода с азотом значи-
тельно ускоряется.
В настоящее время, благодаря исследованиям Габера и его учеников,
^синтез аммиака из водорода я азота технически разработан, ив Германии
получаются сотни тысяч тонн синтетического аммиака. Для этого смесь
..азота и водорода (1 объем первого и 3 объема второго) при 400* л 200 атмо-
сфер давления проводят над контактной массой, состоящей из углерод-
содержащего урана или' же порошкообразного железа, особым образом
приготовленного. Газы медленно проходят над реакционной массой через
трубу, имеющую до 12 метров длины, ок. 1 метра в наружном диаметре со
стенками 15 сантиметров толщиной. Выходящие газы содержат до 8% ам-
миака, который при охлаждении жидким воздухом превращается в твердое
тело, а вевошедшие в соединение водород и азот слова направляются в при-
бор с контактной массой.
В 1’914 г. таким способом было добыто 3500 тонн (210.000 пуд.)
аммиака, в 1913 г. 850.000 т. (51.000.000 п.), а в 1920 г. 1.500.000 т-
.<90.000.000 п.) аммиака.
Эти цифры показывают, какого быстрого развития достигла эта
промышленность в Германии.
Техническим путем также получается аммиак по способу Серпека при
действии водяного пара ыа азотистый алюминий A1N:
2 A1N +3 НгО =А1 а03+2NH3.
§ 100
г1лМ(НЙК
107
Другим источником получения аммиака является процесс гниения
азотистых органических веществ, а также сухая перегонка их.
Свое название он получил от'храма Юпитера Аммона (в Ливийской
пустыне), около которого в былое время добывали нашатырь или хло-
ристый аммоний NH4CI (sal ammoniacale) из перегнившего верблюжьего
навоза.
В настоящее время источником добывания аммиака являются воды,
которые служат для промывания светильного газа, добываемого при сухой
перегонке каменного угля.
Насыщая аммиачную воду газовых заводов соляной кислотой, полу-
чают хлористый аммоний или нашатырь NH4C1:
NH8+HC1=NII4C1.
Длористын аммоний затем выкристаллизовывают; получается соле-
•образное вещество, подобное поваренной соли,
Аммиак поручают из хлор! ммонпя. нагревая п id.. ~пй с гаше-
ной известью:
2NH4C14-Ga(OH)2=CaCla-2H3O -2ХН3.
Согласно уравнению, на 2 граммомолекулы хлористого аммония
•(107 гр.) действуют одной граммомолекулой извести (74 гр.), но нужно
брать всегда избыток извести, ибо аммиак способен давать соединение с
образующимся во. время реакции хлористым кальцием, состава СаС13.8NH3.
При избытке же извести такое соединение не образуется.
В колбу (рис. 55),вмести-
.мостью 200—250 к. с., сна-
-бженлую плотно пригнанной
пробкой С выводной трубкой,
помещают смесь хлористого
.аммония с гашеной известью.
Колбу нагревают иа асбесто-
вой пластинке или на песча-
ной бане. Выделяется аммиак,
который для осушения про-
ходит через сосуд, наполнен-
ный кусочками едкого кали,
едкого натра или негашеной
извести. Осушенный газ по
изогнутой вверх газоотводной
трубке собирается в опро-
кинутую склянку. Аммиак
нельзя собирать над водой, рис. й&.
так как он очень сильно в ней
растворяется. В опрокинутую колбу аммиак собирается потому, что он почти
в два раза легче воздуха.
108 Аммиак § 101
• -- - •— ~Г - —---- ~
Аммиак—бесцветный газ, обладающий сильным запахом.
При—34° под давлением одной атмосферы, а при 10° температуре под7,
давлением б1^ атмосфер, он сгущается в жидкость, при—75° застывающую»
в кристаллы. Уд. в. жидкого аммиака равен 0,62.
При испарении жидкого аммиака поглощается большое количество тепла;
этим пользуются для получения искусственного холода (добывание льда).
Опыт сгущения аммиака можно произвести в такой же трубке, что и
сжижение хлора (рис. 34).
В конец а кладут соединение (твердое) хлористого серебра с аммиаком:
SAgCI.3NHa и, догрузив конец с (предварительно запаяв его) в охладитель-
ную смесь, нагревают конец а в масляной бапе до 150’; тогда выделяющийся:
из соединения 2AgC1.3NH3 аммиак сгущается в конце с.
Для получения льда с помощью жидкого аммиака служит прибор
Карре (рис. 56). Железный цилиндр А наполнен до 3/4 насыщенным при о °
раствором аммиака. Его нагревают постепенно до 130°, при чем выделяю-
щийся аммиак идет по трубе Ь в конический железный сосуд В, в середине
которого находится пустое цилиндрическое пространство Е. Сосуд В охла-
ждают водой. Выделяющийся аммиак сгущается в сосуде В (когда давление
достигает 7 атмосфер) в жидкость. Тогда сосуд Л перестают нагревать и
помещают*его в чан с холодной водой С (как изображено на рисунке), а в
пространство Е ставят цилиндр с во.кй 7». Т гда жидкий аммиак начинает
испаряться; пары ci" липп" п-?г.т*шаются г д-й .1, а требующееся для испа-
рения тепло он отнимает от воды в !>. и
последняя замерзает. Ж н д к и й а м м п а к,
подобно воде, способен
р а с-
Pi;c. Ь7.
с о ли, а
многие
нем, выделяя водород
также металлы: калий, натрий рас-
и образуя амиды состава NH2K и
т в о р я т ь
творяются в
NH2Na.
§ 101. Химические свойства аммиака. Аммиак на воздухе не горит,
но в струе чистого кислорода загорается. Горение аммиака в кислороде
можно произвести при помощи платиновой проволоки. В тонкостенном
.стакане (рис. 57) нагревают крепкий раствор аммиака, в который по-
гружают стеклянную трубку В, приводящую из газометра кислород.
§ 101
А-м.ммак
109
В стакане висит накаленная платиновая проволока. Тогда аммиак в при-
сутствии кислорода и накаленной проволоки загорается со взрывом,
вследствие чего спираль остается накаленной. За первым взрывом следует
второй, третий и т. д
Во время окисления, происходящего без взрыва, в стакане появляются
белые пары азотисто-аммначной соли и красно-бурые пары окислов азота,
-а при взрыве происходит полное горение, т.-е. образуются вода и азот.
2NH3+3O=N3+3HaO.
Можно следующим опытом показать, что при осторожном окислении
аммиака получается азотная и азотистая кислоты. В стеклянную трубку
(рис. 58) кладуть пробку из платинированною асбеста л соединяют ее
с одного конца с колбой, наполненной раствором аммиака, а с другого —
с изогнутой стеклянной трубкой, опущенной в колбу. По обеим сторонам
от асбеста в трубку кладут лакмусовую бумагу: красную—в конце, соединен-
ном с ко.т'^й с нашатырным спиртом, спиют-—в противоположном. Нагре-
вают, как пик аз ано па. р: icy се, я пропускав у: р' з нашатыр-
ный спирт, тогда красная лакмусовая бумага синеет от ам.тцтака, синяя
же лакмусовая бумага краснеет, ибо при пр-х адепни смеси воздуха
и аммиака через нагретый платинированный асбест аммпак превращается
в азотную и азотистую кислоты. В подставленной под стеклянную тру-
бочку колбе появляются бурые пары окислов азота, а также белый дым
.мз азотнб-аммиачной и азотисто-аммначной "соли.
Рис. 58.
При пропускании хлора в аммиак выделяется свободный азот, и обра-
зуется с выделением света хлористый водород, который, соединяясь с из-
бытком аммиака, дает белые лары хлористого аммония:
2NHa+3Cl4=N2+6HCl.
6HCl+6NH<J=6NHiCl.
Так же действуют бром и под, но менее энергично, (см, далее § 1071.
по
Алжире
§ 132
§ 102. Аммиак очень сильно растворяется в воде: 1 объем воды при
—О ° растворяет до 1000 объемов аммиака, а при 20° около 700 (682). При на-
гревании такого раствора аммиак выделяется»
Чтобы показать сильную растворимость аммиака в воде, можно произ-
вести опыт, совершерно подобный описанному выше (см. рис. 31, стр. 67),
заменив только хлористый водород аммиаком.
Раствор аммиака в воде носит название нашатырного спирта,,
он имеет щелочную реакцию, красная лакмусовая бумага от него синест.
Аммиак соединяется прямо не только с HCI, но и с азотной, серной кч
др. кислотами, давая при этом солеобразные соединения:
ХН3 НС1=ХН4С1
, NH3+HNO3=NHaXO3
2NH3 + H3SO4=(NH4)3SO4.
Соли эти по многим: свойствам являются подобными солям металлов-
К и Na.
Если мы сопоставим соли:
<. NH4C1- NH4NO3 (NH4)2SO4
NaCl NaN03 Na2SO4
К Cl К N03 K2 S04,
то увидим, что соли, полученные из аммиака н различных кислот, отличаются
от соответствующих солей калия (К) и патрпя (Ха) тем, что в первых на месте
металлов К п Ха с опт группа атом- в ХН4. Эту группу атомов называют
аммонием. В отдельности аммоний не получен, но эта группа во мно-
гих реакциях, в которые вступают аммиачные соли, участвует, как. отдельный
атом металла, напр.:
K2SO4- BaCls—2KCl--BaSO4
(NH4)2S04-,1-BaCl2=2(NH4)CH-BaS04.
Таким образом можно прйнять, что в аммиачных солях находится^
группа атомов NH4 (а мм они й), которая при химических реакциях
относится подобно атому металла К или Na. Эта аммониевая тео-
рия подтверждается отчасти еще тем, что, подобно амальгаме натрия
или калия, можно Пилучить амальгаму аммония.
Такую амальгаму получают, когда кусок амальгамы натрия взбалты-
вают с крепким раствором хлористого аммония: при этом получается пори-
стая масса, которая при стоянии выделяет аммиак и водород. Здесь можно
допустить, что аммоний становится на место натрия:
NH4CI+HgxNa =NaCl +HgxNH4.
В 1901 году Муассан получил твердую амальгаму аммония, действуя-
амальгамой натрия на раствор хлористого аммония в жидком аммиаке
при — 35°. Полученная амальгама была охлаждена до—80° и при этой
температуре могла быть легко обрабатываемой. Она была промыта при—80*
- . 01 Аммиачные соли 111
р..м, который был насыщен водородом, и затем помещена в сосуд, откуда
. выкачан воздух. При температуре—80—90° амальгама нс выделяла
никакого газа; При—'40° амальгама покрылась капельками ртути, а при—30е
начала расширяться. Объем ее при- 15° превышал таковой при—80°
25—30 раз. Выделяющийся из нее газ заключал на 65,5 куб. с. аммиака-
; .3.45 куб. с. водорода, соответственно уравнению:
2NH4=2NH»+Hl.
Такое отношение к ртути указывает на металлические свойства аммо-
ния, ибо ртуть образует амальгамы только с металлами.
§ 103. Аммиачные сопи хорошо растворимы в воде, при нагревании они
возгоняются, т.-е. сперва как бы превращаются в пары, а затем Прямо сгу-
щаются в твердое тело. Если мы будем нагревать в реторте хлористый*
аммоний, NH4C1, то он будет превращаться в пар, а в горле реторты будут
собираться кристаллы хлористого аммония. Но тщательные исследования-
показа ли. что хлористый аммоний при нагревании не испаряется, а разла--
гастся на аммиак и хлористый водород, которые, охлаждаясь, вновь соедш--
няются:
ХИ4С1 = НС1-ХН3
NH3+HC1=XH4C1.
Определение плотности паров, получающихся прп испарении хлори-
стого аммония, показало, что плотность его не такова, какой она должна
быть по закону Авогадро (см. § 15), а вдвое меньше: так, согласно формуле
ХТН4С1, молекулярный вес хлористого аммония равен 53,2 =(14+4 +85,2),,.
_ 53,2
отсюда удельный вес его паров относительно водорода D=-^~ =26,60’
(согласно уравнению VI, § 15, стр. 18), найденный же опытным путем удель-
ный вес D=13,3, т.-е. вдвое меньше.
Такое отступление находит себе объяснение в том, что так называемые'
пары хлористого аммония представляют смесь частиц аммиака и хлористого
водорода: в них нет молекул ХН4С1, а только молекулы ХИ3 и НС1. Если же
это так, то плотность (следовательно, п удельный вес) их должна быть,
как раз вдвое меньше нормальной (т.-е, той, какая следует по за-
кону Авогадро).. В самом деле, представим себе, что мы имеем пары хлори-
стого аммония в неразложенном состоянии (т.-е. имеем в газообразном
состоянии частицы состава NH4C1), тогда плотность будет нормаль-
ная. Число частиц в 1 литре обозначим через х; представим теперь, что»
каждая частица распадается по уравнению:
NH4CI=NH3+HC1,
тогда из х частиц NH4C1 получится 2-х частиц, и, согласно закону Авогадро,,
они при том же давлении и температуре займут 2 литра, т.-е. то же самое
весовое количество тела займет вдвое больший объем, и плотность умень-
шится вдвое.
1 1.2
Аммиачные соли
§ 103
Таким образом мы видим, что плотность паров хлористого аммония
должна быть вдвое меньше, если эти пары представляют смесь аммиака
л хлористого водорода.
Можно доказать, что действительно эти пары представляют смсеь
частиц неодинакового веса (для NH3 — молекулярный вес 17, а для НС1—
-36,2), заставляя их диффундировать через пористую перегородку: частицы
-аммиака, как более легкие, будут проходить через нее в большем коли-
честве, и таким образом мы можем диффузией отделить аммиак от хлори-
стого водорода, чего нельзя бы было сделать, если бы они были соединены
химически в одну частицу \Н4С1.
Такого рода опит можно произвести следующим образом: рисунок 59
показывает расположение приборов; воздух, освобожденный от влаги
в.трубке с, вдувается по двум трубкам а п Ъ в широкую трубку А, в которой
.находится асбестовая пробка п кусок хлористого аммония (как показано
яа рисунке), и выходит через трубки а'и Ь'в пробирки, в которые положены
влажные лакмусовые бу-
мажки, в стороне а—а'—
красная, в Ъ—Ъ' — синяя.
Если подогревать кусок
нашатыря, то пары аммиа-
ка, как более легкие,
в избытке проднффундп-
руют через асбестовую
пробку и окрасят в синий
цвет красную лакмусовую
бумагу (в а—а'), а в конце
Ъ—Ь' синяя бумага — по-
краснеет от хлорястого
водорода.
Рис. 59. Хлористый аммоний,
следовательно, подобно па-
рам воды, от действия тепла распадается на такие части, которые при
охлаждении, вновь соединяясь, дают первоначальное тело: разница
только в степени-нагревания; воду нужно нагреть выше 1.000°, чтобы она
разложилась на водород н кислород, хлористый же аммоний, при сравни-
тельно низкой температуре его испарения, разлагается на аммиак и хло-
ристый водород.
Такое распадение тела от действия тепла на два других тела, при чем
последние могут, соединяясь вновь, давать первоначальное, называется
..диссоциацией х).
Аммиак, подобие воде, способен соединяться со многими солями:
так, при пропускании аммиака над хлористым серебром, AgCl, получают
соединения состава AgCl.SNH» и 2AgCI.3NH3.
]) О влиянии влаягности иа диссоциацию хлористого аммония см. далее примечание к § 139.
:: 104—105 Гидразин 113
С медным купоросом он даст соединение состава CuSO4.5NHs (анало-
CuSO4.6H2O).
§ 104. Кроме аммиака, известны следующие водородистые соединения
: гидразип, или д и а м и д, N2H4, азотисто-водород-
н кислота, N3H, и г и д р о к с и л а м и и, NHaOH.
Гидразин, или диамид, N2H4, представляет аммиак, ЫН3,
юром один атом водорода замещай группой ХИ8, т.-е. NHa.NH3.
Можно представить себе, что в частице аммиака атом азота занимает
.к бы центр, около которого удерживаются атомы водорода. Схематически
। изображают так:
Я—N-H
Н
• ели мы удалим из частицы аммиака один атом водорода, полученный оста-
ток Ml. и или амни, как его называют) hi может существовать в свобод-
ном состоянии, ибо 1 рая освободилась, вследствие удаления
атома КМД ругпми тглами. и при извест-
ных условиях может произойти соединение двух амидов фу [рутом,
и тогда получится с и? ди шипе NlIa.NHa.
Гидразин и свободном отстоянии представляет жидкость, кип. при 113
и 701 м.м. д. При охлаждении до ос застывает, и получается твердое тело,
и.'швящееся при 1,4°. Уд. в. 1,003 при 23е, Кислород отнимает у него водород.
(1 кислотами гидразип дает два ряда солей, наир.;
N2H4.HC1 и N2H4.2IlC1, и N2H4SO4.
Соли гидразина представляют кристаллические тела, они действую1,
восстановительно, т.-е. отнимают кислород от соединений, богатых им.
Из способов получения солей гидразина опишем только следующий:
л колбу палпвают 2оО куб. е. 20%-ного ра, гвора аммпакэ и 5 куб. с. свеже-
приготовленного клея и 100 куб. с. св<-;к пр|Ц|'Т<-нлепн<'Г" раствора хлорно-
ватистокислого натрия (ХаСЮ) (для этого 5%-ный раствор едкого натрия
насыщают хлором), затем нагревают быстро весь раствор до кипения п
оставляют при этой температуре в течение 30 минул. По охлаждении при-
бавляют серной кислоты я затем отфильтровывают кристаллы сернокислого
гидразина. Реакции, происходящие при этом, могут быть выражены следую-
щими уравнениями:
(’нерва: Н2ХП HU10- г Н8О,
затем: . 1LNC1 H\H,=N,H4.HC1.
Прибавка клея имеет целью задержать разложение хлорамина на азот,
соляную кислоту и аммиак.
§ 105. Па-ряду с гидразином можно доставить гидроксила м и н
NHa.OH. Подобно тому, как в частице аммиака атом азота является цен-
тральным, удерживающим около себя три атома водорода, в частице воды
КаОлуко е, Неарглиическая химия.
IJj Гидразин § 105
атом ксилореда удерживает околи себя два атома водородаt п в этом смысле
строение частицы воды можно изобразить схематически так:
Л О 11
Черточки изображают здесь п- шъидпмгю гня-ш. кшюрые соединяют
атомы кислорода л водорода.
Если от частицы воды отнять атом ши •:. да, то остз потея груши,
называемая г и д р о к сил о м, т.-е. водным и.тгком, В отделыюсти
ГИДРОКСИЛ существовать Пе МОЖеТ, 1Ю 1>И р шиться с различными
группами атомов: так, и е р е к и с ь в м л i < . Н./К представляет
сиедшшш:’ ГеХ. Г II .» ]> м • ц .. г,. 1 И i I : I 1 , м и л. NHa.OH
Соединение Группы амина. \ Н2. Г ! |-\ ИЧ|юГ’ИШ (V магически строе-
ние этого соединения можно изобразить гак:
11 \ -он
1
н
т.-е. атом азота непосредственно соединен с двумя атомами водорода и,
кроме того, с одним атомом кислорода, удерживающем около себя атим
водорода. Молекулу гидроксилампна (а таки;е всякого тела) можно уподо-
бить солнечной системе; подобно тому, как центральным Tf .том лпщ сис-
темы — солнцтсм удерживаются па слол.корб .к " । чи> п. пииты, вокруг
которых дшшпштя пх riivnn и : . 'in н • • ми приставляй* одно
Т • .iill.-ме П1-ЛОР. ! и1. ИН \Ю!«К\ << нЦИ ВЛ Я Ю1ЦП<‘. НАХОДЯТСЯ В ДПН-
жепип Пе .............. -.ibj- HNITpa. 110 И относительно других атомов:
1 «к. г. частице гидр-м,. |;.м майи дня атома водорода находятся как бы около
атома азота, а третий ин»м водород; щшло атома кислорода.
i И Л Р О К с и л ; М И II. MLdlOK ИолуЧЖ-ГСЯ прп /ЩПСТВНП водо-
рода в состояшй выделения (in statij^ipsri n«lh на oi иск азота:
NO 3- 311 ^ХИ2ДШ.
Подучается также, при воссгаповлеяип азотш>кис .того амоння,
кн^оа. ’
В настоящее время гпдр<нач1.та.Ч1ш бо.л>щ.ц> частью но. i уча сто я
электролитическим песета новлонш-м азотнои кислоты. Катодом служит
ама лыамировапный свинец, электролитом — 50%-иая серная кислота, азог-
ную кислоту постепенно прибавляют к катодной жидкости, находящейся
в мористом глиняном сосуде и охлаждаемой при помощи змеевика. Таким
образом можно получить более. 80%-ного тсорт,тпч<*ск>>го выхода, гидроксн-
ламинэ. по уравнению:
N(\H - GH 2Нг().
Видный раствор гидроксилами на представляет боециегнуго жидкость,
обладающую щелочными свойствами. Пз эфирного раствори, гидроксил амин
был получен в глде твердого кристаллического тела, без цвета, и запаха,
плавящегося при 33'.
106—10/ Гамш&ные уединении 115
’ кислотами гидроксиламин соединяется, давая кристаллические соля.
; ХН./ОН) №1; (\U2Oll)2FLSO4; (NIJ2OH)HNO3 и т. я.
Г и дроксплампп обладает очень сильной в постановляющей способно-
. из раствора азотнокислого серебра он вы щляет металлическое серебро,
рную ртуть Н#(Д2 переводит в хлористую UgCl и т. п.
$ 100, Все да сих пор расемспреянью водородистые соединения азота
лают ОСНОВНЫМ характером, но В 18% Г<|Ду было открыто водородистое
.* именно, обладающее свойствами кислоты, ото а с* о т п с т о в о -
- родная ксилота. \2Н, Натриевая соль згой кислоты получается
г .г действий на н а т р и и a i и д: NH2'Xa (шнучаемый прп нагревании
. .•трпя г атмосфере сухого аммиака) закисью азота, N2t):
ХНЛа + N2O N3Na ' Н2О,
1МТ..П1ИП а л л истого натрия с разбавленной серном
лзотнетоводородная . ? .;< с парами воды и лолу-
;нпш она пред-
взрывом.
Т, кип. 37 .
Ць Нею щ > = i 1,’> 1 ' иную КИС илу.
Голи Х3Ха; Х.ДЩ. Х‘0Ба растворимы в шц.. и хорошо кристаллизуются:
серебряная голь, КДщ п ртутная. X3Hg; очень сходны по виду с хлористым
гщюбром и хлористой рту П4о (плохо растворимы), по отличаются от послед-
пих сильной'взрывчатослъю. Соли азотшл оводород нои кислоты нашиваются
азидами (Azide).
1Ч:П)11ДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ АЗОТА.
§ 107. Азот с га зондами пря мо не соединяется, но при действии хлора
ю-i аммиак мо;кет прощюнги пли выделение свободного азота (в случае из-
бытка нммиака. е' выш'-< Я*1. 1 плп;ь>' 'ам> водорода хлором
и образовашю хлщшс111,-<'.;. '.ю' ... ю vu, и i при избытке
.хлора, от действия копщщю на хи-рю1 й а „фиши 1ю.клюйся сиплю
взрывчатый хлористый азот XCLp
ХН4С1 3(0 ХС13 4IICI.
Небольшое к«>.шчетю х, гористо! з> азота, можно иол учить, если колбу,
наши ионную хлором, опрокинув сю опустить открытом ГСфЛОМ и водный
раствор хлористого аммония, пгн ретыи до 30С Тогда хлор поглощается, и
образовавшийся хлористый азот в виде мелких тяжелых капель падает ла
дно. Хлористый азот -тяжелая маелнпистая жндкпсТъ, уд. в. 1:65* При-
косновение со многими телами, как-то: фосфором, скипидгтрОхМ, резиной
м др*, даст взрыв столь сильный, что от малой капли разбиваются толстые
доски.
При действш! на него аммиака получается хлористый аммонии п гтт,
XGU ЗХ11Д1 Х\.
2V4
N2O3
h
NaOs
N2O4=2NOs (азотноватая окись)-.
116
Кислородные соединения азота
§ m
Крепкая соляная кислота выделяет из него свободный хлор:
NCI, + 4HC1=NH4C1 + 801.
Бромистый азот при действии брома на аммиак не получается.
Если нагревать водный раствор аммиака с бромом, то выделяется азот
и образуется бромистый аммоний:.
8NH3 + 3Br2==N2 + 8NH4Br.
Ср. выше действие хлора § 101, стр. 109.
Бромистый азот NBr3 получается при действии брома на хлористый
азот. Тоже очень взрывчатое тело.
Подпетый а лот, XHJ2. получается в виде черного порошка
при обливании иода крепким водным раствором аммиака. Он образуется
также, если к крепкому раствору иода (в водном растворе йодистого калия .
прилить избыток аммиаки:
3NH3 г 2J2-- NHJa + 3NH4J.
При большем избытке аммиака получается тело состава N2H3J3,
которое при действии крепкого раствора аммиака переходит в иодистый
азот состава NJ3,
С безводным жидким аммиаком под соединяется при—во1’ в полподиды
типа (NH3) J3NH4, которые постепенно разлагаются па аммиак, иодп йоди-
стый аммоний.
Йодистый азот взрывчат не меш-о хлористого.
о д а з и д N3J, светл^желтое, очень взрывчатое тело, получается
из AgN3 при взбалтывании последнего с эфирным раствором иода;.
AgN3 -j- J2—-AgJ N3J.

КИС ДОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ АЗОТА.
§ 108. Известны пять кислородных соединений азота:
Азотный ангидрид ....
Азотноватый ангидрид •
Азотистый ангидрид . . .
Окись азота ......... .
Закись азота .......
. NO
. N30
Первые три окисла являются кислотными ангидридами, ибо при дей-
ствии на них воды получаются
ад
кислоты :
г H2O=2HNO3
азотная кнсл-
- H2O-HNOa + UNO,
азотистая киса.
Ь H2O==2HNO2;
низшие окислы: окись азота, NO, и закись азота, N2O,
суть окислы безразличные, ибо ни с кислотами, ни с основаниями они но
дают солеобразных соединений.
; 109 Азотная кислота 117
Азот с кислородом соединяется только при пропускании через смесь
. л газов электрических искр. Такой способ добывания окислов азота,
последнее время получил техническое применение для добывания
гной кислоты и будет описан далее (см. § 123), а так как в набора-
рпой практике для добывания всех окислов азота приходится прибе-
т. к действию различных тел на азотную кислоту, то с нее мы начнем
. писание различных кислородных соединений азота.
§ 109. Азотная кислота, HN03. Исходным материалом для се добыва-
ла является натриевая или калийная селитра. Так
взываются соли азотной кислоты, NaNOa и КХО3, образующиеся в почве
при гниении азотистых веществ. Залежи натриевой, или ч и л и й -
окон селитры, NaXO3, находятся в больших размерах в Чили и др.
местностях. Можно добывать также селитру, заставляя гнить навоз в так
называемых с л и i р я и и па х. Для этого собирают навоз (там, где
он не вдет на удобрение, напр.. у нас в юго-восточных губ.) в кучп и пере-
.. 1дывают его хворостом золой или другими нт точными л известковыми
остатками. Под влиянием низших микроорганизмов навоз приходит в гние-
ние, одним из конечных продуктов г ор го является азотная кислота,
которая соединяется с калием, находящимся в золе ц кальцием, в извести,
выщелачивая селитряницы водой, получают раствор, в котором нахо-
дятся азотнокислым калий, KNO3, и а з о т н о к и с л ы й к а л ь ц и и,
Ca(NO3)'a. Для того, чтобы последний перевести в.калийную соль, приба-
вляют углекислого калия, или поташа (или же просто
золы, содержащей поташ). При этом происходит реакция двойного обмена
между калием и кальцием, и получается растворимая калийная селитра и не-
растворимый углекислый кальций:
Ca(NO3)8 - K2CO3 2КЖ>3,+ СаСО3.
Раствор калшйюй селитры сливают с осадят угл• кишого кальция
и затем, выпаривая его, выкристаллизовывают с<'.титру. Повторяя кристал-
лизацию несколько раз, очищают селитру.
Калийную селитру можно получить также из а з о т я о н а т р о в ой
или чилийской сел и т р ы. При смешении хлористого калия, КС-1
и азотпонатровой соли происходит реакция двойного обмена (см. далее § 190)
г.-с. хлористый калий переходит в азотнокислый, по уравнению:
КС1 + NaNO3=KN<)3 + NaCl.
Если водный раствор.настолько разведен, что все получающиеся соли
остаются в растворе, то в нем находятся четыре соли, ибо не все частицы
хлористого калия могут перейти в частицы азотнокислого калия, так
как последние, встречаясь с частицами хлористого натрия, могут вступать
с ними в реакцию двойного обмена, по уравнению:
KN03 NaCl=KCl 4- NaN'O3.
118 Азотная кислота £ 110

Если же мы начнем выпаривать раствор, то хлористый натрий (раство-
ряющийся в горячей воде почти в такой же степени, что и в холодной) будет
поедать из раствора и уходить таким образом из сферы действия солеи,
находящихся в растворе, вследствие чего могут образоваться путем обмен-
ного разложения между хлористым калием и азотнокислым натрием новые
количества кал л й и о й с о л и т р ы н хлористого натрия. Сливая го-
рячий раствор с осевшего хлористого натрия и охлаждал про. получают
кристаллы азотнокислого калия (ибо он менее растворим в ХОЛОДНОЙ воде,
чем в горячей) с небольшой примесью х-ъцшетоп» натрии- от которого очи-
щают новой кригталлнзаипей и л п т р в а и г - м.
Лчгрованг-называют процесс пр’ ыыи?" гдгг.ал в селитры
(измельченной в виде муки) пасши иным растворим ее литры; такой раствор
пе способен растворять титры. а раствирягг только примеси.
§ ПО. Калийная селитра служит для добывания пороха (см. ниже)
а натриевая—для добывания азотной кислоты. ( атой целью ее нагревают
в реторте с серной кислотой, при чем получается азотная кислота и средняя
или кислая сернопатриевая соль, смотря но количеству взятой серной кис-
лоты и нагреванию:
TkSO4 ; 2ХаХО3-Ха2$()4 <• 2НХО3
|LsO4 -г XaNO^NallSn, НХ(\:
ЖЮТШ1Я КПг'-та ель ’ ж _ .. остается к pi.-
Т’-рте.
В лай .раториях и 1\ч.‘НП' а.-: •агп кислоты ведут в стеклянных ре-
г о, х тубулу« им|. в > ; : у с< литру. наливают крепкой серной
кцгюты п нагревают. Тогда П’- гучаюша шютная кислота отгоняете;! н
собпрастсн в охлаждж мый приемник.
Йри заводском приготовлении азотной кислоты употребляют чугун-
ные 1) реторты > цилиндрические (рис.60)млн же в виде помещенной на рн-
сумке 61 (с), Их наполняют натриевой селитрой, приливают серную кислоту
(для чего в цилиндрических ретортах служит воронка с), затем крышку
(в реторте (I) замазывают глиною с гипсом, В шейку реторты вставлена
глиняная трубка (чтобы пары азотной кислоты нс разъедали чугун) и падета
стеклянная трубка Д отводящая пары в ряд глиняных трехгорловых
бутылок (В и В на рис. 60 и ЕЕ па рис. 61).
Продажная азотная кис л о т а. уд. в. 1 414: содержит
лишь около 68% химического соединения НХО3; остальное. кроме очень
небольшого количества примесей, составляет воду; как примеси она может
содержать низшие окисли азота, серную кислоту, хлор водную кислоту,
железо, мышьяк, известь п т. п.
Для получения из продажной более чистой п крепкой ее перегоняю,
е прибавлением концентрированной серной кислоты.
J) Крепкая Дурная как п азотаая. с трудом разъедает чугун.
110

Iff)
Чистая азотная кшмота бесцветная,. на воздухе дымящая .жидкость
• шим запахом, уд. в, 1.56. кипи т при 85е. застывает при—55°. К р а с -
и дымящейся
13ОТНПЙ К К С л о-
• if называют азот-
> ю jcjic/r огу,, СОДОр-
щую в растворе
значительное коли-
чество <?зотноватои
* кие и. U водой азот-
ная кпслота смеши-
иае гея ВО всех отно-
шениях. Отдавая
легко СВ Hi кпело-
ри.1. (Ша Я1:.1Я'‘1ГЯ
сильным
ле И. ПрИ [
нни опа распадгнтсд
на воду и азот-
иый ангидрид. Х3()5,
ври чем последний
быстро распадастся
па азотноватую
ш-.игь XtK п кисло-
род, На большин-
ство металлов она
дсмт>ущ;шергичпо.
Реакция при
;кГ(.М И рТ обЫКНо-
пешш таким oo'i.'r
зим, что первона-
чально азотная кис-
лота окисляет ме-
талл. сама же рас- рПГт r:L
кисляется, выделяя
поду и различные скислы ачопк Полученная окись металла, реагирует
со следующими частицами кш лоты, образуя а.вггиикислую соль. Напри-
мер, при растворении железа в ршзготпншш азотной кислоте реакция вдет
следующим уравнениям:
2Fe -f-2HNO3 Е2О3 П2О -21x0.
окись окись
железа a,inra.
Ж(ь5 нН\Т>3 2Fr(N(L)3 < 3HJ).
В общем лтп две реакции мо;кно выразить одним уравнением:
120 Азотная кислота § ПО
2Fe г 8HNOa=2Fe(NOs)3 4- 4Н2О 4- 2NO.
азотнокислая
, окись железа.
В данном случае выделяется окись азота, то же получается при дей-
ствии азотной кислоты на медь:
3Gu 8HNO3-8Cu(NG3)2 -г 4Н.2О 4- 2NO.
При других металлах азотная кислота может раскисляться иначе,
образуя другие окислы.
Так, при растворении серебра выделяется азотистый ангидрид N2O3,
и получается азотнокислая соль <_ч-ребра
4Ag - 6НХО3=4А-ХО3 4- ЗП2(> 4- N3O3.
При растворении цинка выделяется закись азота N2O, и получается
азотнокислый цинк.
4Zn 4 10HNO3—4Zn(NO3)2 4 5113O 4- NA
При действии на олово азотная кислота при нагревании переводит
олово в высшую степень окисления Sn02, которая выпадает в виде, белого,
нерастворимого уже в азотной кислоте, осадка, в форме так называемой
метаоловянной кислоты n2SnO;!. Выделяется при :ггой реакции азотноватая
окись NO3:
Sn 4Н\<». И>пО3 11J.) -4\<)г.
( лабая ра-.и'дсниая аж-ги.чя кислота, как мы видели, растворяет
железо; крепкая же азитиая kjicm.i ip только иг растворяет, но делает его
неспособным растворяться в других кислотах.
Такое л а е с и в н • • е же., -з« бразуется о того, что при погружении
его в крепкую азотную кислоту, содержащую низшие окислы азота, на его
поверхности образуется слой окисла железа, предохраняющий железо
от дальнейшего действия кислоты. Для того, чтобы железо потеряло свою
пассивность, слой окисла нужно удалить механически.
На золото и платину азотная кислота не действует. Для растворения
их берут так называемую царскую водку, получающуюся при
I смешении 1 части крепкой азотной кислоты с 2—3 частями соляной. Она
содержит свободный хлор и легко разлагающиеся кислородпые соединения
азота и хлора. При действии ее на золото и платину получаются хлорное
I золото, АпС13) и хлорная платина, PtC^. Образование царской водки можно
выразить следующим уравнением:
4NHO3 4- 8HC1-2NO3CI 4- SNOC1 4- 6Н2О г 2С1г.
Азотная кислота действует очень энергично на многие тела; органи-
ческие вещества она разрушает: ла теле она вызывает раны, проедает платы-,
воспламеняет дерево. При работах с крепкой а з о т н о й
кислотой должно соблюдать большую о с т о р о ж -
! ность.

1
С ' .Z .............................
§ 111 Порог .1,2.1.
На многие органические тела азотная кислота действует так, что один
или несколько атомов водорода в-частице органического тела заменяется
группою нитро, NO2: так, при действии на бензол С6Нв полу-
чается нитробензол С6Н5 (NO2):
C6HG г HN03-C,HsN03 % Н2О.
Ввиду того, что при отой реакции выделяется вода, которая умеряет
(ействие азотной кислоты, для нитрования берут смесь азотной и серной
кислот, Мн опте нитросоединснля имеют большое значение в технике и в по-
следнее время идут для приготовления бездымного пороха. Так, при дей-
ствии на вату (которая состоит, главным обрзаом, из клетчатки
СвН1()О5) смеси серной и азотной кислот получается нитроклетчатка--п и -
рокси л пи: CeH7 (NOa)3<)5:
< О5 - ЗНХ-О3 =(%!!- • >л I. - <). - ЗН2О.
При обработке подобным же образом г л и ц е р и и a, СаНвО3, полу-
чается нитроглицерин с,,Н-1 Х<'яде,. Как пироксилин, i-п; и
нитроглицерин—тела легкоБзрьпмпещшёл. Причли, пх нестойкости и
сильной взрывчатости заключается в том, что в их частицах находятся
атомы углерода, водорода (элементов, имеющих большое сродство к кисло-
роду) и кислорода, сиособирго легко выделяться из группы NO2 п соеди-
няться с углеродом и водородом; при соединении же этих элементов выде-
ляется большое количество тепла, и образуются газы: СО2, Н2О, СО и N,
Таким образом получается большое количество газов при высокой темпера-
туре (а. следовательно, обладающих большой упругостью).
. Нитроглицерин распадается по уравнению:
SC3H5(N02)303=6C<% + 5Н2О + 8N ф О.
Ввиду того, что шыроглшв-р иг лстю> взргищется сам собой при хра-
нении, а также при ешряо.тшях :«-i.'»;-.k< и г. и.), з него лриготонляют
динамит, для чего пропитывают ццтроглмщ ригло; какое-нибудь по-
ристое недеятельное вещество, как, наир., кремнезем, инфузорную землю
(кремнекислые панцыри инфузорий) и т. лг. Динамит может быть перевозим.
Соли азотной кислоты получаются или при действии на нее едких или
углекислых щелочей, или я;е прп растворении в ней металлов (см. выше).
Все соли азотной кислоты разлагаются при
нагревании и все они растворимы в воде.
Селитры, подобно азотпои кислоте, при нагревании легко отдают свой
кислород другим телам: наваленный уголь, брошенный на расплавленную
селитру, плавает на ней и горит ярким пламенем. На способности селитры
отдавать свой кислород основано се применение для приготовления пороха.
§ 111. Порох есть смесь угля (около 15%), серы (около 10%) н ка-
лийной селитры (около 75%). Натриевая селитра для пороха не годится,
ибо опа гигроскопична.
Азотный ангидрид § 112
Процесс, происходящий при сгорании пороха. приблизительно можно
выразить уравнением:
2KN0. ЗС 4 S K3S : ЗСО2 г n2.
Из этого уравнения видно, что при сгорании пороха получается твер-
дый продукт - сернистый калий K2S (выделяюпщйся в виде дыма) и два
газа: СО2 и N2, Этим и обя.яспяотся тот взрыв, который при атом происхо-
дит,
ВьШИПрШЯ'ДГ НПО'1 уравщтшо ГОреННЯ ШЩпХа является ГОЛИКИ приблв-
ЗПТеЛЬПЫМ, ИСС-Н Ло1;иШ!Я Ж Ле*.Ж п !1 6<<ЛЧ НоМЯЗЗЛИ. ЧТО реаКШНК НрО-
ЯСХОДЯШНО При Горении Н'»р> ХЛ, _. • 1 IMO ’ СЛОЖНЫ* что их трудно было бы
представить в одном уравнении. ЗРждх твердыми продуктами являются,
кроме сернистого калия. сернокислый и углекислый калий, серповатпсто-
кислый, углекислый аммоний, неразложпвпыяся селитра. сера и уголь.
В состав пороховых газов входят: углекислый тая, азот, окшж угле-
рода. сероводород, иногда болотный газ п кислород: относительное коли-
чество всех этих продуктов нс всегда одно и то же; апо зависит от быстроты
горения и от давления, под которым оно совершается.
Опытными к сел едина пп я:ив условий порохового взрыва мы обязаны
Абелю И Побелю; ИЗ результатов, найденных ИМИ, МЫ пршп дгм следующие:
о Газы, нбрппуюшигся мри р.Ж-ЛЖр ПШ ра-:ЛИ Я ПЫХ гиртпв пороха
(яНГ.ЧИИСКмГг» в ПМ*'Р» : < "L -л1. ч? ним давления кол и-
чество углскшл л?,:, м . -алтеи vj юрода уметлма лось.
2f ( Ц'Т.'В ТВгрДЫХ Щ"» IVK’IhB МГШ1' 'ЛНнобраЗГ я.
3) Обы И ПОСТОЯ В ПЫХ .•-Hl; ИНН О ц 7(Д) м. хМ. давления достигает
280 к. с. па 1лр. иори.ха. пли в Дно рае. Пильню *нн.»»ма взятого вещества.
4) Про (Тирании I Гр. ворох.| н“. рилу ИТ Я ole Jit и,Э7 гр. твердых про-
дуктов и 0.43 газообразных продукт.^;.
5) Давление их в пространстве, наполняемом порохом, дос/гигает
6400 атмосфер.
6) Температура горевпя около 2200 \
§ 112, Азотный ангидрид* по.туюстгя отнятием воды от азотном
кислоты помощью фосфорною ангидрида прн температуре ниже 0е.
Реакция образования азотного ангидрида:
2Н\йа + Р2О5 ulIPO3 4 i\,05
. 1\О5-1\Л5.}Ц) N2O5).
Ои получается также при де1ктвпи хлора на азотнокислое серебро:
Ul2 ^2AgCI , - О,
Крнста/кшчсекое тело плавится при 30° п возгоняется при 47л.
При легком нагревании и под влиянием света легко разлагается., и ппогда
со взрывом. С водой дает азотную кислоту:
Х2О^ л Н2О - 2HNCV
$ из -4 .?о т nt жаты it ангидрид 1 :гЗ
§ 113. Азотноватый ангидрид, \/.)4 или Х()2, получается при нагре-
вании аз отнокв с л о го сии нца:
2РЪ(Х:(>:1)г - 2Р1)() - 2\/)4 - О2.
В реторту из тугоплавкого стоила к, щут говорил’Finn сх хой измельчен-
ный азотнокислый свиней РТфХО,,)., и е*. дппяют. как показано па рисунке
62, е Н-пбрязмоп трубкой, но гр ужо и пой в стакан с охладительной смесью
(из нова ройной Соли н снега и т. л',). Нагрева ют pt торту ю слабого красного
каления, при чем. выдел шопится азотноватый ангидрид NaO4 сгущается
в жидкость зеленоватого цвета, вследствие примеси азотистого ангидрида.
Переменив приемник, можно собрать \Д)4ввиде бесцветной жидкости,
которая застывает в бесцветные кристаллы, плавящиеся при — 10°, и кипит
при 22°.
Азотноватый ainn.ipn.i а. луч., ,! ipn сжив ил, ...-тистого
ангидрида Х'2ОЯ с азотной кнелш ей г. ирис-, ггвии г н-фг-ун )> аштри та:
Х/й Х;,о5 2.\.,О4.
При низкой температуре (около 20' 30°) цвет паров азотноватого
ангидрида слабо желтым, но по мере повышения температуры он делается
все томнее и темнее, пока ш> достигнет при 150° максимума окраски. Этому
изменению в цвете паров соответствует изменение в их плотности (а сле-
довательно, и в их составе).
При низкой температуре (наир., при 27°) удельный вес паров азотно-
ватого ангидрида ио отношении! к водороду равен 38, а при 140' он пони-
жается до 23.
Между том удельный все паров, соответствующий формуле N2O4,
должен быть равен, согласно закону Л в о г а д р о (см. § 15), 46, число жп
23 соответствует формуле NO2.
124 Азотистый ангидрид § 114
На основании этого мы должны принять, что частица состава N2O4
может существовать только при низкой температуре, при повышении же
температуры будет происходить диссоциация ПаО4 по уравнению:
N2O4 = NO3 + NOa.
Чем выше температура, тем число частиц будет более, и выше 140° все
частицы азотноватого ангидрида (N2O4) распадутся на ч. стпцы азотноватой
окиси N02.
То обстоятельство что при температурах, близких к точке кипения
азотноватого ангидрида, плотность н<> ни ж» нормальной (4G), указывает,
что уже и прп этой температуре в парах азотповатоги ангидрида находятся
частицы азотноватой окиси NO2. Можно даже вычислить, что при 27'"',
когда плотность паров равна 38, пар состоит из смеси частиц N2O4 (79%)
и частиц NOa (21 %)*).
Азотноватый ангидрид таким образом уже при точке кипения, при 22’,
содержит небольшие количества NO2 и благодаря этому окрашен в красный
цвет; только при точке замерзания — 10° он состоит вполне из частиц
N2O4 и является тогда прозрачным, бесцветным, твердым телом.
Азотноватый ангидрид N2O4 и а з о т и он а т а я окись NOa пред-
ставляют тела одинакового процентного состава, ио различаются по вели-
чине частиц: частица азотноватого ангпдре • к и >ч;г . л себе вдвое более
атомов, чем частпи.т <i.:oth<>b,h.,u «>кп»-п.
Такие явлрш!, называется полимерией и тело, обладающее
боле-’ сложной частиц, й. называется п о л и м <• р о м тела с меньшей ча-
стицей.
При действии па азотноватый ангидрид воды получаются различ-
ные продукты, смотря по температур» : при низкой температур»- реакция
идет по уравнению:
N2O4 + Н20 = HN03 + HNOa.
-при нагревании же:
3NOa 4- ЩО = 211КО3 + NO.
§ 114. Азотистый ангидрид N2O3. При перегонке азотной кислоты
с мышьяковистым ангидридом As2O3 выделяются бурые пары,
состоящие из смеси NO2 и NO. При охлаждении их получается зеленая
жидкость, которая состоит, главным образом, из азотистого ангидрида
N2O3 и небольшого количества примесей NOa и N2O4. Азотистый ангидрид
») Если через X обозначить часть молекул N20,]: распавшихся на NOi( то через (1—X)
выразится часть молекул Х204, яедассоцяировапшях, число же всех частиц равно 2Х-|-(!—Х)=
1-h X. Так кап но закону Авогадро объемы, занимаемые газами (при одинаковой температуре
и давлении),' пропорциональны числу частиц, то в данном случае имеем:
1 • О+Х) 1 : £ •
4(5 38’
откуда:
1+Х.Л6; х=1.=0,21.
36 36
115-116 Окись азота- Теория производства серной кислоты 125
получается также и при пропускании окиси азота в охлажденный азотно-
ватый ангидрид;
2NO -I- N204 = SNsO3.
В жидком состоянии он зеленого цвета, уже при низкой температура
он разлагается и не может испаряться без разложения, Прп действии не
пего охлажденной до 0° воды получают раствор азотистой кислоты:
Х2О3 Н2О =- ЗНХО2.
Азотистая кислота в свободном состоянии не получена, но ее соли
хорошо известны. Они получаются при восстановлении солей азотной кис-
лоты. При сплавлении со свинцом азотнокалиевой соли KNOS. свинец отни-
мает от нее часть кислорода, при чем образуется азотистокалиевая соль:
КХ’О3 4- Pb = KNO, 4- РЬО.
Азотистокислый ка ь?:л рм.-гв-оамв г ппка.в иным углем,
подобно селитре, дает вспышку. При действии кислот на азотистокислый,
калий получается бурый : р— .-нпя азртиср-й кислоты-
2КХОг г H2SOj = К2SO. 4- 2НХО.г
ЗНХО.» = Я2О + N2O3
N2O3 -= NO г NO3.
Азотистая кислота действует, как сильный окислитель: иодоводород
в присутствии очень незначительных количеств азотпетой кислоты выделяет
свободный иод.
§ 115 Окись азота получается прп действии азотной кислоты на медь:
8Си-? 8HN03 •• 8Cu(NO3)2 + 4НгО - 2NO.
Окись азота— бесцветный газ, сгущающийся в жидкость, кипящую-
при 154е. Г кислородом <>на лепи соединяете а. давая азотноватую
окись NO»:
\О - О -- NO..
. Зажженная лучина, опущенная в нее, гаснет, но фосфор продолжает
гореть. Смесь паров сероуглерода CS» и окиси азота вспыхивает ослепи-
тельным светом.
Пропущенная в раствор железного купороса окись азота поглощается,
окрашивая раствор в бурый цвет.
§ 116. Теория производства серной кислоты. На способности окиси
азота присоединять к себе кислород основано применение азотной кислоты
для приготовления сорной кислоты. Известно, что сернистый газ S02 под.
действием азотной кислоты легко переходит в серный ангидрид, а послед-
ний в присутствии паров воды дает серную кислоту:
3SO2 + 2HNO3 = 38Os 4- Н2О + 2NO
SO3 -4 Н2О Н28О4.
!26 Теория произволе шва- еерпой зелоты § 116
При этой реакции, как видно, подучается окись азота, которая в при-
сутствии воздуха снова превращается в азотноватую окись ХОЦ, которая
с водой дает <щотную кислоту п окись азота:
3N()a , 1М» лНХО3 ХИ.
Полученная КИСЛОТ;!. пдщ па окисление НОВОГО количеств;] Сернистого
газа, опять получается новое количестве окнеп азота, которая вновь от
действия воздуха и воды прекращается в азотную кис лоту и т. д, Таким обра-
зом небольшая ко.кгчеетги я тщиси ..г ко м-п- г икиелпть теоретически
безгранична 1>м ; ; - - • т и г л r Hupiij; в ।1 рныи Па (фактике,
конечно, ИЗ УД;Ъ.ТСЯ П":Це('ТНЫ К-ЛПЧ С В'»М кислоты, прибавляя
ТОЛЬКО Йоду Ц ВОДуХ. ОКИСЛИТЬ бесконечно Go tbldoe Кидичество Ср II петого,
газа, ибо реакция образования серией кислоты происходит не вполне так
Пне. 63.
просто, как было изложено; кроме того, в камеры, гд- приготовляется серная
кислота., приходится вводить не чистым кислород, а воздух, а затем удалить
азот для введения нового количества свежщо воздуха. При этом, конечно,
будет уходить часть икнелов азота.
При фабричном пронзводсгве серной кж лоты нолучештс ос ведут
г. больших свинцовых камерах (ем. рпс. 63), расгтожекных друг око
$ ИГ Закись а.нпн-а /.?;
друга и сообщающихся между собой так. чтобы входные трубы были в верх-
лик частях к,™ ер, а, выходные в нижнем противоположном конце* Через
;пн камеры и трубы проходит ток паров и газов, необходимых для при-
готовлен ия серной кислоты. Образующаяся кислота падает в камерах
на дно, течет по их стенам и дер тивасгся из щигой камеры в другую.
Сернистый газ получается от обжига пня в печи Л серы и щ жя чапщ
гарного колчедана. J?eS2; получаемые при атом горячие газы проходят
ш рев ряд камер F* где оставляю! механические примеси, и затем но трубке R
в башню Г л о в е р а, откуда Ли трубке К идут в камеры Л2Л2 1, 2, 3, ко-
торые вместе занимают такое иростр апство, чтобы на каждый килограмм
колчедана, сжигаемый в сутки, приходилось около %,2 куб* метра. Необ-
ходимая для окисления азотная кислота приготовляется из смеем чилий-
ской селитры и серной кислоты в тех же печах, где обжигается колчедан
(которым служит горючим материалом); 1;л лощ пары азотной кислоты
ВАРЯТ, е г<-рпигл о .[рИДи.М I г,- . Т . камеры. В камеры же про-
пуска! гея <»бым трубам пары воды. Из последней камеры избыток
ВВРДННЕЮГе Виза • гул yi <итьея
Ценные ОКИСЛЫ алмТа. <сх Пр' led !" и ШНЮ -.1 1*1 Г с а к it
наполненную куекамп г океж вверху л лея гтрхя к| зло,и ггрцои кгн -
готы, которая распространяется по кускам if икс;; ж встречая выходящийнж
воздуха, растворяет окиглы аз, ла* у нос и.мыс им Серпа и кислота, из башни
Г е - Д ю с с а к а стекает в особый сосуд, откуда давлением пара подии -
мается в башню Гл о в ера G, г до тоже растекается по кускам кокса,
по лаось серная кветита, встречая горячие газы, выделяет растворенные
г; пев о кислы азота, которые идут опять в свинцовые каморы. Оставшаяся
после ах выделения п рная кислота втекает в камеры, Собирающаяся в снин-
иовых камерах кислота содержит не бож е серной кислоты. Ес выпари-
вают в свинцовых скоъоро щх до уд в. 1*75 (ью%) Более концентрированная
клюкна уже ликчвует и ? свин* и. гюжшу окенжтп ль ное гтущегше кислоты
i!pon;;j:iu;if в стеклянных глп нл.и нН'и:ых лах.
Таким образом ihcvtihtm > яг [ ipHemn.iH сорная ичп'Л'На, иаиы-
ваомая в торговле а и г л и й с к о if с е р и < и к п с л о г о и или к у -
н о р о с и ы м ч а е л о м. Она представляет маслянистую жидкость,
обыкновенно более или менее окрашетшую органическими ерщсгпжмн
в бурый цвет, уд, в+ 1.S3. и содержит 92% JT2SC%
§ 117. Закись азота, или веселящий га -х подучается при
нагрева пип язитнокие.пи о аммония:
\2О 2НД\
Бесцветный газ, сгущающимся в жидкость при 0' давлением 30 атмо-
сфер* Жидкая закись ажпа кипит при 8ь” (7оО м. а при уменьшении
давления охлаждается до Киг и :штвсрдеваег. Закись азота, так же как
кислород, поддерживает горение: тлеющая лучипа н 1ЮИ вспыхивай , фосфор
горит н т. дт Вкус записи азота сладковатый.
128 Воздух.—Физические свойства воздуха § 118—120
Вдыхание этого газа действует возбуждающе на нервную систему;
при .значительном вдыхании наступает бесчувственность, на чем основано
применение его при зубных операциях.
§ 118. Все кислородные соединения азота суть тела эндотер-
мические, т.-е. при образовании их происходит поглощение тепла.
как показывает следующая таблица:
N2 4 <’) - Х2О - 17,5 б. кэ.
N2 + О2 = 2Х(> • 43,2
Х3 30 Х2О3 11.1
X, 4- 20, - Х'2О4 2,6 /) )>
N2 4- 50 = Х2О5 — 0,6 »
Этим объясняется их энергичное действие на другие тела: в каждом
окисле азота запас химической энергии больше, чем в кислороде и азоте,
послуживших для его образования.
ВОЗДУХ.
§ 119. Воздух представляет смесь многих газообразных и твердых тел,
из которых главнейшие: кислород, азот, арг п. гы льный ангидрид, пары
воды, пыль и т. п.
Смеси тел вообще п- уетет: . рпваютез в химии, но воздух играет такую
важную роль во всех явлениях на земле, что необходимо ознакомиться
с главнейшими физическими свойствами и составом этой смеси. То, что здесь
сообщается, не представляет сотой доли учения о воздухе. Чтобы показать,
какое важное значение имеет воздух в пашей жизни, достаточно привести
следующие слова знаменитого немецкого химика. Либиха: «Наука
доказала нам, что человек состоит из сгущенного воздуха, что живет он
воздухом как несгугценным, так и сгущенным; сгущенным воздухом он
одевается, при помощи сгущенного воздуха он готовит себе пищу, им же
передвигает тяжести с быстротой ветра \
Далее краткое знакомство с воздухом укажет нам, насколько спра-
ведливы слова Л п б и х а.
Хотя изучение воздуха начато давно, но сравнительно недавно озна-
комились с его главнейшими свойствами: только в конце XVI вока Г а л и-
л е й показал, что воздух есть тело весомое; во второй половине XVIII века
трудами Лавуазье, Прист лея и Кавендиша было пока-
зано, что воздух состоит, главным образом, из кислорода (*/5), азота (а/5),
конец же XIX века, ознаменовался открытиями Рамзая и Ра лея,
показавшими, что мы ц до сего времени не вполне знакомы с составом воз-
духа, и в этой области можно ожидать много нового.
§ 120. Физические свойства воздуха. Вес 1 литра воздуха (сухого
в лишенного угольной кислоты) 1,293 грамма при 0° и 760 м.м. давления
§ 120
Физические свойства воздуха
129
При давлении 39 атмосфер и температуре низшей —146° (его критической
температуре) воздух сгущается в жидкость, кипящую под давлением одной
атмосферы при — 191,4°. Точка кипения его лежит между точкой кипения
кислорода (—181,4°) и азота (—194,4°).
Впервые воздух был сгущен Пикте и Кап льете, в значи-
тельных количествах жидкий воздух был получен Вроб невским и
Ольшевским в 1883 г., в настоящее же время, благодаря машине
Линдо н др., можно заводским путем готовить жидкий воздух. Способ
Линде основан ла том принципе, что при расширении сильно сжатого
воздуха до более низкого давления происходит сильное охлаждение,, мо-
гущее достигать г/4 градуса на каждую атмосферу уничтоженного давления.
Рис. 64 представляет схематический чертеж аппарата Линде:
воздух сжимается насосом Р до 220 атмосфер, в резервуаре F он охлаждается
Рпс. 64.
вначале до обычпой температуры, т.-е. прпо.талптс.тьно до -- 20° (трубка L
служит для приведения холодной воды, а К — для отвода). Затем он идет
по трубке ВС в узкую трубку, дпам. 3 сантим., CD, изогнутую змеевиком
и лежащую внутри широкой трубки (F) в 6 сантим, диаметром (на чертеже
узкая трубка обозначена пунктпром). По узкой трубке, длиной в несколько
десятков метров, воздух доходит до крапа В, через который поступает в. со-
суд Т, где давление всего 20 атмосфер. Вследствие происшедшего расширения
оп охлаждается градусов на 50, т.-е. до—30°, этот холодный воздух идет
из сосуда Т по широкой трубке F и охлаждает встречный ток воздуха, иду-
щий по узкой трубке DC так, что следующий раз в Т расширяется воздух,
уже охлажденный ниже 0°, и температура достигает до — 50—60°, следую-
щий раз будет уже —100° и ниже, потом еще ниже и вскоре достигает
температуры ниже —180°, при которой воздух, под давлением 20 атмосфер,
уже сжижается. Воздух из широкой трубки F постоянно засасывается на-
9
Каблуков, Неорганическая химия,
130
Физические свойства воздуха
§ 120
сосом Ст и поступает через Н в резервуар W. Кран А приводит свежий воз-
дух к .насосу.
В машине Линде уже через пять минут после начала работы по-
лучается жидкий воздух. Он может быть выпущен из сосуда Т через кран V.
Полученный таким способом жидкий воздух представляет мутную
от частиц твердой углекислоты, воды и др. примесей жидкость. Отфильтро-
вав ее через бумажный фильтр, получают прозрачную жидкость, которую
сохраняют в стеклянных сосудах с двойными, внутри высеребренными
стенками, пространство между которыми лпшено воздуха. Ее можно свободно
переливать прн обыкновенной температуре: первые порции попадая в сосуд,
быстро испаряются и этим i к чнуж-ы г сосу [, что последующие порции
сохраняются совершенно спокойно: он испаряется медленно,—так 12 литров
воздуха испаряются при обыкновенной температуре не менее чем в 8—10 ча-
сов. Жидкий воздух, помещенный в жидкий водород, застывает в твердое тело.
Уд. вес яшдкого воздуха 0,87—0,90.
Следующая таблица показывает изменение уд. в. жидкого воздуха в за-
висимости от его состава:
Уд. вес* Содержание кислорода.
0,995 53,83%
1,029 64,20%
1,112 93.60°',
L..th медленно испарять жидкий воздух, то сперва будет улетучиваться
Ряс* 65*
или? кипящий азот (г. к. — 194е), затем apron
(т. к. — 1 -7J, и жидкость будет все более и более
, Л •гоп?..;вся кислородом, кипящим при — 182°.
На этом основан предложенный Лпидс
способ получения кислорода прямо из воздуха.
С этой целью аппарат несколько видоизменен
(рис. 65). Сжатый воздух идет по двум трубкам
с и й, которые опять соединяются в Ъ, затем прохо-
дит по спирали S, расположенном в широком сосуде,
и, проходя через край 11!, поступает г тот же сосуд,
где часть его (проймут нвеп по ьислпрол) сгуща-
ется, другая же часы. (главным образом азот)
идет по внешней трубке N для охлаждения па
встречу идущему по тонкой спирали в оз. л ху и вы-
ходит через отверстие п. Находящийся в широком ,
сосуде жидкий воздух, нагреваясь от проходящего
по стара ли S сжатого воздуха, частью испаряется,
при чем испаряется преимущественно азот. С по-
мощью винта г2 можно понижать уровень жидкости
и таким образом, регулируя всегда приток тепла
от спирали S, получать более или менее чистый кислород. Выпущенный
через кран гг жидкий кислород проходит в широкую трубку О, где
Химический состав возд иа
131
Iстел и затем выпускается через отверстие о. Регулируя краны end,
достичь того, что из п и о будут выходить азот и кислород одина-
й температуры. В таком аппарате с помощью 1 лошадиной силы
1 час можно разделить 5 куб. метров воздуха.
Кроме машины Линде, в настоящее время существуют машины
других систем, основанные на том же принципе. Проф. Ольшевский
Кракове) построил очень простои аппарат, позволяющий на лекции
демонстрировать сгущение воздуха.
§ 121. Химический состав воздуха, Цо своему составу воздух довольно
постоянен, Анализ его, произведенный Д юыа и Бу ссеяго, а также
другими химиками в различных местах, показал, что 100 в. частей воздуха,
лишенного водяных паров и угольной кислоты, содержат 23 в. ч. кислорода
и 77 в. ч. азота, или в 100 объемах воздуха содержится 21 объем кислорода
и 79 объемов азота. Числа эти должны быть исправлены, ибо то, что счи-
талось этими пссл' гват-лчми за азот, представляет собой смесь азота
и аргона» нового газа» открытого Рале ем в Рамзаем в 1894 г.
(об аргоне см. ниже, § 129). Количество аргона в азоте около 1%. Если при-
нять во вппмание с» л»-рж; ь аргона в воздухе, состав последнего, по иссле-
дованиям Ледюка, будет следующий: в 100 объем хвоздуха содержится
78,06 об. азота, 21,00 об. кислорода и 0,94 об, ч. аргона. По весу: 75,5 азота,
23,2 кислорода и 1,3 аргона х).
При весовом анализе воздуха, пропустив его через ряд трубок с едкой
известью, серной кислотой, фосфорным ангидридом и т. п, для очищения
от углекислоты и влаги, затем через трубку с накаленной медью, вчускают
О В аргоне содержатся пришей других газов: криптона, ксенона и др. (см. далее § 130).
Кроме того в воздухе находится всегда в очень незначительном количестве водород. В настоящее
время принимают, что чистый и сухой атмосферный воздух имеет следующий состав:
Азот.............78,03% по объему.
Кислород.........20,99% » »
Apron........ . .
Гелл й...........U.’
Криптон..........0.’ и <Н • u
Неси............. О,1. i“ % » »
Водород.......... 0,61% » >
Ксенон........... 0,00lool% » т
Состав воздуха изменяется с высотой над уровнем моря. В верхних слоях состав атмосферы
по теоретическим соображениям до последнего времени предполагался следующий (в о&ьемтЕых
процентах):
BlHMpTh ИЛД УР 1ШСМ мо- Л и к гем | Азот. Кислород. \ ruJ । iVrj- гмшй! i-ш идртдJ Водород. Гелий.
0 78,0 ; 21.0 0,94 (V 33 0,010 0,00015
10 81,2 ! 18,2 I о,.ж ' ,f b 0,635 O/'Ol
60 79,2 I 7,0 i 6. .3 i’A-l 0 13,615 0,126
1С0 ОД 1 0,0 ; 1 0 J J uXK o 99,448 0,453
Таким образом, мы видим, что более тяжелые га: и о сеются в гпжпих слоях атмосферы,
в верхних же собираются более легкие газы: водород и гелий. Но было бы ошибочно думать,
что тга и ы соте 100 километров вод среда и гелия бо/.ее, чем в б ляс и земной поверхности: хм я там
находится лочгп чистый водород,.но он в высшей сгепеин разведен, В 1 куб. метре в ьижннх
слоях нах ?дтгея 0,008988 гр, водорода, на высоте жо 100 километров 0,0009 грам.
Ш
Значение аз^та и кислорода в воздухе
§ 122
во взвешенный пустой стеклянный, баллон (вместимостью 15—20 литров).
Накаленной медью поглощается весь кислород, и потому, взвесив трубку
с медью до и после опыта, узнают вес кислорода воздуха, а увеличение
в весе баллона покажет количество азота.
Объемный анализ воздуха можно произвести двумя способами:
1. В данный объем воздуха вводят тела, поглощающие кислород,
напр,, фосфор, и затем измеряют оставшийся объем азота..
2. В эвдиометр (рис. 66) вводят определенный объем воздуха (V)
и водорода (Vi). Нижняя часть эвдиометра занята ртутью, которую можно
... i; или приливать или убавлять через нижний
)'% кран так, чтобы в обоих колонах ртуть была
? на одном уровне. Водорода вводится столько,
чтобы его с избытком достало на соединение
с кислородом воздуха. Пропускают через
платиновые проволоки искру, отчего проис-
ходит соединение водорода с кислородом
(вода), и измеряют оставшийся после взрыва
объем газа—V2.
До взрыва, объема газа ... V 4- V}
После взрыва............ V2
Объем соединившихся газов (V + Vt) — V2.
Так как при образовании воды 2 объема
_. " водорода соединяются с 1 объемом кислорода,
то треть объема соединившихся газов прихо-
” у ’ • дится на долю кислорода.
„ Состав воздуха, растворенного в воде,
по относительному содержанию кислорода и
азота, будет иной: Бунзен нашел, что выделенный из воды воздух
содержит при 0° кислорода 36,82%, а азота 65,18%. Следовательно,
воздух,- растворенный в воде, богаче кислородом. Причина этого заклю-
чается в законе парциального давления (§28, стр. 33),
которому подчиняется растворение смеси газов в жидкостях: по этому
закону каждым газ в смеси растворяется так, как бы он растворялся в том
случае, если бы один занимал объем, занятый смесью газов. 100 объемов
воды растворяют при 0° и 760 mm. давления 2,5 объема воздуха, при чем
кислород (коэффициент растворимости коего равен 0,0482), растворяясь
под давлением 1/5 атмосферного давления, будет составлять х/5. 4.82 или
0,96 объема, а азот (коэф, раств. его равен 0,0234) растворяющийся под
давлением 4/& атмосферного давления, будет занимать 4/5. 2,34 или
1,87 объема. Отношения между этими объемами близки к отношению,
найденному Бунзеном опытным путем.
§ 122. Значение азота и кислорода в воздухе ясно: кислород поддержи-
вает все многочисленные процессы горения и дыхания, совершающиеся
в природе.
§ 123
Окисъ азота
133
Благодаря этим процессам освобождается химическая энергия, скры-
тая в горючих материалах (угле, дереве и т. и.). Во время процесса дыхания
кислород воздуха вносится в тело животных организмов и, соединяясь
с ним, выделяет тепло на счет той химической энергии, которая скрыта
в нем и в элементах тела (углероде, водороде и др.): кислород воздуха
является таким образом носите л см эиертл и.
Азот необходим для того, чтобы умерять энергичное действие кисло-
рода на тела. Кроме того азот доставляет необходимые питательные веще-
ства для растений: он может быть прямо усвояем некоторыми растениями
(принадлежащими к сем. мотыльковых) при помощи низших организмов,
другие же растения, неспособные усваивать азот в свободном состоянии,
питаются теми азотистыми соединениями (главным образом солями азотной
кислоты), которые они встречают в почве. Под влиянием электрических
искр азот моя т соединяться с ] нслор .г . давая ряд окпелов, поэтому
во время гроз и других электрических разрядов, совершающихся в воздухе,
могут образоваться азотный и азотистый ангидрид, которые, будучи вымы-
ваемы дождями из воздуха, попадают в почву. Лз г ’ :духа служит, сле-
довательно, источником материала, из коего строится тело растений (а чрез
них и животных).
§ 123. Вопрос об утилизации азота воздуха в целях удобрения полей
в ХХ-ом столетии получил практическое разрешение.
Электрическая искра, под влиянием которой происходит окисление
или сгорание азота, действует, как источник высокой температуры.
Пернет показал, что не только при действии электрической искры, но и
вообще высокой температуры (1000° и выше), азот в присутствии кисло-
рода переходит в окись азота. Высокая температура ослабляет связь между
атомами, входящими в состав молекул азота и кислорода, последние
распадаются на отдельные атомы, которые соединяются друг с другом и
образуют окись азота:
N2+O2=2NO.
Как большинство реакций в газообразной среде, образование окиси
азота ограничено пределом, т.-е. не вся смесь кислорода и азота, взятых
в равных объемах, может превратиться в окись азота (как следовало бы
по вышеприведенному уравнению), но при данных условиях температуры,
давления и пр. реакция останавливается, когда содержание окнен азота
достигнет известных величин. Это происходит от того, что окись азота
способна распадаться на кислород и азот:
2NO-Na+O2.
Предел наступает тогда, когда в единицу времени образуется столько
же молекул, сколько распадается.
134 Окисъ азота. § 123
Предел образования окиси азота повышается с температурой, как
это видно ив следующей таблицы, составленной на основании опытов Н е р н-
ста:
Температура по абсолют-
ной шкале (т*-е. к граду-
сам ко термометру Цель-
сия прибавлено 273е).
1.811°
2,038°
2.195"
Зг2(н। '
Процент
(в объемах)
окиси азота.
о,з?%
0,64%
0.97%
6.0%
Бремя, в которое эти пределы достигаются, тем короче, чем выше
температура. Следующие числа показывают, в течение какою времени
достигается предел образования окиси азота:
при 1600° в .11/* суток, при 2500° .... 0,01 секунды.
» 2100° » б секунд. » 2900° . . 0,000035 »
отсюда видно, что высокой температура оказывается вдвойне выгод-
ной: во-первых, она повышает процент образующейся окиси азота, а, во-
вторых, превращение в окись азота происходит быстрее.
Образование окиси авота при ’ й ” ар уре сопровождается
ее распадением на азот и кислород во время периода охлаждения. Вслед-
ствие этого, если резки образования окиси азота произошла при темпе-
ратуре в 3,200° и достигла соответствующего предела, т.-е. содержание
NO возросло до 5% (по объему) и затем смесь медленно охлаждают до
2,200°, то равновесие устанавливается при этой температуре, т.-е. процент
окиси понижается до 1% (см. выше Таблицу). Продолжая это охлаждение
до 1000°. теряют .80% того, что было добыто при 3,200°.
Если образование окиси азота происходит быстрее при высокой тем-
пературе, то и обратное распадение совершается тем скорее, чем выше
температура, иными словами, наиболее опасной для существования окиси
азота является температура, которая лежит наиболее близко к температуре
ес образования. Чем ниже температура, тем окись азота более стойка.
Отсюда прямой вывод: необходимо как можно быстрее охлаждать газы,
которые были нагреты до температуры вольтовой дуги, для того, чтобы
уменьшить возможность распадения образовавшейся окиси азота.
Итак, на основании лабораторных исследований можно вывести сле-
дующие наиболее выгодные условия для образования окнеи азота:
1. Смесь кислорода и азота должна быть нагрета до возможно высо-
кой температуры.
2. Газы, доведенные до высокой температуры, должны быть
охлаждены как можно быстрее.
Эти условия и выполняются при способе Биркеланда и Эйде,
который состоит в том, что получают электрические искры (при напряже-
нии тока в 3000 вольт и более) в магнитном поле. Получаемая при этом
124 Углекщлота в воздухе. 135
окись азота, соединяясь затем с кислородом, превращается в азотноватую
окись (NO г), а последняя под действием воды превращается в азотную
и азотистую кислоты:
2NOa + Н2О = HNO3 + HNO,.
Нейтрализуя эти кислоты известью, колупают смесь азотнокислого
Ca(NO3)a и азотистокислого кальция Ca(No.>)2, которая, как показали
опыты, прямо может служить для удобрения полей, В Норвегии устроено
в настоящее время несколько заводов, добывающих азотную кислоту по
этому способу. Небольшой завод, который работал со 2-го мая 1905 г.,
произвел за год 44 530 пуд. (730.000 кплогр.) азотной кислоты.
Кроме печей Биркеланда и Эйде, было предложено много,
печей различных изобретателей, как-то; Шснхерра, Пау ли вта,
Мо с цицкого и мн. др, Из русских ученых А. И. Г о р б о в и В. Ф.
Мнцкевпч построили шль, в которой, как показали опыты на Сестро-
рецком ружейном заводе, выход окислов азота не ниже, а процент окиси
азота в выходящих из п.чл газах выпь. тех, прп которых работают в Нор-
вегии и других странах.
В настоящее время (1923 г.) вопрос о техническом получении азот-
ной кислоты из воздуха получил иное направление: как выше было пока-
зано (см. § 101), при пропускании смесп воздуха и аммиака над нагретой
платиной получается азотная кислота. Этот способ в последнее время тех-
нически разработан, и не только в Германии, но и в России. В Донецком
бассейне был построен завод для добывания азотной кислоты окислением
аммиака, который может быть получен синтетически из азота воздуха
(см. §§ 100 и 152).
О кальцийцианамиде см. далее § 152.
§ 124. Кроме азота и кислорода в воздухе постоянно находится
угольная кислота (о свойствах, и? см. дал<.--, § 162), получающаяся
при процессах горения и гниения органических в> пщств,-а также при ды-
хании животных и растений (см. далее, § 128).
Количество угольной кислоты в воздухе может быть очень разнооб-
разно: в воздухе полей оно колеблется около 3 ч. па 10.000 объемов воздуха
(днем 2,9, ночью 3,2). Воздух городов содержит угольной кислоты около
0,04%.
В жилых помещениях, особенно, где скопляется много народа, при
плохой вентиляции, количество угольной кислоты может значительно
возрастать. Когда количество се возрастает до 1%, то дыхание становится
затруднительным, горение свечей сопровождается большою копотью. Обык-
новенно количество угольной кислоты в жилых помещениях не превышает
0,5%. Для того, чтобы воздух помещений не обогащался угольной кисло-
той, прибегают к вентиляции, т.-е. доставлению тем или иным спо-
собом свежего воздуха.
Количество угольной кислоты, несмотря на то, что она постоянно
доставляется животными и. различными процессами горения, гниение
136 Водяные пары. Пыль. §§ 125—127
ит, п., остается довольно постоянным, потому что в природе же существует
процесс разрушения угольной кислоты и выделения из нее кислорода:
поступая в листья растений, угольная кислота распадается в них, при
содействии солнечных лучей, на углерод, который идет на
созидание тела растения, и кислород, выделяющийся в
воздух,
§ 12 5, Что касается до водяных паров, то количество их
в воздухе зависит от самых разнообразных условий: от географического
положения местности. от ее высоты, пт времени года, дня, от температуры
и др. усл. Условия, от которых зависит влажность воздуха, а также влия-
ние ее на погоду, подробно рассматриваются в метеорологии. Количество
водяных паров в воздухе определяют, пропуская определенный объем
воздуха через взвешенную трубочку с хлористым кальцием. Привес тру-
бочки после опыта, происходящий вследствие поглощения хлористым
кальцием влаги, показывает содержание ее в том объеме воздуха, который
был протянут через трубку.
§ 126. Кроме главных составных частей воздуха: азота, кислорода,
углекислого газа, аргона, и водяных паров, в нем находится аммиак, азот-
ная кислота, перекись водорода, озон и т. п. вещества.
На присутствие этих веществ указывает анализ дождевых вод, кото-
рые, проходя через воздух, увлек лот пз него находящиеся в нем тела.
§ 127. Кроме газообразных тел в воздухе постоянно носятся различ-
ные твердые тела в виде пыли. В состав пыли входят: 1) минеральные части,
как-то: азотнокислый п аз отпетокислый аммонии, поваренная соль, серно-
кислый патрпй, гипс, кремнезем, фосфорнокальциевая соль, железо, окись
железа и т. п. п 2) различные органические п организованные тела (различ-
ные микроорганизмы, бактерии, зародыши микроскопических животных
и растений).
Присутствие микроорганизмов и их зародышей в воздухе имеет гро-
мадное значение для многих явлений жизни на земле.
Только во второй половине XIX столетия, благодаря замечательным
трудам Пастора, выяснилась громадная роль пыли в воздухе.
Его работы указали, что в пыли находятся зародыши различных
микроорганизмов, которые могут вызывать процесс гниения и брожения.
При пропускании воздуха через трубку с пробкой из фотоксилица или
коллодионной ваты (по виду совершенно схожей с обыкновенной ватой)
Пастеру удалось собрать более легкие частички пыли, носящиеся
в воздухе, после того как более тяжелые осели. Когда накопилось порядоч-
ное количество пыли, он, растворив коллодионную вату в смеси спирта
и эфира, с помощью микроскопа исследовал выловленную из воздуха пыль.
Оказалось, что она состоит из огромного, но меняющегося, количества
органических спор и зародышей.
Дальнейшие исследования показали, что зародыши этих микроорга-
низмов, попадая в различные жидкости, способные подвергаться гниению
или брожению, находят в них благоприятную для своего развития среду
§ 127 ' Значение пыли в воздухе. 137
н своей жизнедеятельностью вызывают все разнообразные виды брожения
л гниения, встречающиеся в природе; процессы же- эти имеют громадное
значение для всех растительных и животных организмов на земле: мертвые
организмы, подвергаясь гнпештю. доставляют вещества, необходимые для
питания растений; гниение и брожение представляют средства, которыми
располагает природа для уничтожения отбросов животной и растительной
жизни и для превращения пх вновь в такое состояние, в котором раститель-
ные организмы могут их принимать вновь и созидать из них ткани. Отсюда
ясно, какое громадное значение имеют в ряду других живых существ ми-
кроорганизмы, находящиеся в пыли. Без них исчезла бы жизнь с земной
поверхности, ибо нетлеющие в отсутствии микроорганизмов мертвые ор-
ганизмы (как животные, так и растительные) задушили бы все живое,
жизнь сделалась бы невозможной, так как был бы уничтожен источник
питания.
В воздухе носятся не только подобные микроорганизмы, но и такие,
которые, попадая в <.ргая1 м жилетных. мету’ вызывать в них различные
болезни; известно, что так называемые заразные болезни: холера, тиф
и т. д., вызываются особыми микроорганизмами, развивающимися в крови
больных людей.
Количество микроорганизмов в воздухе громадно’, оно зависит от
различных условий: от времени года, периода суток, положения местности
и т. под. Наблюдения, произведенные в окрестностях Парижа, указывают,
что число бактерий в воздухе колеблется очень значительно: напр., в
1 куб. метре воздуха оно равняется зимой — 433, весной — 633, летом—825,
осенью — 1083.
В жилых помещениях их больше, а дальше от жилых мест — меньше.
Б воздухе одной из улиц Парижа в куб. метре микроорганизмов насчитано
3480, в воздухе новых домов — 4500, старых — 3.6000, госпиталей —79000.
После дождя воздух чище, ибо дож гь, проходя ч>»рез воздух, увлекает
с собой бактерии.
После грозы воздух очищается от содержащихся в нем пыли и копоти
л становится прозрачным: английский метеоролог Аткинс нашел, что при
обыкновенных условиях в каждом куб. сайт, воздуха содержится от
15000—20000 микроскопических твердых частиц, уменьшающихся после
грозы до 500 и мопсе. По мнению Аткинса,; наблюдаемое после грозы охла-
ждение воздуха должно приписать лучеиспусканию земли, дающему себя
чувствовать тем сильнее, чем прозрачнее и чище воздух.
Для того, чтобы воздух, в котором находятся зародыши заразных
микроорганизмов, обезвредить, очевидно, нужно уничтожить эти зародыши.
Это достигается дезинфекцией, которая заключается в том, что
в воздух вводят такие вещества (напр,, хлор, сернистый газ), которые
действуют смертоносно на микроорганизмы.
Далее из этого краткого очерка значения составных частей, воздуха
можно видеть, насколько близки к истине слова Либиха, приведенные
выше (см. § 119). .
138 Вентиляция воздуха. § 128
§ 128. Состав воздуха постепенно изменяется в каждом данном месте
вследствие процессов дыхания и горения, в нем совершающихся, но бла-
годаря диффузии эти изменения постоянно уравниваются, так что анализы
воздуха, произведенные в самых различных частях, привели в общем к
одним и тем же результатам. Воздух же в закрытых помещшшях, если
там будет скучено большое количество людей и животных, может сильно
измениться, и потому он должен постоянно сменяться.
В каждый час взрослый человек выдыхает 20 литр . (около 40 тр.)
углекислоты, а при работе до 35 Л1 п в. а известно, что 6 ч.н-т ц углекислоты
на 10000 считается пределом возможного соде.ржанпя углекислоты, поэ-
тому, чтобы воздух комнаты годился для дыхапця, нужно в каждые 10
час. получить по крайней мере 500—600 куб. метров, или же 50—60 куб.
метров в час. Для того, чтобы происходила эта смена воздуха, устраи-
вается вентиляция, Прп устройстве вентиляции надо обращать
внимание на следующие условия: 1) входящий воздух должен быть чистый;
2) воздух должен входить настолько медленно, чтобы этого не было заметно,
а то могут образоваться сквозняки и холод; з) воздух из помещения
должен быть удален с возможной скоростью.
Не входя в описание различных систем вентиляций, укажем, что
при отоплении так называемыми голландскими печами во время топки их
происходит очень хорошая смена испорченного комнатного воздуха на
свежий, проникающий чрез сы ны Дания. Ложно показать следующим
опытом, что каменные степы (а также деревянные) домов проницаемы для
воздуха: устраивают кпрпичную стену 82 сайт, длиной, 40 с. высотой и
23 с; толщиною;' по обеим сторонам стены (рис. 67) находятся углубления
Рис. 67.
В, соответствующие по своей глубине железной доске С с отверстием по-
средине п трубкой с.
С обеих сторон к стене прикладываются доски С и укрепляются же-
лезными клеммами а'_ и bb'. Затем вся стена покрывается слоем асфальта,
непроницаемым для воздуха. Если надеть одну каучуковую трубку на трубку
с, а другую на трубку с' и затем дуть в первую, то можно видеть, как из
§ 129
Аргон и его спутники
139
второй будет выходить воздух, если конец каучуковой трубки погрузить
в воду. Можно даже задуть через стену зажженную свечу.
Благодаря проницаемости степ происходит постоянная смена воздуха,
так как даже незначительная разница между температурой комнаты и на-
ружной вызывает значительную диффузию воздуха через стены.
Аргон Аг -39,9
Т. кип.—187° (760 мм.). Т. влавл.—190°. 1 литр аргона весит 1,78 гр. при 0°и760 мм.
В 100 объемах воды растворяется 6,8 объема газа при (У и 760 мм. даыюппя.
§ 129. До 1894 года то, что оставалось от воздуха после удаления
из него пыли, водяных паров, угольного ангидрида и кислорода, принима-
лось за азот, но в этом году лорд Ра л ей и Вильям Рамзай
показали, что в таким азоте заключается дотоле неведомый газ, который
назвали аргинин (от греч. сл. ардб* — недеятельный).
На открытие ар > ia на! о их то ч. ) азот, получае-
мый из воздуха, н азот, полу мкй . у inn некоторых азотистых
соединений, напр., окиси азота NO. закиси азота N,O, азотистокислого
аммония, NH4NOa отличаются между собою по своему удельному весу:
1 литр азота из воздуха в’ссит при 0° и 7GO мм. рт. ст. 1,2572 гр.
1 литр азота из NO,N2O и т. под. весит при 0° и 760 мм. 1,2505 гр.
Исследование причины этого различия показало, что к азоту, полу-
чаемому из воздуха, всегда находится подмешанным газ, в РД Раза более
тяжелый, чем азот, и еще более недеятельный.
Получение аргона из воздуха производят следующим образом:
Рнс. 68 представляет расположение приборов: воздух сперва прохо-
дит через склянки с едким калием (к), где он освобождается от углекислоты,
Рис. 68.
затем через трубку с натронной известью (t), промывную склянку с серной
кислотой (з), трубку (р) с фосфорным ангидридом, и поступает в накали-
140
Аргон и его спутники
§ 129
ваемуго на лечи железную трубку (V), пало лисиную магнием, где происхо-
дит соединение магния с кислородом и азотом. Так как при первом про-
пускании весь азот не может поглотиться магнием, то, вытягивая с помощью
особого ртутного насоса (g) газ нз трубки V, его проводят в баллон (Ь),
откуда вновь заставляют пройти через трубку V, повторяя эту операцию
несколько раз, очищают аргон от азота, при чем для того, чтобы отнять
последние следы азота, газ пропускают через накаленную железную трубку
(1), наполненную литием, который соединяется с азотом.
О чистоте аргона судит, пропуская в трубке (f) электрические искры
через газ и наблюдая спектр: отсутствье линий азота укажет на чистоту
аргона.
Впоследствии оказалось, что вме’сто магния лучше брать смесь магния
с натронной известью, так как при накаливании этой смеси получается
металлический кальций, жадно соединяющийся с азотом.
Другой способ получения заключается в. пропускании электрической
искры через смесь азота (полученного из воздуха) и кислорода, в присут-
ствии щелочи.
При этом азот с кислородом, соединяясь под влиянием электрических
искр, образуют окислы, поглощаемые раствором щелочи. Работая в тече-
ние нескольких (более 10) дней, можно весь азот превратить в кислород-
ные соедпп''ппя и затем освободить аргон от п-и'мтка I :с.~'р.1да.
Физические свойства аргона. Удельный вес аргона по отношению
к водороду D = ]ч,85 (Р лей п Р а м з а й). Отсюда его молекуляр-
ный вое (вычис.ь пнын по формуле М = 2D) должен быть близок к 40 (т.-е.
прнб.-шзнк-льно в х1/^ раза более молекулярного веса азота: N2 =28).
Эго обстоятельство позволило некоторым высказать предположение, что
аргон находится к азоту в таком же отношении, в каком озон по отношению
к кислороду, т.-е. что частица аргона состоит из трех атомов азота, но это
объяснение не нашло себе подтверждения в определении отношения тепло-
емкостей аргона при постоянном давлении н постоянном объеме. Это от-
ношение для аргона (К) равно 1,65 (по опытам Р а л е я и Р а м з а я),
т.-е. близко к отношению 1,66, наблюдаемому для паров ртути, частица
которой состоит из одного атома, а следовательно, частица аргона тоже
состоит нз одного атома.
Критическая температура аргона—121°. Точка кипения его под
давлением одной атмосферы — 187°, а точка плавления — 189,6°. Удель-
ный вес жидкого аргона при —187° близок к 1,5.
Для аргона является очень характерным его спектр, по которому
его можно отличать от других газов.
Аргон растворяется в воде в 11/2 раза более, чем азот: 100 объемов
воды растворяют при 12° 3,94 объема аргона. Азот, получаемый из воры,
более содержит аргона, чем азот из воздуха.
Что касается до химических соединений аргона, то до сих пор ни одно
из них не получено, ибо, несмотря на многочисленные попытки заставить
аргон соединиться с другими элементами, это не удалось. Только Б е р т л о
КО-131
удалось заставить аргон притти в соединение с бензолом и сероуглеродом
под действием тихого разряда электричества. Соединение с углеродом,
получается в виде маслянистых капель. При нагревании этого соединения
вповь получился из него аргон со всеми свойствами.
.Аргон был найден также в некоторых минералах, наир., клевеите,,
вместе с одним вновь открытым элементом, гелием. Кроме того его нашли
вместе с гелием во многих минеральных водах в области Пиренеев.
§ 130. Как показали исследования Рамзая и Морис Тра-
верса, в аргоне находится примесь новых газов, доказать присутствие
коих удалось при осторожном испарении больших количеств жидкого
воздуха: в остатке после испарения азота, кислорода, кроме аргона оказа-
лось еще несколько газообразных тел, из коих один с уд. в. (по отношению
к водороду) 41, был назван Рамзаем криптоном, а другой с уд. в.
64 — ксеноном. Кроме того был выделен н е о н — газ, более легкий,,
чем аргон, с уд. в. ок. 10 (см. далее § 177).
Газы эта находятся в ничтожно-малых количествах в воздухе: в 100
частях воздуха (по -б ‘му) содержитая: арг " . 0.93236. шона 0,00181,
гелия 0,00054, криптона 0,0000049. к( там 0.00000059. '-Можно с уверен-
ностью сказать, что ксенона в воздухе менее, чем золота в морской воде»
(Рамзай).
Все эти исследования показывают, что мы далеки от полного знаком-
ства с составом воздуха. Какую роль играет аргон и все вновь открытые
газы в жпзни земли — нам неизвестно.
Гелий Не.
Т. кип,—268,5 (4,5 абс.). 1 литр при 0 и 760 мм. весит 0,18 граи.
§ 131. К числу составных частей воздуха надо причислить гели й?
самый легкий после водоро : газ. присутствие которого на солнце было ука’
за но на основании спектральных исследований Л о кие ром еще-в
1868 г., а на земле он был найден в 1^95 п ду Р а м з а е м, при исследо-
вании газов, выделяющихся при обработке минерала клевеита, В атмо-
сфере гелий находится в очепь незначительных количествах: 1 объем гелия
содержится в 185.000 об. воздуха. Он был найден в газах некоторых мине-
ральных источников (напр., в Кодере, в Испании). Из минералов он на-
ходится в клевеите, эвксените, монаците и фергузоннте.
Для получения его из клевеита, последний, предварительно измель-
чив, нагревают для выделения воды, углекислоты и других газов, которые
удерживаются менее сильно, чем гелий. Затем минерал смешивают с рав-
ным по весу количеством сплавленного и измельченного дв у хромокисл ого
калия и осторожно нагревают смесь в пробирке b (рис. 69) из тугоплавкого
стекла, при чем. выделяется гелий, который проходит через трубку (пр),
наполненную натронной известью и фосфорным ангидридом, через кран
h п Н в трубку f и далее в плюкксровскую (или Гейслеров у) трубку, про-
143
1 'елий
§ 131а
ходя еще рая через осушительную трубку (ар). Последняя наполнена,
кроме фосфорного ангидрида, еще листочками золота для удержания ртут-
ных паров, могущих попадать из ртутного насоса. Перед нагреванием
Ряс. 69.
пробирки Ъ выкачивают, насколько возможно, воздух из всего аппарата,
о степени разрежения судят по катодному свету в плюккеровской трубке
от пропускания электричества. Как только выделяется гелий и попадает
в трубку р], спектр изменяется: в нем появляется характерная для гелия
желтая п другие линии. Удельный вес гелия по отношению к водороду 2;
отсюда молекулярный вес = 4. В 1908 г. К а м м е р л и и г О н с с у
удалось сгустить гелий прп охлаждении с помощью жпдкого водорода п
последующего расширения до — 268°.5 (или 4°,5 по абсолютной шкале).
Жидкий гелий бесцветен. Плотное и, его 0,154.
§ 131а. Тохни ческпе применения гелия. Кп: из-
вестно (см. далее радиоактивные вещества), гелий является продуктом
распада радиоактивных тел, испускающих «-частицы: в 1909 г. Рупор-
форд показал, что «-частица, теряя свой заряд положительного электри-
чества, переходит в гелий.
Нахождение гелия й минералах, содержащих уран, торпй и радий,
таким обр зом, легко может быть объяснено: гелий, являясь продуктом
распада ради активных элементов, выбрасывающих а-частпцы, скопляется
в минералах, содержащих зти элементы.
Французский ученый Мурэ, исследуя горячие источники во Фран-
ции, нашел в них большое количество гелия: газы, выделенные из нс-
§ 132
Фосфор и его соединения
из
которых источников, содержали от 8,40% до 10,10% гелия; таким
образом, эти источники выделяют громадное количество гелия от 6182
до 34000 литров ежегодно. Мурэ высказал предположение, что гелий
источников может быть двоякого происхождения: молодой и старый
(ископаемый); первый попадает в воду тотчас же по своем образовании
из а-частиц, второй же образовавшись в би.р •' ранние времена, пред-
варительно скопляется в недрах земли. По мнению Мурэ, Гглий изучен-
ных им источников является главным образом ископаемым.
Исследования природного газа, выделяющегося в значительных
количествах из земли в Северной Америке (в штатах: Канзас,-Иллинойс,
Огайо, Пенсильвания, Нью-Йорк, и др.), показали, что в них содержится
от 0,1%, до 1,5% гелия. Природный газ, состоящий главным образом
пзуглеводородов, давно применяется для промышленных целей: он слу-
жит не только для уличного освещения, во п для топки котлов и дви-
гателей. В настоящее время (1923 г.) в штате Техас построены три за-
вода, на которых из Природных Iau-’В В11ДС.Т.' ЮГ Г1 шй: для этого их
охлаждают по сч>.-г- / Линде, : чем они пере?: " в :„гд:. > состоя-
ние, а гелий остается в газообразном виде: таким способ м в 1920 г.
было добыто ок. 2300G00 ко. фут. газа, с р;ш ш гл 93° 0— 95% г.шя,
а в 1922 г. тот же завод вырабатывал в 1 день 15000 куб. ф. (в среднем)
таза с 93%—95% гелия. Опыты, произведенные в Криогенной лабора-
тории в Вашингтоне показали, что применяя при низких температурах
уголь, который поглощает гаЗы, можно получить 100%-ный гелий.
Полученный таким способом гелий служит для наполнения дири-
жаблей (управляемых аэростатов). Применение гелия вместо водорода
для этих целей устраняет всякую опасность взрывов от пожара, кото-
рые случаются с дирижаблями, наполненными водородом.
Фосфор Ph = 31,04.
Мол. вес Р4=123,2. Уд, в. 1..чЗ П;гг Г’. Уд. в. : .мт. крас. ф.=2,34.
)>'= 1,4; D = ;2.
§ 132. Фосфор встречается в природе в ? ф % pi. -кислых солей.
Наиболее важной из лих является фосфорнокальциевая со.ть, входящая
в состав фосфоритов (от 50 до 90% ф о с ф о р н о-пзвсстковой
соли), апатита (см. § 220) и к о ст ей животных.
Добывают фосфор из костяной золы. При обработке ее- серной
кислотой получается кислая фосфорнокислая известь
СаН4(РО4), и гипс
Са3(Р04)2 + 2H2S04 = 2CaSO4 + СаЩ(РО4)г.
Гипс оседает из раствора в виде белого осадка., а кислая фосфорнокислая
известь может быть выкристаллизована из раствора. Эту соль смешивают
с порошком угля и накаливают в особого рода ретортах. При этом сперва
кислая фосфорно-известковая соль выделяет воду:
СаН^РО^г = Са(РО3)2 + 2НаО,
144
Фосфор и его соединении
§ 133
а затем метафосфорнокислый к а л ь ц и й Са(Р03)а при
накаливании с углем разлагается по уравнению:
ЗСа(РО3)2 + ЮС = Р4 + ЮСО + Са3(РО4)2.
Получающийся фосфор превращается в пары, сгущающиеся под во-
дой, в peropte же остается опять средняя фосфорнокальциевая соль, так
что при таком способе получают только 1/3 фосфора, находящегося во взя-
той соли. Если же к смеси фосфорнокислой соли с углем прибавить песку,
то выделяется весь фосфор:
2Са3(РО4)а + 6SiO2 4- ЮС = 6CaSiO3 + ЮСО + Р4.
Рис. 70 изображает в разрезе печь с ретортами для добывания фос-
фора: под навесом f расположены-глиняные приемники, в которых соби-
рается под водой фосфор. Для очищения от примесей фосфор вторично
перегоняют из чугунных реторт и отливают затем сплавленный под водой
фосфор в куски.
§ 133. Фосфор известен во многих видоизменениях—ж е л т ы й или
обыкновенный, красный, металлический и черный
фосфор. Желтый фосфор — прозрачное тело, плавящееся при 44° и
кипящее при 290°. На воздухе он быстро окисляется и может загореться,
ввиду чего его сохраняют под водой. Он хорошо растворяется в серо-
углероде, плохо в спирте н а-; ре. Он о1 нь ядовит. Уд. в. 1,83.
Кр а с н ы й Ф о с Ф р получается в виде краснобурого порошка
при нагревании яслтого фосфора в закрытом сосуде при температуре между
250е — 300?. Скорость превращения с температурой увеличивается: при
300°—она незначительна, при 350° — опа настолько велика, что может
произойти взрыв. Присутствие некоторых веществ (катализаторов), наир.,
иода, даже в самых незначительных количествах, сильно понижает темпе-
ратуру превращения и увеличивает его- скорость. Такое же ускоряющее
действие оказывает свет; палочка желтого фосфора, хранящаяся под водою,
будучи подвержена действию света, постепенно покрывается коркой крас-
ного фосфора. Для получения красного фосфора его нагревают в закры-
том котле f (рис. 71), в котором вставлен фарфоровый сосуд g. Для того,
чтобы нагревание было более равномерное, котел окружают двумя котлами
b и а, и пространство между f, b й а заполняют песком. Прежде чем класть
фосфор в сосуд, его тщательно высушивают,,затем кладут в сосуд, закры-
вают отверстие m и начинают постепенно нагревать, прп чем воздух и влага
выходят через трубку i, кран к и через воду, помещенную в небольшом
котле j. Нагрев до 260° и продержав фосфор при этой температуре доста-
точно долгое время, закрывают кран и охлаждают, Полученный красный
фосфор не свободен от примеси желтого фосфора, от которого его освобо-
ждают, обрабатывая сероуглеродом.
Красный фосфор может сохраняться на воздухе не воспламеняясь;
в сероуглероде не растворяется. С кислородом соединяется только при
13} Фосфор и его соединения Но
возвышенной температуре. Уд. вес 2,14. Не ядовит. Он не плавится. При
нагревании выше 260° он переходит в пары, сгущающиеся в желтый
фосфор.
Рис. 70. Рис. 71.
Менее энергичное действие красного фосфора сравнительно с желтым
объясняется тем, что при переходе последнего в красный выделяется тепло:
Р (желтый) = Р (красный) + 19,2 б. кал.
М е т а л л и ноский фосфор получается при нагревании крас-
ного фосфора до 530’ в запаянной трубке, при ч< и в mi нее нагретую часть
трубки возгоняются мпкроск •'пппескпе пглыс металлическим блеском. Бо-
лее удобный способ получения м< т;:ллпчес1е.1г<. 1 1сф< ра состоит в сплавле-
нии фосфора со свинцом в зап.п _ : 'раб п;п полученного
сплава азотном кислотой остается ф-.-сф. .р ь-1 р [ мб>>;>дрич< <кнх кристал-
лов черно-фиолетового цвета с сильным металлическим блеском, уд. в. 2.84.
Кроме этих видоизменении американский ученый Бриджмен, под-
вергая желтый фосфор охлаждению и большому давлению, получил два
новых видоизменения фосфора: первое представляет видоизменение обык-
новенного желтого фосфора сточкой перехода — 76,9° при давлении
одной атмосферы. Второе видоизменение — черный фосфор, получается
из желтого фосфора, если после;тппй, поместив ого в керосин, подверг-
нуть давлению от 12000 до 13000 атмосф р прп 200°.
Черный фосфор отличается высоким уд. в. 2,691 и проводит
электричество, тогда как желтый и красный фосфор являются изол я-
торами. Сам собой на воздухе по воспламеняется. Если его нагре-
вать в запаянной трубке, то он испаряется, причем пары его, охлаж-
даясь около холодных стенок трубки, переходят в желтый и красным
фосфор.
Каблуков. Неорганическая химия, 1С;
1 46
Фосфор и его соединения
§ 134
Удельный вес лара фосфора по отношению к водороду D = 62, отсюда
молекулярный вес М 2D — 124, между том, на основании многих дан-
ных, атомный вес фосфора равен 31. Сопоставляя эти числа, приходят к
заключению, что частица фосфора состоит из 4-х атомов *).
§ 134. Окисляясь иа. воздухе, желтый фосфор светится. Этим можно
воспользоваться для открытия даже незначительных количеств фосфора.
С этой целью то тело, в котором подозревают присутствие фосфора, поме-
щают в колбу (рис. 72) с водой, которую нагревают до кипения. Пары
воды проводят через дважды согнутую трубку в холодильник. В случае,
если находится фосфор, то в месте а, где происходит сгущение паров
воды и фосфора, образуется светлое кольцо; опыт нужно производить
в темной комнате.
Замечательно, что свечей и о фосфора яс наблюдается
г чистом кислороде при атмосферном давлен и и.
Если уменьшить давление, то свечение начинается при определенном да-
влении, которое зависит от температуры: чем выше температура, тем да-
вление больше. Свечение фосфора на воздухе происходит от того, что пар-
циальное давление кислорода в воздухе ниже того давления, при котором
начинается свечение при обыкновенной температуре: ниже 7° свечение
в воздухе прекращается, ибо в чистом кислороде при — 7° оно возможно
только при давлении ниже г/5 атмосферного. Присутствие некоторых па-
ров, как-то: скипидара или спирта, препятствует свечению.
т) Пары, испускаемые красным фосфором, состоят из частиц такого ясе состава ?4; itoy-
щ пне же ско]) ости превращения желтого фосфора в красный (в растворе трех бромистого фосфора
РЬВт$) позволяет предполагать, что при этом переходе частица увеличивается вдвое, т.-е. если
частица желтого фосфора'в твердом (н.ти растворенном) состоянии состоит иэ 4-х атомов Р4. то
частица крсиогс—'из 8 атсмов: РД
135—137 Фосфор и его соединения 147
При медленном окислении на воздухе фосфора образуется озон
(см. выше §54, стр. 61), ври чем равные количества кислорода идут на оки-
сление фосфора и на образование озона.
§ 135. Па легкой воспламеняемости желтого фосфора основано его
применение при фабрикации серных спичек. Для этого спичечную палочку
сперва, окунают в расплавленную серу, затем слой серы покрывают слоем
желтого фосфора, который защищают лаком от влияния влажности и ки-
слорода воздуха. При трении фосфор воспламеняется и зажигает всю массу.
Шведские или так называемые безопасные спички приготовляют с
красным фосфором. Фосфор вместе с порошком из толченого стекла нано-
сят иа бумажку, наклейную по бокам коробки, а головку спички покрывают
.смесью из бертолетовой соли, перекиси свинца и сернистой сурьмы.
§ 136. Фосфор соединяется прямо п легко (с выделением тепла и света)
-не только с кислородом, но и с галоидами, серою и т. д., со многими метал-
лами он также соединяется. С натрием при сплавлении под нефтью фосфор
прямо дает Na 3Р. Цинк, поглощая пары фосфора, дает Zn3P2, олово — SnP,
медь — Си2Р и т. д.
§ 137. Фосфористый водород. С водородом фосфор дает три соеди-
нения: газообразный фосфористый водород РН3, жидкий
фосфористый водород РаН4 и твердый фосфористый
водород Р4Н2. Из них наиболее прочный — газообразный
РН3; он получается при действии соляной кислоты мда фосфористый каль-
ций, Са3Р2:
Са3Р2 -У 6НС1 = ЗСаС12 + 2РН3.
Это — бесцветный газ, с неприятным запахом гнилой рыбы. По сво'ему
составу он является аналогом аммиаку NH3 и, подобно последнему, спо-
собен соединяться с кислотами, наир., с НС1, HJ, при чем получаются
солеобразные тела:
РН3 + HJ = PH4J
Йодистый фосфонпй.
Группа РН4— известна под именем фосфония.
Подпетый фосфоний PH4J — соединение, аналогичное на-
шатырю, и подобно тому, как нашатырь служит для получения аммиака,
жодистый фосфоний служит для получения чистого, лишенного всякой
примеси, трехводородистого фосфора: йодистый фосфоний разлагают ра-
створом едкой щелочи. Реакция идет по уравнению:
PH4J 4- КОН = РН3 + KJ + Н20.
Трехводородистый фосфор плохо растворим в воде; будучи зажжен,
он горит, но сам собою не воспламеняется.
Обыкновенно получают трехводородистый фосфор другой реакцией,
именно, при действии раствора щелочи на фосфор по уравнению:
Р4 + ЭКОН + ЗН2О = 3 (КЩРОг) + РН3
Фосфорноватисто-
кашевая соль.
10*
1£8 Фосфор и его соединения § 137
Выделяется газообразный трсхводородистый фосфор, а в растворе
остается фосфорноватисто-калиевая соль.
Получающийся в данном случае газ сам воспламеняется на воздухе,
так как при этой реакции вместе с РН3 образуется еще небольшое коли-
чество самовоспламеняющегося жидкого фосфористого водорода Р2Н4, ко-
торый и зажигает газообразный трехводородпетын фосфор.
Для получения этим способом трехводородистого фосфора
составляют прибор, изображенный на рис. 73, Р> небольшую колбу (а)
вместимостью около 100 к. с. наливают раствор едкою кали (1 Dec. ч. ед-
кого кали на 2 вес. ч. воды) и кладут небольшие кусочки, всего около
3-—4 гр., обыкновенного желтого фосфора. Колбу у i, pi и лают в штативе на
асбестовой пластинке или на песчаной банке, так как реакция идет только
при нагревании, и в горло колбы вставляют пробку с газоотводной труб-
кой с, идущей в чашку с водой. Конец трубки загнут кверху.
Перед началом опыта необходимо вытеснить из колбы весь воздух.
Иначе может произойти взрыв, так как выделяющийся при реакции в не-
большом количестве жидкий фосфористый водород может воспламениться
в воздухе колбы и зажечь уже образовавшийся там трехводородистый
фосфор.
Для .вытеснения воздуха сверху раствора е-цюго кали наливают
небольшой слой эфира, который при начале нагревания быстро испаряется,
вытесняя воздух из колбы и трубки е.
Когда реакция между фосфором и едким к,тли начнется, из отвер-
стия газоотводной трубки, опущенной в чашку е. водой, выделяются пу-
зырьки газа, воспламеняющиеся на. воздухе; образуются белые, поднимаю-
щиеся кверху кольца фосфорной кислоты — продукта'горения трехводо-
родистого фосфора:
2РН3 + 4О2 = РгО5 -I- ЗН2О.
-Р2О5 + ЗН2О = ЗН3РО4
. фосфорный фосфорная
ангидрид. кислота.
f
Фосфористый водород РН3— газ, при 85° сгущающийся в жидкость,
затвердевающую при — 134°. Он действует как восстановитель: из раство-
ров азотносеребряцой соли (или сернокислой меди) он осаждает смесь
серебра с фосфористым серебром (или меди с фосфористой медью).
Жидкий фосфористый водород Р2Н4 (или PH а. РН2),
представляющий по своему составу' тело, аналогичное гидразину’ NH2. КН2,
получается при многих реакциях рядом с газообразным фосфористым водо-
родом.
Представляет бесцветную самовоспламеняющуюся жидкость, кипит
при 57°. От соприкосновения с некоторыми телами, а также под влиянием
кислот жидкий фосфористый водород разлагается на газообразный и твер-
дый:
6Р2Н4 = 6РН3 + Р4Н2.
§ 138
Фосфор и его соединения
149
Твердый фосфористый водород Р4На получается при действии креп-
кой соляной кислоты на фосфористый кальций СаР, при этом образуется
жидкий фосфористый водород:
2СаР -- 4HCI = 2СаС1г 4- Р,Н4,
который по вышеприведенному уравнению распадается на газообразный
Рис. 73.
и твердый фосфористый водород. Последний представляет желтый порошок,
загорающийся при 160° и от удара.
В природе фосфористый водород образуется при гниении органиче-
ских веществ, содержащих в своем составе фосфор.
§138. Фосфор соединяется с галоидами: хлором, бро-
мом и иодо м, с выделением тепла и света Внесенный в атмосферу
хлора фосфор загорается, при чем образуется трех хлористый фос-
фор, РС13:
Р 4- ЗС1 = РС13.
Он представляет прозрачную бесцветную жидкость, кипящую при
76°. При действии на нее воды получается хлористый водород и ф о с ф о-
р п стая к и с л о т а , Н3РО3;
РС1а + 3HSO = ЗНС1 4- Н,РО3.
О v
При пропускании хлора в треххдорпстый фосфор получается твердое
тело, п я т и х л о р и с т ы й фосфор, РС15.
РС13 4- С12 = РС16.
Это те io легко отделяет хлор и поэтому может служить для передачи
хлора, другим телам.
150
Фосфор и его соединения
§ 139
При нагревании до 150° пятихлористый фосфор возгоняется, подобно
хлорЛтому аммонию, при чем он распадается на РС13 и С12, которые, ох-
лаждаясь, вновь соединяются: следовательно, здесь мы имеем дело с яме-
ши? м диссоциации, как и у хлористого аммония.
“При действии на пятихлористый фосфор небольшого количества воды
получается HCI и хлорокись фосфора, Р0С13:
РС15 + На0 = POCI3 + 2HCL
Хлорокись фосфора — жидкость, кипит при 11О'\
При избытке воды хлорокись фосфора переходит в о р т о ф о с ф о р
н у ю кислоту, Н3РО4:
Р0С13 + ЗЯаО = ЗНС1 -р РО(ОН)3.
G бромом и иодом фосфор даст соединения, аналогичные хлористым,
хотя для иода неизвестны соединения Р J5. Для фтора известно PF3 и
РР5-
§ 139. Кислородные соединения фосфора. С кислородом фосфор
образует три кислотных ангидрида: фосфорный P2O5l
и фосфо р^ стый Р40д 1 11 двуокись Р2О4. Первый пз них получается
при сжигании фосфора в кислороде или воздухе г) л представляет белую
снегообразную массу, второй — получается прп медленном окислении
фосфора при обыкновенной температуре и прп горении его прп малом до-
ступе воздуха.
Для получения небольшого количества фосфорного ангид-
рида кладут в фарфоровый тигель маленький кусочек желтого фосфора,
осушенного пропускной бумагой. Ставят тигель па стеклянную или ме-
таллическую пластйпку и зажигают фосфор, прикоснувшись к пому раска-
ленным концом железной проволоки. Как только фосфор загорится, тигмь
накрывают сухим стеклянным колоколом или стаканом. Образующийся
фосфорный ангидрид осаждается на стенках колокола в виде белых рыхлых
хлопьев.
Для получения больших количеств фосфорного ангидрида служит
аппарат Грабовского (рис. 74). Он состоит пз жестяного, снизу открытого,
цилиндра с дымовой трубой А. Под цилиндр ставят банку а с жестяной
воронкой Л так, чтобы между краями цилиндра и воронки оставалась щель
для прохода воздуха. Фосфор вносится на медной ложке d; с помощью
1) Отметим здесь следующие факты, указывающие влияние влажности на возбуждение
химических реакций: при возможно полном отсутствии влажности некоторые вещества, напр.,
уголь, сера, фосфор и др, могут быть нагреты в атмосфере кислорода, пе подвергаясь видимому
горению. Точно так ate, совершенно сухие аммиак и хлористый водород не соединяются. Не-
большого количества влажного воздуха было, однако, достаточно для лх соединения. Подоб-
ным же образом серный ангидрид не соединяется ни с известью, ни с окисями бария пли меди,
если все вещества совершенно сухи. При смешении сухого азотистого ангидрида с сухим кисло-
родом не образуется бурых паров. Очищенная и совершенно сухая пзнесть пек разлагает хлори-
стого аммония; последний можно сублимировать из этой смеси без того, чтобы образовался ам-
миак, Вполне сухой хлористый аммоний при нагревании не диссоциирует на NH3 и HC1, как
доказывает плотность его паров, равная при этих условиях 28,7 (среднее пз 6 опытов).
§ 139
Фосфор и его соединения
151
пробки с можно регулировать приток воздуха. Образующийся при горе-
нии фосфорный ангидрид попадает через воронку Згв банку g, где его тща-
тельно закупоривают, чтобы предохранить от влаги воздуха.
С водой фосфорный ангид-
рид жадно соединяется, образуя
при ртом, смотря по количеству
воды и температуре, о р т о-
фосфорную кислоту Н3РО4
или мет а фосфорную
к и с л о т-у НРО3.
Р3О5 + ЗНаО = 2Н3РО4.
РаО5 + Н2О = 2НР03.
Если бросить фосфорный
ангидрид в воду, происходит
бурная реакция, ибо при этом
выделяется такое большое коли-
чество тепла, что часть воды
превращается в пар. Образуется
раствор мета фосфорной кислоты
по уравнению:
Р2О5 4- Н2О = 2HP0s.
При нагревании такого рис. 74.
раствора или при долгом его.
стоянии мета фосфорная кислота присоединяет ешу частицу воды и
превращается в о р т о ф о с ф о р н у ю кислоту Н3РО4.
Она получается также при нагревании фосфора с азотной кислотой
(уд. В.’ 1,2);
ЗР + 5NO3H 4- 2НаО = ЗРО4Н3 + 5NO.
Ортофосфорная кислота представляет важнейшее соединение фосфора;
она встречается в природе часто в виде кальциевых солен (апатита, фосфо-
ритов). В чистом виде опа представляет бесцветную кристаллическую
массу.
Заключая в своем составе три атома водорода, способных замещаться .
металлами, она является кислотой трехосновной п может давать
три ряда солон, наир.,
NaHaPO4, Па.,НР04 и Na8PO4.
Средняя известковая соль ее—состава Са3(РО4)>; здесь три атома
металла кальция замещают шесть атомов водорода ; состав кислого .фосфор-
нокислого кальция — Са Н4(РО^а.
При нагревании до 260° ортофосфорная кислота теряет воду и пере-
ходит в пирофосфорную кислоту Н4РаО7;
2Н3РО4 — Н2О = Н4РаО7.
15.'? Фоефпр и его ымвинАния § 139
Она представляет 4-основную кислоту, ибо все четыре атома водо-
рода в „ей могут быть замощены металлами: для нее известны соли состава
Ка4Р2<)7, Ag4P20? и т. п.
В водном растворе она при обыкновенном температуре медленно,
при нагревании быстро, присоединяет воду и переходит в ортофосфорпую
кислоту:
Jf4P2O7 ПЙО =2Н8РО4.
При нагревании ортофосфориой кислоты до 400° выделяется вода
и получается м е т а Ф о с ф о р и а я к и с л о т а ПРО», о д н о о с-
новна я кислота, представ.:яюлюя стон иишдиую массу.
Н3РО4 — Н2О = НРО3.
Все фосфорные кислоты (орто-, пиро- и мета-) в воде растворимы и
могут быть различаемы по следующим реакциям.
Ортофосфорная кислота белок не свертывает, соли ее с AgN03 дают
ж е л т ы й о с а д о к.
Пирофосфорнал кислота белок яе свертывает, соли се с AgN03 дают
белый осадок.
Мета фосфорна я кислота, подобно азотном, белок свертывает, соли
ос с AgNO3 дают белый осадок.
Ф о с Ф о р и с т ы й а „ г н д р и д Г./’е- представляет кристалли-
ческое тело, плавящееся при S2 и кипящее при 173Определение плот-
ности пара показывает, что состав частицы выражается формулой Р4Ов
(D = 109,7).
Это соединение получается при сожнганпи фосфора в трубке при
медленном токе сухого воздуха; главным продуктом реакции является
фосфорный ангидрид, который задерживается пробкой из стеклянной ваты;
фосфористый ангидрид проходит чрез нее в парообразном состоянии и сгу-
щается в хорошо охлажденном приемнике в виде белого тела.
Соединяясь с водой, он дает двухосновную фосфор li-
с. тую к п с л о т у, Н3РО3:
Ра03 -г ЗН2О - 2П3РО3.
Несмотря на то, что он содержит трп атома водорода, только два
пл них могут быть за .чещены металлами.
Фосфористая кислота представляет бесцветное кристаллическое тело.
При нагревании до 180° она разлагается по уравнению:
4Ц3РО3 = PH, + ЗН3РО4.
Кроме этих кислот известна ф о с ф о р и о в а т „стая кисло т а
Н3Р02, получающаяся из ее солей при действии кислот. Натриевая ее соль
может быть получена при действии раствора едкого патра на фосфор:
3NaOH. + ЗН2О + Р4 = 3NaH2PO2 4- РН3.
Фосфорноватнстая кислота — одноосновна.
§ 140
Фосфор v его сомунени н
Ф о с ф о p н о в а т а я о к п сь, двуокись (четырех-
окись) фосфора Р204получается- из Р4Ов, при нагревании последнего
до 440е. Прп этом происходит реакция по уравнению:
2Р4О6 = ЗРаО4 + Р2.
раО4 — представляет бесцветные блестящие кристаллы, образующие при
"действии воды фосфористую Ц фш-форпуЮ кислоты:
Р2О4 311.,О « JraPOj + Н3РО3.
§ 140. Атомность элементов. С т роение кислот фосфор а.
Если мы сопоставим состав водородистых соединений: галоидов — РЛ
(см. § 80), элементов группы кислорода — R"H3 (см. § 98) и элементов
группы азота — R"'H3 (§ 145), то мы увидим, что атом какого-либо га-
лоида, напр., хлора, может соединяться только с одним атомом водорода,
атом кисюрода, серы, солена и теллура-—с двумя атомами водорода,
атом же азота или фосфора — с тремя.
Строение частиц u«-.rt”p* -i втых со'щпнеиий схематически молот быть
изображено так:
II
Н—01, Н—О—И, И—К -И.
Атом галоида не может удержать около себя более одного атома во-
дорода, атом кислорода (серы и др.) — более двух, атом же азота (фосфора.;
мышьяка и сурьмы) — более трех.
Способность элемента соединяться с определенным числом атомов
других элементов называется его атомностью или в а л сыт-
но с т ь ю: элементы, способные соединяться с одним атомом водорода
(напр., галоиды), называются одноатомными (одновалентными),
с двумя (напр., кислород, сера и т. п.) двухатомными (двувалент-
ными), с тремя — т р е х а т о м и ы м и и т. д.
Употребляют также выражение, что одноатомные элементы обладают
одной единицей сродства, двухатомные— двумя, трехатомиые—тремя
и т. д.
Атомность элемента определяется наиболь-
шим числом атомов водорода, с которым данный
элемент может соединяться.
Для обозначения атомности элементов иногда над химическим знаком
ставят черточки пли римские цифры:
I II ш
01 О X
Как же определяется атомность таких элементов, которые с водоро-
дом не соединяются, напр., многие металлы? В таких случаях можно поль-
зоваться общим законом замещений, выводимым пз общих механических
начал. «Уподобляя частицу системе тел, находящейся в движении, напр.,
154
Фосфср м его coeiWiemin
§ 140
совокуппости соллда, планет и спутников, находящихся в условиях по-
движного равновесия, мы должны ждать-, что в этой системе действие одной
части равно противодействию другой, как следует по 3-му механическому
закону Ньютона. Следовательно, если дана частица сложного тела,
напр., Н2О, NH3, NaCl и т. п., то всякие ее две части должны в химиче-
ском орошении представлять нечто одинаковое, силы и способности сход-
ственные, а потому всякие две части, на которые можно
разделить частицу сложного тела, способны за-
мещать друг друг а»т). Таким образом, С1, образующий водоро-
дистое соединение состава HCI, способен замещать водород атом за атом,
атом же кислорода замещает два атома водорода, ибо в частице воды одни
- атом кислорода соединен с двумя атомами водорода; па основании формулы
аммиака NH3 можно видеть, что один атом азота может замещать три атома
водорода.
С другой стороны, по закону замещения, водный остаток ОН, равно
как и группа NH2, могут замещать атом водорода: молекулу гидрокси л-
амина NH2. ОН (см. § 105) можно рассматривать как частицу аммиака,
в которой один атом водорода замещен гидроксилом ОН,
или же как частицу воды, в которой один атом водорода замещен
а мино м,
Таким образом, мы можем атомность з.темопта определять из его
соединений не только с водородом, по л с другими элементами: так, элемент,
образующий высший окисел состава КО, или'хлористое соединение RCla.
будет двухатомным; если состав высшего окисла RO2 (или хлористого,
соединения — RC14), то элемент четырехатомный и т. д.
Здесь необходимо указать, что атомность элемента, выводимая па.,
его хлористых и кислородных соединений, нс всегда совпадает с его атом-
ностью в водородных соедиишших: так, азот в аммиаке Ъ'Н3 является
трехатомным (ибо более трех атомов водорода атом азота удержать около
себя не может), в азотном же ангидриде N2OS азот—пятиатомен, точно-
так же фосфор в его водородных соединениях — трехатомсн, в хлористых
же (и кислородных) — пятиатомен и трехатомен, ибо образует соединение'.
PCI5, РС13 (а также РгО5 и Р203). Таким образом, а т о м я о с т ь э л е-
мента завися т о т природы соединяющихся ал е-
ментов, и обыкновенно различают: 1) атомность относи-
тельно водорода и 2) атомность относительно к и-
с л о р о д а и галоидов. Первая для каждого элемента — величина
постоянная: так, по отношению к водороду галоиды о д н о а т о м н ы,
кислород — двухатомен, азот, фосфор — т р с х а т о м н ы, угле-
род— ч с т ы р е х а т о м е н. По отношению же к кислороду и галои-
дам. атомность больпшнства элементов является изменчивой: так,
сера в сернистом ангидриде SO3 — ч е т ы р е х а т о м и а, а в серпом7
ангидриде SO3 — шестиатомна.
*) Менделеев. Основы xw.uuu. 7-е изд., стр. 199. 8-е над., <тр. 102.
§ 140 Фосфор и его соединения 155
Основываясь на понятии об атомности элементов можпо схематически
изобразить строение частиц различных химических соединений. Мы рас-
смотрим строение кислот фосфора.
Строение пятихлористого фосфора РС1 можно изобразить так.-
С1
।
।
С1—Р—С1
/I
, С1 С1
т.-c. атом фосфора пятью единицами сродства соединен с пятью атомами
хлора.
В § 138 мы видели, что при действии одной частицы воды на частицу
пятихлористого фосфора получается хлорокись фосфора, Р0С13:
или.
01
I
Cl—Р-0
CI
т.-е в хлорокиси фосфора атом кислорода заместил два атома хлора.
При действии воды на хлорокись фосфора получается ортофосфор пая
кислота, РО(ОН)3, или
г —О—Н
О=Р < —о—н
I —о—н
т.-е. в фосфорной кислоте атом фосфора соединен двумя единицами сродства
с атомом кислорода, тремя же остальными — с тремя гидроксилами.
Хлорокись фосфора называется также хлорангп-
д ридом фосфо р и о й к и слот ы.
X л о р а п г и д р и д а м и к и слот называются соединения, ко-
торые, при действии ла них воды, заменяя атомы хлора гидроксилами,,
превращаются в кислоты.
В фосфористой, равно как в фосфорноватистой кислоте, фосфор тоже
пятматимен, и строение их может быть изображено так;
Фосфористая кислота. Фосфорвоватистая кислота.
• —II Н
О=Р — о.н 1
. —о.н О=Р— о— н
Н
Согласно этим формулам строения не все атомы водорода в этих ки-
слотах находятся в одинаковых условиях; в фосфористой кислоте один
156 Мышьяк и его соединения, § 141
атом водорода, а в фосфорноватистой — два соедипеиы непосредственно
с атомом фосфора, другие же атомы водорода находятся ее гидроксиле;
и на самом деле не все атомы водорода в этих кислотах одинаковы: в фосфо-
ристом кислоте только два атома водорода, а в фосфорноватистой — только
один но трех — способны замещаться металлами.
Мышьяк As = 74,96.
Мол,' вес А^—297,6; уд. вес тв. мыш.—5,73.
§ 141, Мышьяк встречается в природе в самородном состоянии,
л также в виде соединений с металлами — железом, медью, кобальтом,
нлккелем и др. —'(мышьяков и с т ы п коля о д а и FeAsS), с ки-
слородом (белый мышьяк As2O3) п серой (реальгар As2S2
и аурипигмент As2S3).
Добывается он при накаливании без доступа воздуха мышьяко-
вистого колчедана FeAsS, при чем сернистое железо остается
в сосуде, а мышьяе: улетучивается.
При накаливании мышьяковистого ангидрида с углем тоже получается
мышьяк:
2As2O3+3C=3CO2+2As2,
Эту реакцию можно показать па следующем опыте, В конец трубки
(а) (рис, 75) насыпают немного тща-
тельно стертой в ступке смеси мышья-
ь . .. ковистого ангидрида с древесным
А с углем и накаливают на пламени
горелки (Ъ), Уголь отнимает кисло-
род от мышьяковистого ангидрида,
I 1 образуя угольный ангидрид, вое-
становленный же мышьяк превра-
ЙЯЙ8| щается в пар и сгущается в более
холодной части трубки (с) тонким
Рис. 75, металлическим налетом в виде
зеркала.
Мышьяк представляет серое кристаллическое тело с металлическим
блеском, уд. в. 5,7. При темно-красном калении без доступа кислорода
он превращается в дары (возгоняется, не переходя в жидкость). Прп повы-
шении же давления (при. нагревании в запаянной трубке) он переходит
в жидкое состояние при температуре около 446°—457°.
Лсд, как мы видели ранее в § 25, тоже при слабом давлении (менее
4 миллим, ртутн. столба) переходит прямо в пары не плавясь и только при
.давлении выше 4 милл. при нагревании плавится.
При быстром охлаждении паров мышьяка получается его а л л о-
тропическое аморфное желтое видоизменение уд. в 2,02,
Пары мышьяка ядовиты. Судя по плотности его паров (D/= 150), частица
ого, подобно частице фосфора, состоит из 4-х атомов (AsJ При повышении
§ 142 Мышьяк и его соединения
же температуры молекула As4 распадается на две молекулы As2, и при
1700° пары его состоят только из молекул Ass. -
При сильном накаливании на воздухе он воспламеняется и сгорает
с голубоватым пламенем в мышьяковистый ангидрид Азг0з,
Мышьяк прямо соединяется со многими элементами: внесенный в
атмосферу хлора, он, подобно сурьме, загорается, образуя треххлористый
мышьяк AsCl3.
§ 142. Водородистый мышьяк AsH3 получается при действии на
мышьяковистые соединения водорода in statu nascendi (в состоянии выде-
ления). Реакция между мышьяковистым ангидридом и водородом (in sta-
tu nascendi) в состоянии выделения может быть выражена следующим
уравнением: As2O3- 12Н—AsH3 6Н3О. В чистом виде получается при
действии кислот на мышьяковистые металлы, наир., при действии на мышь-
яковистый цинк соляной или серной кислоты:
Zn3As2+3H2S04=3ZnS04+2AsH3.
Мышьяковистый водород сгущается в жидкость, кипящую при — 55 °
и застывающую при — 119".
Мышьяковистый водород при нагревании разлагается на мышьяк и
водород. Он горит ярким синеватым пламенем.
Свойствами мышьяковистого водорода пользуются для открытия
мышьяка в том или другом теле.
Для этого устраивают аппарат Марша (рисунок 76); в склянке
А выделяется водород, который осушается, проходя через U-образную
Рис. 76.
трубку (а), наполненную кусочками безводного хлористого кальция, и
входит в длинную трубку (d) с несколькими сужениями; конец трубки
(d) оттянут и загнут кверху.
158 • Мышьяк и его соединения § 143
Сначала, добывают один водород, и когда он вытеснит из аппарата
весь воздух, его зажигают. Если затем прилить через воронку в склянку
А немного раствора мышьяковистой соли пли какого-либо другого мышья-
ковистого соединения, то начнет выделяться мышьяковистый водород,
что сейчас же замечается по изменению вида пламени. Оно делается более
ярким, синеватым, и появляется белый дым мышьяковистого ангидрида,
так как при горении мышьяковистого водорода образуется мышьяковистый
.ангидрид и вода по уравнению:
2AsH3+3Oa=As2O8+3Ha,O.
Если в пламя горящего мышьяковистого водорода внести холодную
фарфоровую крышку от тигля, то на ней образуются темные блестящие
пятна металлического мышьяка. Происходит это потому, что при охлажде-
нии пламени.сгорание делается неполным: горит один водород, а мышьяк
выделяется.
Мышьяковистый водород при накаливании очень легко разлагается
на мышьяк и водород. ЕС ли накаливать горелкой трубку (d) перед суже-
нием, то мышьяковистый водород, проходя через накаленный участок
трубки, разлагается, и выделяющийся металлический мышьяк отлагается
в узком месте трубки в виде зеркала.
Так как мышьяк летуч, то при нагрева пни горелкой такого зеркала
его можно перегонять по трубке с места на место.
С помощью этого способа можно открыть присутствие мышьяка даже
в самом ничтожном количестве.
§ 143. Кислородные соединения мышьяка. С кислородом мышьяк
дает два ряда соединений: мышьяковистый ангидрид Asa03
нмышьяковый ангидрид As2O5.
Мышьяковистый ангпдрпд As»O3 образуется при сжигании мышьяка
в воздухе или кислороде.
Белое кристаллическое тело (белый мышьяк), при возгонке превра-
щающееся в аморфную стекловидную массу. В воде растворим плохо, в
соляной кислоте хорошо. Он очень ядовит (от 0,125 до 0,75 гр. убивает
лошадь). Легко восстанавливается углем.
Соответствующая ему мышьяковистая кислота H3AsO3 в
чистом виде неизвестна. При действии на м ы ш ь я к о в и с т ы й ангид-
рид щелочей получаются соли мышьяковистой кислоты.
AsaO3 + 6К0Н = 2K3AsO3 + ЗНаО.
Кислая мышьяковистая медь CuHAsO3 употребляется, как зеленая
краска.
Мышьяковый ангидрид Asa06 получается при окислении крепкой
азотной кислотой мышьяковистого ангидрида AsaO3, но в момент своего
образования, соединяясь с водой, образует мышьяковую кислоту
H3AsO4 — трехосновную кислоту, подобную ортофосфорной.
2HN03 -i- As2O3 Н- 2Н2О = 2П3АзО4 + NO 4N0a.
При нагревании эта кислота переходит в пиромышьяковую,
II.As.Cb и хетаммшьякову ю, HAsO3.
Сурьма Sb - 120,2.
§ 144. Сурьма встречается а природе обыкпивенпо в соединения с
серой в виде оурьмяпиого б л о с к a SbsS3. При обжигании его
получается с у р ь м я н и с т ы й а и г и д р н д 8Ь2О3, который при
накаливании с углем дает сурьму.
Сурьма представляет хрупкое серовато-белое тело с прекрасным ме-
таллическим блеском. Уд. в. 6,7. Плавится при 630°, кипит около 1500°.
При нагревании легко окисляется. Легко соединяется с галоидами и др.
При электролизе хлористой сурьмы (SbCl3) в соляной кислоте, при
чем анодом служит сурьма, а катодом пла.яновая проволока, на послед-
ней выделяется особая нест'шкая Ф>рн . сурьмы, уд. в. 5,76, которая при
трещин пли и .гр взрывает с выделен»зм тепла и света, пре-
вращаясь В обыкновенную сурЬМу.
Кроме того известна нестойкая желтая форма сурьмы, полученная
при действии при—-90° па жидкий сурьмянистый водород кислородом,
в коем находится примесь озона.
В технике сурьма применяется для образования сндгшов, которым
она сообщает блеск, твердость и хрупкость. Типографский м е-
т а л л, употребляемый для отливки шрифта, есть сплав свинца с сурьмой
(от 17%—20%). Б р и т а я и я - м е т а л л есть сплав сурьмы (10%),
олова (около 90%> и свинца.
Металл асбери (Asbery-metall), состоящий из олова (77,8 ч.),
сурьмы (19,4 ч.) й цинка (2,8 ч.), употребляется в Англии'для подшипни-
ков колес вагонов и локомотивов п для осей токарных станков.
Сурьмянистый в о д о р о д 8ЬН3 получается совершенно
так, как и м ы ш ь я к о в и с т ы й. Он также разлагается при нагревашш.
При получении сурьмянистого водорода в аппарате Марша на-
блюдается следующее отличие от мышьяковистого водорода:
1) мышьяковое зеркало темного цвета, тогда как сурьмянпое—се-
рсбряно -белое;
2) металлический мышьяк летуч, и мышьяковое зеркало, как было
уже указано, при нагревании мои:ет быть перегоняемо по трубке с места
на место; сурьма же нелетуча, зеркало ее отлагается гораздо ближе к пла-
мени и при накаливании плавится, собираясь в капли.
С галоидами сурьма легко соединяется, образуя соединения формулы
SbR3 и SbR5, где R = F, G1, Вги J. . ,
С кислородом сурьма дает два соединения: окись сурьмы Sb2O3
и сурьмяный ангидрид, Sb2O3.
Окись сурьмы, SbaO;!, получающаяся при гореншг сурьмы
па воздухе, представляет белый, нерастворимый в воде порошек. С водой
по соединяется.
1(/U Сурьма § 145
Гидрат оклей сурьмы, Sb (ОН)3, получается в виде белого
осадка при разложении хлористой сурьмы едким кали
SbCl3 + ЗКОН = Sb(0H)3 Н- ЗКС1.
При избытке едкого кали гидрат окиси растворяется, ибо образуется
калийная соль сурьмянистой кислоты KSbOa, отвечающая по составу
метасурьмянистой кислоте (H3SbO3 — Н2О).
Таким образом окись сурьмы 'является промежуточным оки-
c. юм, ибо она обладает н свойствами кислотного ангидрида (при действии
щелочей дает соли), и свойствами основного окисла (при действии кислот
замещает в них водород).
Рвотный камень K(SbO)CtH4Oa представляет соль винной
кислоты Н2С4Н4Ов, в коей один пз атомов водорода замещен калием, а дру-
гой—группой SbO. Получается он при нагревании окиси сурьмы Sba03 с
раствором кислого виннокислого калия:
Sba03 + 2КНС4Н4О6 = 2K(SbO)C4H4O6 + Н2О.
Сурьмяная кислота SbO3II (правильное, метасурь-
м я п а я) получается окислением окиси сурьмы (тип же сурьмы) хрупкой
азотной кислотой, в виде белого порошка, плохо растворимого в воде. Это
слабая одноосновная кислота. Кроме того известна пиросурьмяная
кислота H4SbaO7.
Сурьмяный ангидрид Sb405 образуется при слабом про-
каливании до 300° мета или пнросурьмяной кислоты в виде желтой аморфной
массы; растворимой в соляной кислоте.
При сильном накаливании Sba05 распадается на кислород и четыре-
окпсь с. SbaO4 — белый порошок; уд. в. 6,7.
Общая характеристика элементов группы азота.-
§ 145. Если мы сопоставим элементы: N, Р, As, Sb, то при сравнении их
в свободном состоянии они окажутся очень различными: инертный азот
составляет как бы прямую противоположность с легко реагирующим со
многими элементами фосфором *); хотя различие между фосфором и мышья-
ком и не столь резко, но все-таки оно настолько велико, что если бы мы знали
J) Эта противоположность замечается также в свойствах многих соединений азота, и фос-
фора: соединения первого (как-то: азотная кислотаf аммиак л его соли, белковые соединения,
нитротела п мн. др.) отличаются своею непрочностью, они легко проявляют свою энергию, рас-
падаясь на более простые соединения, тогда как соединения второго, напр., фосфорная кислота
и ее соли являются телами прочными. Как объяснить инертность свободного азота и сильную
активность его соединений, с одной стороны и совершенно противоположное явление» наблю-
даемое у фосфора и его соединений—с другой? Ответ ла. этот вопрос мы получим, если примем
во внимание, что инертность азота в свободном состоянии указывает на то, что атомы, частицу
его составляющие, обладают сильным тяготением друг к другу; это же тяготение является одной
пз причин непрочности его соединений, так как атомы азота, входящие в состав различных ча-
стиц одного и того же соединения, напр., азот пой кислоты, взаимно тяготея, обусловливают
непрочность частицы. Атомы же фосфора сравнительно слабо тяготеют друг к другу, вследствие
чего он легко проявляет свою энергию; соединения же его прочны.
Jj 145
Сравнение элементов группы азота КН
мышьяк н фосфор только в виде элементов (а не в виде их соединений), то
вряд ли поставили бы их рядом.
Но все эти элементы, будучи столь различны в свободном
состоянии, образуют с другими элементами сходные соединения: так,
все они дают с водородом соединения общей формулы RH3, где R = N,
Р, As, Sb.
С кислородом соединяются, давая ряд соединений, из которых наиболее
.характерны ангидриды состава R2O5 и R,O3.
Аналогия между азотом и фосфором особенно проявляется в водоро-
дистых соединениях. Как NH3, так и РН3 с галоидовЬдородными кислотами
дают солеобразные тела RH4J, RH4C1 н т. и. AsH3 и SbH3 таких соединений
ио дают.
Сходство в кислородных соединениях фосфора и азота, по идет
так далеко, как в водородных. Так, для фосфора известны два
кислородных соединения, РгО5 и Р2О3, для азота их пять: NaO, NO, N2O8,
Х02 и NaO3.
Сходство между фосфором, Мышьяком и сурьмой гораздо полнее, чем
между азотом и фосфором. Сходство это проявляется как в кислотах, так
и в /Других соединениях.
Сходны также и соединения с галоидами и другими элементами.
Элементы группы азота в их водородистых соединениях, NH3, РН3,
ЛзН8, 8ЬН3, — т р’е х а т о м и ы, т.-е. 1 атом элемента соединяется с 3-мя
атомами водорода, в соединениях же с хлором, РС15, SbCl8, а также в х л о -
рис т ом а м м о п и и NH4C1, — пятиатом мы. Из этих примеров
видно, что а т о м и о ст ь данного элемента завпепт от всех элементов,
входящих в соединенно.
Физические свойства, элементов находятся в зависимости от их атомного
веса, как это можно видеть из следующей таблицы:
1 — - J । Лкшпын вес, J Т° плав. на- ция. ТС к ИСШТЯ. Удельный вес*
14,01 -214° —194° 1
р 1 31,04 -4-114° +290» 1,83-2,34
Аз 74,96 i +180’ . 4,7—5,7
Sb 120,2 +460’ бел. кал. V. '
Что касается водородных соединений, то здесь наблюдается зависимость
их свойств от атомного веса элемента, напоминающая таковую для элемен-
тов группы‘кислорода и галоидов, ..
Для элементов труппы азота, как и для элементов группы кислорода,
количество тепла, выделяющегося прп образовании их водородистых соеди-
. б л у ков. Жор1‘иш1ческ»я химия,
162 Сравнение элементов группы азота § 145
нений, уменьшается с повышением атомного веса., равно как понижается
н температура, диссоциации:
- Температура
диссоциации.
N + ЗН = NH3 + 12,2 бол. кал. 600°
Р Ч- ЗН = РН3 + 11,6 » » —
As + ЗН = AsH3 — 36,7 » » 230°
Sb + ЗН = SbH, — 84,5 » » 150°
Г .1 А В А VI.
Элементы группы углерода.
$§ 146—149. Различные вндопзмг пеняя углерода* — § 150* Химические свойства углерода.—
§ 151. Карбиды* — § 152* Кальцийчдеанамид. — §§ 153—154. Водородистые соединения угле-
рода* Ацетилен. — § 15б. Этилен. — § 156. Метай. — § 157. Строение углеводородов* § 158—161*
Дополнение к теории пламени* — § 162, Угольный ангидрид. — § 163. Окись углерода* — § 164.
Оро-углерод. — § 165* Циан* — § 166 — 170. Кремний и его соединения. — § 171. Стекло*
$ 172. Сравнение элементов углерода- и кремния.
Углерод. С — 12.
Темп, плавл. около 44001-1.
§ 146. Углерод принадлежит к одним из самых распространенных
элементов на земной поверхности; он является необходимой составной
частью всех растительных и животных организмов. В свободном состоянии
углерод известен в трех видоизменениях: в виде алмаза, графит а
ла морфного угля.
Алмаз встречается в кристаллах правильной системы.
Основная форма их—правильный октаэдр. Рис. 77 изображает различ-
ные виды кристаллов алмаза.
Местонахождения алмазов лемногочисленны. Наиболее знаменитые
алмазные, копи находятся в Ост-Индии, на о. Борнео, в Бразилии, на мысе
и*
164
Алмаз
§ 14Б
Добрей Надежды и др. Алмаз в виде мелкого п < р о ш к а
был найден также в метеорных камнях.

[ Рис. 78.
В розсыпях алмазы находятся по боль-
шей части покрытыми малопрозрачным слоем,
который сперва необходимо удалить.
Алмаз бывает большей частью бесцветен,
прозрачен, обладает сильным характерным
б лоском и наибольшей твердостью и луче-
преломляемостью из всех тел. Уд. в. ого
3,5—3,55 в бесцветных и-ртах и от 3.0—3.4
в темных, называемых карбонадо,
формах. При действии очень высокой темпе-
ратуры электрической печи (описание коей
см. ниже) без доступа воздуха он увеличи-
вается в объеме и превращается в черную
массу, походящую на графит.
При накаливании же в присутствии
воздуха или кислорода оп весь сгорает,
давая утильный ангидрид С02.
Определение с< с га во алмаза было произ-
В" и по Д ю и а и (Да со м, которые,
сжигая ею в струе чистого кислорода,
нашли, что он нацело сгорает в углекислоту
СОг. Кислород для сжигания был тща-
тельно очищен от углекислоты н воды; для
этого ои пропускался из газометра а (рис. 78)
(куда приливался слабый раствор едкого
кали нз сосуда Ь) в трубку, в которой нахо-
дились в с куски пемзы, смоченные крепким
раствором едкого кали, в d — куски едкого
кали п в с--стеклянные перлы, смоченные
крепкой серной КИСЛОЮ]!. Для того, чтобы
быть уверенным, что кислород из этой трубки
выходил совершенно сухим, его пропускали
далее через трубку t, наполненную пемзой,
смоченной крепкой серной кислотой, п
взвешиваемую до и после опыта (Бес ее нс
должен был изменяться, если опыт был уда-
чен). Высушенный кислород вступал в нака-
ливаемую фарфоровую трубку, в которой
сжигаемое вещество (алмаз или. трафит) нахо-
дилось в платиновой лодочке (в д'), которая
после опыта тоже взвешивалась, ибо самый чистый алмаз (и графит)
всегда оставляли следы золы, вес которой вычитался из всего веса
сжигаемого вещества. Другой конец трубки ?< — был наполнен окисью меди,
§ 146 Печь Мувссана 165
чтобы происходило полное сгорание. Получающаяся рри сгорании угле-
кислота проходила сперва через трубку г, наполненную кусками пемзы
с серной кислотой, а затем поглощалась раствором едкого кали в кали-
аппаратах Л ц б и х а 1с и I.
Трубки ж -н наполненные первая кусками пемзы, смоченными
раствором едкого кали, вторая — кусками едкого кали, служат для того,
чтобы ио происходило потери влаги из кали-аппарата.
Таким способом было найдено (как среднее из многих, согласных между
собой определений), что 800 вес. част, кислорода соединяются
с 299,95 вес. част, естественного графита
» 299,95 » » искусственного »
» 300,02 » » алмаза,
пли 31,92 (32) част, кислорода с 11,97 (12) ч. углерода.
Ввиду драгой-иных свойств алмаза и его высокой цены, не раз были
делаемы попытки iici.-yivw пипто пмлуч аня алмаза; пз нпх наиболее за-
СЛуЖИВаеТ ВНимаПИЯ, ВВИДУ его Teepi HBlL'CKule значения, способ, предло-
женный проф. Му а с с а ном. Для получения алмаза 31 у а с с а н
воспользовался способностью расплавленного железа растворять уголь.
Для своих опытов он пользовался той высокой температурой, которая по-
лучается в электрических печах.
Печи Муассана — очень простого устройства: как видно на
рис. 79, они представляют собой два кирпича, из которых один служит
подставкой для чашечки с испытуемыми телами, а другой —- покрышкой.
С обеих сторон в кирпичах сделаны желобообразные ходы для помещения
угольных электродов.
Расположение углей, а также устройство печи можно видеть на рис. 80,
представляющем разрез печи. Как видно на чертеже, чашечка с веществом
находится под вольтовой^дугой, так что при этих"опытах тело подвергается
действию высокой температуры, а не электрического тока.
166
Псчъ Муассана
§ 146
Материалом для печи может служить известняк, содержащий примесь
кремнезема. Так, известняк, который в большом количестве добывается
у нас под Подольском (в Моск, губ.), может служить для этой цели. У строй'
ство же печи настолько просто, что каждый каменотес может ее сделать.
Для ббльшей прочности каждый кирпич одевается железной полосой.
Что касается до размера печи, то он зависит от силы тока: при токе силой
в 60—70 амдар толщина кирпича равна 10 сантиметрам, длина — 18 сайт.,
а ширина — 16 сайт., при силе же тока в 800—900 ампер толщина нижнего
кирпича 20 см., верхнего же — 15 см., длина — 35 см., ширина — 30 см.
Вещество кладется в графито-
вым тигель, китирый ставится на
подстилку из окиси магния, или, как
се иначе называют, из жженой маг-
незии. Если желают избежать дей-
ствия газов, находящихся в пламени
вольтовой дуги, на получаемое ве-
Рнс go щество, то видоизменяют устройство
печи так, что проделывают в ней,
перпендикулярно к направлению электродов канал, в который заклады-
вают графитовую трубку. Эта трубка служит для помещения в ней тех
веществ, которые желают подвергать .действию высокой температуры, при
чем трубка может быть предварительно наполнена каким-либо газом, наир.,
азотом нлп водородом, тщательно. кошчно. высушенным.
Рис- 81.
i Изображснпо’этой печки находится на рисунке 81.
Когда печка готова к опыту, т.-е. вещества перемешаны и положены
в тигель, то закрывают крышкой и начинают сближать электроды: по-
является сильный свет, пламя пышет из боков печи, и начинает чувствоваться
запах синильной кислоты. Рисунок 82 представляет печь в действии.
Температура, получаемая в этих печах, очень высока; по мнению
М у а с с а н а, она достигает до 8500° Ц. Но несмотря на то, что внутри
§ 147
Графит,
167
печи температура очень высока, снаружи печь настолько мало нагревается
(по крайней мере в начале опыта), что можно смело положить на нее руку.
Этим обстоятельством легко объясняется та высокая температура,
которая достигается в печи ЛЕуассана: то тепло, которое получается
в вольтовой дуге, сосредоточивается па небольшом пространстве, окружен-
Рис. 82,
пом плохим проводником тепла, и потому температура этого пространства
может подняться высоко.
Для получения алмаза М у а с с а н помещал в печь графитовый
тигель, наполненный железом и углем. При нагревании в печи железо быстро
расплавлялось и растворяло уголь. После десятимипутиого нагревания
тигель с металлом быстро погружался в воду, или же в расплавленный
свинец. В последнем случае охлаждение происходит быстрее.
При быстром охлаждении снаружи образовалась корка застывшего
металла (углеродистого чугуна), которая при дальнейшем охлаждении
сжималась, и вследствие этого нижележащие слои расплавленного металла,
охлаждались, находясь под сильным давлением. При таких условиях
растворенный в железе углерод выделяется из него в виде мелкого алмаз-
ного порошка.
Когда слиток охладится, его обрабатывают кислотами; железо раство-
ряется, а в остатке получаются мелкие кристаллы алмаза с примесью гра-
фита, от которого он отделялся обрабатыванием смесью бертолетовой соли
и азотпой кислоты.
§ 147. Графит встречается в природе в значительных количествах.
Иногда он кристалличен, но форма его кристаллов резко отличается от ал-
K>s
A .но [м/тый уги..ъ
S 143
лаза. Он мягок. Жирен на ощупь, пишет и марает (на этом основало его
применение для карандашей). Уд. в. 2,25. При накаливании па воздухе
или в струе кислорода он сгорает в угольный ангидрид С02.
Он пи ручается искусственно при растворении угля в железе при 1200'.
При медленном охлаждении чугуна уголь выделяется в пом в виде графита,
который можно получить отдельно, растворив чугун в кислоте.
Если в вышей писанном опыте получения алмаза расплавленное и
насыщенное углем железо охлаждать медленно, то почти весь углерод вы-
делится в виде графита.
Искусственный графит в больших количествах полу-
чается по способу, предложенному Ачесош-м. на заводе Acheson Graphite
Company при водопаде Ниагара. В больших электрических печах из смеси
антрацита или кокса и кварца первоначально получается карбид кремния
SiC, который далее от действия высокой температуры распадается с образо-
ванием графита, а кремний улетучивается и в менее жарких местах, печи
вновь образует карбид, который, в свою очередь, также- распадается па гра-
фит и кремний и т. д. Таким образом, достаточно сравнительно ничтожного
прибавления кварца, чтобы перевести в графит большие количества аморф-
ного угля.
Иск у сств । и ный гра фит у п отрсб ля ото я для приз от< >в лени я б о льш и х
электродов для электрических плавильных 1 ч< а, для приготовления
огнеупорных тиглей. для зам ны точных мае.г л т. под.
При действии иа графит концептрированиой азотной кислоты, серной
кислоты и бертолетовой е<>. и получается, в виде зеленовато-желтых кри-
сталлов, графитовая кислота, сол р.кащая 56% углерода, 42% кислорода,
и 2% водорода. Прп дальнейшем окпелошш переходит в меллитовую кис-
лоту: С6(СО3Н)е.
Опыты плавления угля увенчались в 1921 году успехом.
При пропускании сильного электрического тока (при плотности 400—900
ампер на 1 кв. сайт.) при 12 вольт напряжения через угольный стержень,
Е. Ряшкевич (Е. Ryschkewitz) наблюдал явления плавления
угля в виде капель, на тех мостах поверхности, где ток, а следовательно,
л температура достигала наивысшей величины. Застывшие капли опла-
вленного при обыкновенном давлении угля состоят из чистого графита.
§ 148. Аморфный углерод, уголь может быть получен разными спо-
собами. Самый чистый аморфный углерод, сажа, получается при непол-
ном сжигании смол, скипидара, нефти и т. п. веществ, горящих коптящим
пламенем. Эти тела представляют, главным образом, соединения углерода
с водородом. При горении в воздухе они дают угольный ангидрид, СО2,
и воду, но если каким-нибудь образом охлаждать пламя или ограничить
приток воздуха, то не весь углерод сгорает, пламя («коптит» и выделяет
сажу, представляющую нс что иное, как мелко раздробленный уголь 1).
>) Молекула углерода состоят пе большого числа атомов, по определить это число по
удалось. Па о сновав ин того, что плотность, а также устоНчивость по отношению к химическим
агентам для алмаза выше, чем для графита и аморфного угля, принимают, что в молекуле ал-
маза атомов более, чем в молекуле графита, а в последней более, чем в молекуле аморфного угли-
§ 148
Различные виды угля
169
Сажа идет на приготовление туши, типографских чернил и т, и. Удель-
ный вес аморфного угля доходит до 1,9.
Древесяый у голь получается при сухой перегонке дерева.
Дерево состоит из большого числа различных соединении, из которых почти
все содержат в своем составе углерод, водород и кислород. Главная состав-
ная часть дерева — клетчатка или целлюлоза; С6Н10О3. При зажигании
дерева опа сгорает, при чем главными продуктами горения являются уголь-
ный ангидрид и вода., При нагревании же дерева без доступа воздуха водо-
род отчасти сгорает в воду, отчасти же выделяется в виде летучих соединений
с водородом, а большая часть углерода остается в виде угля.
Па этом основано получение древесного угля в так называемых «уголь-
ных кучах». Кучи составляют из тонких бревен, а сверху покрывают их
слоем земли или дерном, чтоб затруднить доступ воздуха внутрь кучи;
но в земляной покрышке оставляют несколько небольших отверстий для
выхода дыма и притока воздуха. Посредине кучи сверху вниз идет труба,
посредством которой зажигают дерево, бросая в нее горящий хворост.
Когда горение в средние достигнет известной со-П'-пп, эту трубу закрывают
и направляют огонь в другие части кучи, проделывая отверстия в крыше.
То тепло, которое получается црн горении одной части дерева, идет на то,
чтобы остальная часть дерева подвергалась сухой перегонке. Когда обжи-
гание кончено, получается уголь, но этот уголь не равного качества.; кроме
того в ном всегда находится примесь минеральных веществ, всегда заклю-
чающихся в дереве и остающихся в виде золы после полного горения дерева
пли угля.
Качество древесного угля зависит от той температуры, при которой
происходило обугливание: при 270° получается красный крепкий уголь,
содержащий в себе примесь летучих водородистых соединений;"при 280° —
красный, рыхлый, годный для приготовления пороха; при 340° — черный
уголь, воспламеняющийся при 370°. Уд. вес древесного угля 1,5.
Кроме древесного угля, известен и другом вид аморфного углерода,
получаемый при сухой перегонке каменного угля и называемый коксом.
Он имеет блестящий, лол у металлический вид и очень трудно воспламеняется.
Кроме того, известно еще видоизменение — уголь газовых
реторт, получающийся на стенках реторт, в которых ведется добывание
светильного газа перегонкой каменного угля или нефтяных остатков. Про-
исходящие при этом летучие углеродистые вещества, приходя в соприкосно-
вение с накаленными стенками реторт, частью разлагаются и осаждают на
них уголь в виде слоя, который со временем достигает значительной тол-
щины. Уголь этот от продолжительного нагревания при высокой
температуре уплотняется и приобретает металлические свойства. Уд. в.
от 2,3 до 2,7. Ои хорошо проводит тепло и электричество.
Костяной уголь получается прокаливанием костей без доступа
воздуха. Если он не обработан кислотой, то вместе с углем (7,5—10,5%)
он содержит составные-частя костяной золы, главным образом фосфорно-
кислый кальций (75—80%) л углекислый кальций (6—8%).
170 Каменный уголъ § 149
Древесный уголь, равно как и костяной, способны поглощать на своей
поверхности газы. Благодаря своей пористости, они могут сгущать очень
значительное количество газов; так, 1 объем коксового угля поглощает при
0° п 760 мм. давления 17,9 объемов кислорода, 67 объемов углекислоты,
86—окиси азота, 172 объема аммиака. Чем ниже температура, тем большее
количество газов может поглощать уголь: этим пользуются, чтобы получать
высокие степени разрежения воздуха, с помощью угля, охлаждаемого.до
температуры жидкого воздуха —184'.
Углем можно нолгзораться для очищения воздуха, из которого уголь
поглощает пахучие тота л окисляет их в порах па счет сгущенного
кислорода воздуха. При нагревании уголь снова выделяет поглощенные
газы.
Не только пахучие, но и красящие вещества в растворе удерживаются
углем на его поверхности. Многие красящие вещества удаляются из раствора
при пропускании через угольный фильтр. В больших размерах пользуются
атой способностью угля на сахарных заводах для очищения сахарных
растворов, а также в лабораториях для очищения растворов.
§ 149. Каменный уголь. Так называются различные, более или менее
богатые углеродом, растительные остатки, встречающиеся во многих местно-
стях.
Хотя существу i -г ПОЧТИ безграничнее числе Г-ерТОВ, или видов камен-
ных углей, но для практических ц-лей вполне достаточно разделение их
на две группы — тощих п жирных каменных углей, или
антрацитов и битуминозных углей. Антрациты отли-
чаются высоким содержанием углерода: средний нх состав (нс считая золы):
94% углерода, 3% водорода, 3% кислорода п азота. Количество золы
в них колеблется около Г9 %.
Средний состав каменных (битуминозных) углей (не считая золы)
таков: 84% углерода, 5% водорода, 1% азота, 8% кислорода и -2% серы.
Среднее содержание золы — 51/2%.
Существуют также другие ископаемые вещества, богатые углеродом,
но приближающиеся по составу к дереву, именно лигнит и бурый
у голь, н, наконец, такие, которые представляют самую раннюю стадию
образования ископаемых углей, как торф.
Что касается до состава торфа, то он в различных местностях весьма
разнообразен. Высушенный на воздухе он содержит не менее 15% воды
и около .8% золы, остальная масса торфа содержит около 45% углерода,
4% водорода, 1% азота и 28% кислорода.
Состав бурых углей приближается к составу торфа, а именно: в вы-
сушенном состоянии они содержат средним числом 60% углерода, 5% во-
дорода, 26% кислорода и азота и 9%.золы.
Все эти виды ископаемого топлива произошли путем постепенного раз-
ложения остатков различных растений при недостаточном доступе воздуха.
Этот процесс продолжается столетиями; иногда разлагающиеся таким обра-
зом вещества подвергались действию сильного давления. Угли позднейшего
150-151 Химические свойства углерода.—Карбиды 171
происхождения более приближаются к дереву, чем те, образование которых
началась в более древние периоды.
При сухой перегонке каменных ^глей выделяются различные газы и
пары летучих жидкостей. Эти пары в большинстве случаев, применяются
для освещения (светильный газ), а жидкие вещества образуют черную густую
массу, так называемый к а м с н н о у г о л ь н ы й д е г о т ь, нз которого
получаются многие соединения углерода, находящие применение в технике,
главным образом в красильном деле. Газообразные продукты пропускают
сначала для очищения через воду, которая растворяет при этом, главным
образом, аммиак; эти промывные воды газовых заводов служат теперь глав-
ным источником для добывания аммиака и его соединений (см. выше § 86).
§ 150. Химические свойства углерода. Углерод —тело, не плавящееся
даже при высокой температуре, вступает в соединение с другими телами
только при нагревании. При обыкновенной температуре он не растворяется
ин в каких растворителях, при температуре же выше 1000° он растворяется
н расплавленном желозе л яшюторых других металлах.
При нагревании в атмосфере кислорода уголь загорается, при чем
древесный уголь, раз будучи накален, продолжает уже сам собой тореть,
образуя угольный ангидрид и выделяя 97 больших калорий на 1 грамм-атом;
графит и алмаз сами собой не торят, а их нужно постоянно нагревать. Гра-
фит выделяет при, горении 93,6 болып. калорий, а алмаз — 94 (на 1 грамм-
атом). Таким образом, наибольшим запасом энергии обладает древесный
уголь.
Уголь способен отнимать кислород от других кислородных соединений,
напр., от окисей металлов. Этим пользуются для того; чтобы выплавлять
металлы из их кислородных руд при помощи угля. Накаливая окись меди
или окись железа с углем, получают металлическую медь или железо.
С другими элементами, напр., с серой, водородом, азотом и т. п.
уголь соединяется тоже, но только при нагревании или под влиянием
электрических искр.
§ 151. Карбиды, или углеродистые металлы. Прп высокой температуре,
получаемой в электрических печах (около 3000°), уголь способен давать
соединения со многими металлами. Для этого в тигель закладывают смесь
металла или окиси металла (напр., окиси кальция СаО) и угля. При высокой
температуре сперва уголь отнимает кислород от металла, а затем соеди-
няется с последним.
Следующее уравнение может выражать реакцию, происходящую при
получении углеродистого кальция СаС2:
СаО +ЗС =-СаСа + СО.
Углеродистый кальций готовится в настоящее время заводским путем.
Соединения углерода с металлами носят названия карбидов, и число
полученных в настоящее время карбидов довольно значительно.
Так, известны: карбид бария, ВаСа, стронция, SrCa, алюминия, А1аС3,
марганца, Мп3С, молибдена, хрома, урана и др.
172 Кальций-циаиимш) § 152
При действии на них воды многие из пнх легко обменивают металл на
водород и дают различные углеводороды (см. § 154).
Так, карбиды кальция, бария и стронция легко разлагаются водой,
при чем образуется ацетилен С2Н2 (см. далее, § 154):
СаС2 + 2Н,0 Н- СаН2О2 С2Н.„
Из карбида алюминия при аиш реакции образуется м <• т а и СН4
(§и 156):
А1 А 12 IГ,О = ЗОН 1 - 2ДJ2(СШ)с.
Карбид марганца при разложении водой даст смесь равных объемов
метана и водорода:
Мн3С + 6Н2О = ЗМп(0Н)2 + СН4 + Т-12.
§ 152. Нальций-цианамид CaCN2. Одновременно с опытами сжигания
азота воздуха (см. выше, § 123) были произведены исследования в ином
направлении, которые указали путь уловления азота, при помощи углеро-
дистого кальция, или карбида кальция, СаС2.
Д-р Фрая к (в Шарлотснбургс) наблюдал, что карбид бария погло-
щает при высокой температуре азот, чтобы образовать цпапистый барий:
ВаС4 + Х2 • КнСХК
Применив эту ркащию к карбиду кальция, он увидал, что с послед-
ним она протекает по иному уравнению:
СаО3 + Na = CaCN2 -) С.
Карбид выделяет половину своего углерода п превращается уже пе
в цианистый кальций, а в кальций-цианамид, CaCN,. Это вещество, обрабо-
танное водой, при .подходящих условиях выделяет аммиак:
CaCN2 + ЗН2О -= ОСО» У 2УН3.
Разбросанное в почве, оно более или менее медленно разлагается ана-
логичным образом, и полому, употребляемое как азотистое удобрение,
оно может дать результаты, сравниваемые до некоторой степени с теми,
которые доставляют аммиачные соли.
В технике кальций-цианамид приготовляют, пропуская азот через
карбид кальция, растертый в порошок, при температуре около 800°. Реакция
происходит с выделением тепла, поэтому для поддержания высокой темпе-
ратуры не приходится затрачивать большого количества топлива.
Теоретически смесь гсальцнй-цианамида и угля, полученная таким
образом, должна содержать около 30% азота. В действительности же, вслед-
ствие нечистоты углеродистого кальция, а также от тех изменений, которым
подвергается этот продукт во время операции, содержание азота в сыром
кальции-цианамиде ниже этого числа. По Г. Франку, оно колеблется между
14 и 22%. Кальций-цианамид представляет черный порошок, в воздухе не
153 -154 Водорэд псише соединения углерода 173
изменяющийся, слабо пахнущий фосфористым водородом. Технический
продукт состоит из 37% кальций-цианамнда, 14% выделившегося во время
приготовления углерода, 21% окиси кальция, 3,5% кремнезема, 4% окиси
.железа и небольших количеств извести, серы, фосфора и углекислоты.
Среднее содержание азота около 20%. Можно также получить кальций-
цианамид непосредственным действием азота н угля па окись кальция в
электрической печи. Реакция, совершающаяся при этом, кроне ходит по
уравнению:
СаО + 2С + N2 = СаСХг + СО,
по этот способ оказался менее выгодным, чем вышеописанный.
СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА С ВОДОРОДОМ.
§ 153. Углерод образует многочисленные соедпачшя, в состав коих
входит водород, кислород, азот и многие друг ! элементы. Многие из этих
соединений являются продуктом жизисдеятольности животных и растений,
па пр., жиры, углеводы, белковые вещества н т. и., и было время, когда
полагали, что все эти соединения могут образоваться только под влиянием
особой — так называемой жизненно! силы, присущей живым
организмам, и поэтому соединения углерода описывались в особом отделе
химии, носящем название органической химии.
В пятидесятых годах XIX столетия Бертло получил путем синтеза
многие жиры, затем п другие органические соединения, и с тех пор успехи
синтеза настолько увеличились, что в настоящее время мы умеем получать
в химических лабораториях даже такие сложные вещества, как сахар,
и тела близкие по составу к белковым, так что нет оснований выделять соеди-
нения углерода в особую органическую химию, но это приходится
делать ввиду многочисленности этих соединив mt: благодаря успехам син-
теза о р г а. н и ч с с к а я химия (другими словами — х и м и я у г л е -
роди с т ы х сое д и и с и и й) по своему фактическому материалу
едва ли не превосходит неорганическую химию. Число соединений углерода
считается десятками тысяч (их известно более 150.000), а число водородистых
соединений углерода — сотнями.
§ 154. Из многочисленных соединений углерода с водородом, или
углеводородов, рассмотрим здесь только три: ацетилен.
(%На, этилен, С2Н4, метан, С1Т4,
Мы начнем с ацетилена, С2НЙ, — так как он может быть полу-
чен вешюредствепным соединением углерода с водородом при получении
вольтовой дуги р атмосфере водорода.
Ацетилен получается, также при неполном сгорании светильного газа,
наир., он образуется всегда в том случае, если пламя обыкновенной бунзе-
повой горелки «перебросит», т.-е. когда светильный газ горит у нижнего
отверстия горелки при недостаточном доступе воздуха.
J74
Ацетилен-
§ 154
В настоящее время его получают фабричным путем при действии воды
на углеродистый кальций:
СаС2 “I- 2НаО — СаН2О2 Ч- С/аН2,
' Это разложение можно производить во всех аппаратах, служащих
для добывания водорода; нужно при этом иметь в виду, что при этом происхо-
дит сильное разогревание, а поэтому необходимо прибавлять воды очень
осторожно.
Ацетилен сгущается при Оэ под давлением 227» атмосфер. Его крити-
ческая температура 37°. Под атмосферным давлением кип. при — 84°.
Уд. в. жидкого ацетилена 0,46 при 0°. Под влиянием электри-
ческой искры, а также взрыва гремучей ртути,
он моясет сильно взрывать, разлагаясь с выделением тепла:
С2Н2 = С2 + На.
С воздухом или кислородом он образует гре-
мучую смесь. .
Ацетилен горит сильно коптящим пламенем, при хорошей же тяге
Воздуха, напр.', если пламя газа окружить ламповым стеклом, пламя ацети-
лена не коптит л горит очень ярко.
Причина яркости пламени ацетилена ясна: ацетилен — соединение
эндотермическое:
Са ф- Н? = С2Н2 — 60,4 бол. кал.,
т.-е. в ацетилене содержится больше энергии, чем в свободном углероде и
водороде, поэтому при сгорании 1 граммолекулы ацетилена (26 гр.) выде-
лится на 60,4 бол. кал. больше тепла, чем при сгорании 24 тр. (2 грамматомов
углерода) и 2 гр. (1 граммолекулы) водорода, следовательно, темпе-
ратура пламени ацетилена будет очень высока, кроме того, в пламени аце-
тилена находится большое количество частиц угля, которые благодаря
Высокой температуре Накаливаются добела.
Ввиду яркости пламени ацетилена, а также легкости его получения,
в настоящее время предложено много приборов для его добывания.
Ацетилен при комнатной температуре растворяется в воде почти в рав -
ном объеме, в Насыщенном соляном растворе значительно меньше. Очень
легко растворяется ацетилен в ацетоне, который при 15° при атмосферном
давлении растворяет 2б, а при —75°. 2000 объемов ацетилена. Так как
растворимость газов возрастает пропорционально давлению, то 1 литр аце-
тона при 15° и давлении 12 атмосфер растворит 300 литров ацетилена. Так
как раствор, содержащий 100 объемов гаеа в одном объеме ацетона не взры-
вает, то таким раствором наполняют стальные цилиндры для целей осве-
щения.
• Ацетилен может присоединять галоиды: 1 частица ацетилена может
присоединять к себе два или четыре атома брома:
С2Н2 + Вг, - С2Н2Вг2
С4Н2Вг2 + Вг„ = С2Н2Вг4.
155—156
Этилен. — Метан

Равным образом он может присоединить 2 или 4 атома водорода и пе-
рейти в эти л е н CfH4 и этан О2Не.
СаНа + На=СгН4
С2Н2 + 2Н2 = С2Нв.
Для этого- нужно в водный раствор ацетилена, содержащий коллои-
дальный паладий или платину, пропускать водород.
Ацетилен, пропущенный в аммиачный раствор солей закиси меди и
окиси серебра, дает с медью красный осадок, а с серебром — белый. Состав
ацетилепистоймеди СиаС2, ацетиленистого серебра C2HAg. Ag(OH). Полу-
ченные осадки, будучи высушены, при ударе разлагаются со взрывом.
При действии на них кислот они выделяют обратно ацетилен.
§ 155. Этилен илп маслородный газ, С2Н4, представ-
ляет соединение, содерясащее вдвое более водорода, чем ацетилен.
Этилен получается при нагревании винного спирта с крепкой серной
кислотой:
С2П6О - C2I-I4 4 Н2О.
Реакцию можно рассматривать таким образом, что серная кислота
отнимает воду от спирта.
Этилен — газ бесцветный, сгущающийся при О' под давлением 48 атмо-
сфер. Горит ярко светящим пламенем и, подобно рудйичному газу, образует
с кислородом очень взрывчатую смесь.
С галоидами легко соединяется: частица этилона присоединяет два
йтома брома:
С2Н2 + Вг2 = С2Н3Вг2 (бромистый этилен).
Этилен — подобно ацетилену — соединение эндотермическое:’
С2 4 2112 — С2Н4 —14,8 бол. кал.
§ 156. Самое богатое водородом соединение углерода есть м е т а н плй
болотный (рудничный) газ СН4 (25% водорода). Он получается
в смеси с этиленом при сухой перегонке каменного угля, а также выделяется
при гниении органических веществ (напр., остатков растений) при малом
доступе воздуха. Поэтому он выделяется со дяа болот, прудов и других
водных вместилищ, где скопляются гниющие остатки растений. Он нахо-
дится также иногда в каменноугольных копях, где является причиной стран-
ных взрывов, ибо в смеси с кислородом, он представляет взрывчатую смесь.
В лаборатории лучше всего получать метан нагреванием смеси уксусно-
йатриевой'соли в едкой извести пли едкого Матра NaOH:
’ NaC2H3O2 + NaOH = NaaCO3 + СН4.
Он может быть получен также синтезом при пропускании смеси парой
сероуглерода и сероводорода вад раскаленной медью: при этом медь отнимает
от обоих газов серу, а остающиеся элементы, водород и углерод,—
соединяются и образуют болотный газ:
CS2 4- 2H2S 4- 8Cu = 4Cu3S + CI14,
Строение углеводородов
$ 157
Он может быть получен также при разложении водой некоторых угле-
родистых металлов (карбидов), напр., углеродистого алюминия, С3А14:
С3А14 + 12Н2О = 4А1 (OH)S + ЗОН*.
Метан бесцветен, мало растворим в воде,- сгущается в жидкость, ки-
пящую при — 160°. Он горит бледным пламенем.
Продуктами его горения являются углекислота и вода:
ОН4 + 2О? = СО2 + 2НаО.
Метай не способен присоединять к себе галоиды, но атомы водорода
в нем могут замещаться атомами галоидов; напр., хлор под влиянием рас-
сеянного света может замещать в нем 1, 2, 3, 4 атома водорода:
СИ* + С12 = НС1 + СН3С1 (хлористый метил).
С'Н3С1 4- С12 = НС1 + СН,С1а (хлористый метилен).
ОВД + Cl, - НС1 -I- С.НС13 (хлороформ).
СНС13 + С1а = НОТ 4- СС14 (хлористый углерод).
Метан — соединение экзотермическое (т.-е. при образова-
нии его из элементов выделяется тепло).
О 2HS = СН4 4- 18,8 бол. кал.
§ 157. Строение Водородистых соединений углерода (углеводородов).
В метане углеродный атом соединен с 4 атомами водорода и больше
4 атомов водорода удержать не может. Углерод является, таким образом,
элементом ч етыри х а т о м н ы м. ОСроенвс метана может быть изобра-
жено следую ищи образом:
И
I
н. -о и
I
л
Метан — соединение насыщенное, т.-с. неспособное к реакции при-
соединения других элементов; при действии на него галоидов он не может
присоединить ни одного атома, брома, хлора, иода и т. п., но последние
могут замещать в нем атом за атомом водород; строение хлористых соеди-
нений, уравнения образования которых помещены выше, изображается
следующими формула та строения:
s н ci ci ’ ci
1111
Н-0 Т( л— С—И С1 С П- 01—С--01
I 1-1 I
01 С1 С1 01
X пор исты if Хлористый Хлор с форм. Хлористый
штил. метилел. углерод.
§ 157 ('троение углеводородов
177
Наряду с хлористыми соединениями существуют бромистые и подп-
етые: СН3Вг, СН2Вг2, CHJ3 и т. д.., строение коих изображается аналогич-
ными формулами.
Подобно тому, как 2 остатка аммиака П.Н2 могут соединяться
друг с другом и образовать частицу ди а ми да или гидразина
NH2. NH2j так и остаток СН3 — метил, получаемый через удаление из
частицы метана одного атома водорода, в отдельности существовать не мо-
жет, но соединяется с себе подобным и образует частицу э тана СН3 . С'Н^
строение коей изображается так:
Н И
н н
т.-е. каждый углеродный атом одной единицей сродства соединен с другим
атомом углерода , а тремя единицами сродства с 3 атомами водорода. Частица,
этапа —тоже насыщенная, опа нс может присоединить других элементов,
по может обменять атомы водорода па атомы галоидов и т. и.; так, известны
хлористые, бромистые, йодистые производные такого состава: С2Н5С1,.
С'2-^-4С1а, C2H3Brg, C'gl-IgJ и т. д.
Частицу этапа можно рассматривать происшедшей из частицы хлори-
стого (или йодистого) метила через замещение в ней атома хлора (или иода)
метилом: это подтверждается реакцией образования этапа, который может,
быть получен при действии натрия на подпетый метал:
2СН3 . J + 2Na = 2NaJ -4- СН3. СН3.
Из хлористого (или йодистого) этила СН3 . СН2С1 (или СН3 . CH2J),
замещая в нем атом хлора (плц пода) 'цетилом, мы можем получить новый
углеводород СЫ3. СН2. СП3 —пропан, строение которого изобра-
жается следующей формулой:
ИНН
I
И—С—с—с—н,
! I I
ИНН
т,-е. три атома углерода, соединены между собою так, что одна единица срод-
ства у крайних углеродных атомов потрачена на соединение с центральным
атомом углерода (который двумя единицами сродства удерживает два атома
водорода), остальные же три единицы сродства удерживают 3 атома водорода,
около каждого атома углерода.
Каблуков. Неорганическая хвиея. J2.
776’
Строение углеводородов
§ 157
При замещении водорода в частице пропана галоидами, могут про-
изойти два случая: атом галоида заместит атом водорода или у одного из
крайних углеродных атомов, или у среднего; напр., может получиться:
ИНН Н Н Н
I 'I I III
и—с—С—С—J или Н—С—С—С—Н
I I .. I III
Н Н Н Н J н
Подпетый пролил. Йодистый изопропил.
Таким образом получаются два соединения, частицы которых одина-
кового состава, но отличаются различным расположением атомов, частицу
образующих: тела, состоящие из частиц одинакового состава, но различного
строения, отличаются и различными свойствами. Они называются изо-
мер и ы м и телами.
Мы получим различные тела, смотря по тому, будем ли мы замещать
атом иода метилом в иодисток пропиле или и з о пропил е:
в первом случае получим бйу тан: СН3 , СН2 . СН2 . СН3:
н н н н
1111
н—с—с—с—с—н,
1111
н н н. н
во втором — и 3 о б у т а н: СН2 . СН(СН3)2:
н н н
I I I-
н—с—с—с—н
I I I
Н СН3Н
Бутан и изобутан — изомерные углеводороды.
Из этих углеводородов можно аналогичным путем получить углево-
дороды и т. д +
Таким образом через замещение атомов водорода в метане группой
метила мы получили ряд углеводородов: С2Нйт С3Н3 , С4НГ) и т. д.
Все эти углеводороды образуют так называемый гомологиче-
ский ряд, характеризующийся тем, что каждый последующий член ряда
отличается по составу от своего предыдущего на постоянную гомоло-
гическую разность СН2+ Члены одного и того же гомологи-
ческого ряда, или гомологи, обладают многими общими х и м и -
носкими свойствам и. Состав гомологов может быть выражен
одной и той же облюй формулой: так, состав гомологов метана
или насыщенных углеводородов выражается формулой
СКН? +2, Подставляя вместо п—<L, 2, 3 п 4 и т. д. мы будем получать фор-
§ 158 Дополнение к теории пламени . 179
мулу метана, этана и т, д. Для первых членов ряда: метана, этана, тропана —
неизвестно, да по теории и не предвидится изомеров, для углеводорода
С4Н10 — известны два изомера; для С6Н18 число изомеров еще больше
и т. д.— с увеличением числа атомов в частице возрастает число изомеров.
Этилен, С2Н4 не принадлежит к гомологам метана, он отличается от
последнего способностью присоединять к себе атомы галоидов: пропуская
этилен через бром, мы получим бромистый этилен СгН4 Вг2 (ур. см. § 166),
строение которого можно изобразить'формулой:
Н Н
Н—С—С—II
Вт Вт
то — этан, в котором по одному атому водорода у каждого углерода заме*
щено бромом. Этилен — соединение н е н а с ы ш • н и о с. не пре-
дельное, и строение его изображают формулой:
н—С = с—н
н н
Две черты между углеродными атомами означают, что две единицы
сродства у каждого углерода пошли на соединение углеродных атомов;
такого рода, соединение называется двойной связью. Замещая
атомы водорода в этилене группой: метилом, этилом и т. д., получаем ряд
гомологов этилена, или ‘ряд олефинов, непредельных углеводородов
общей формулы СрН^,. Все они способны присоединять два атома
галоидов.
Ацетилен, СгНг, представляет первый член гомологического ряда
углеводородов формулы С„ Н2я_2. Строение его изображают:
н—с=с—н,
т.-е. 3 единицы сродства каждого углеродного атома пошли на соединение
с атомом углерода, а четвертая — на соединение с атомом водорода. Такого
рода соединение называется тройной связью. Тела с тройной связью
способны присоединить 4 атома галоидов (О других органи-
ческих соединениях см. далее: Краткий очерк
органических соединений).
§ 158. Дополнение к теории пламени. Метая, этилен, иногда также
ацетилен являются главной составной частью светильного газа. Все эти
газы с кислородом образуют взрывчатые смеси, и поэтому в те помещения
(напр., в каменноугольные рудники), где может скопиться метая и т., п.,
нельзя входить с зажженной свечей, иначе может произойти страшный
взрыв.
12-
180
Дополнение к теории пламени
S 159
При работах в каменноугольных копях употребляют лампу Деви
(рис. 83), которая отличается от обыкновенной лампы только тем, что пламя
ея окружено металлической сеткой. Газы свободно проходят через сотку,
и поэтому взрывчатая смесь может беспрепятственно проникнуть внутрь
колпака из сетки, и там может произойти взрыв, которому сетка воспрепят-
ствует распространиться далее.
Такое действие сотки может быть разъяснено сл< кющнми опытами:
1) если светящееся пламя буизеновой горелки или ю росте й лампы при-
крыть метал. и юк : ой (рис. 84), тоодамя задержится сеткой, сверху ко-
торой будет итти только дым*, 2) • ели вад тазовым рожком на р юсг оянин двух
сантиметров держать сетку и. 114 , ш газовый пран, поднестп спичку сверх,
сетки, то газ будет гор« ть над сеткой, пока последняя не нагреется (рис. 64а).
§ 159. В § 48 описана горелка В у н з е н а, Для сжигания ортани-
Рис 83-
Рис 84.
Рис. 85-
ческих веществ при анализе употребляют печи, подобные изображенной
на рис. 85, которые состоят из ряда горелок Бунзена.
Для получения высоких температур с помощью газового пламени может
служить паяльная горелка, в которой температура пламени повы-
шается искусственным вдуванием в пего воздуха. Паяльная горилка (рис. 8G)
состоит из двух металлических трубок, входящих одна в другую. Кольце-
образное пространство между находящейся в середине тонкой трубкой и
стенкамп более широкой соединяется с краном (а), приводящим светильный
газ, который и зажигается у отверстия (с). Впутреппяя же тонкая трубка
переходит в кран (Ь), соединенный или с ножным мехом, вдувающим воз-
дух, или с водяным воздушным нагнетательным насосом.
Если желают пламя спиртовой лампы получить совершенно бесцвет-
ным пли же направить его в определенную точку, то прибегают к помощи
паяльной трубки.
$159
Дополнение к теории пламени
181
Паяльная трубка (рис. 87) представляет собою медную трубку с ро
говым или костяным мундштуком (С). Конец трубки загнут под прямым
углом в короткую трубочку (а) с узким отверстием. Иногда (как изображено
на рисунке) трубочка (а)
соединяется с длинной труб-
кой посредством барабана (А).
При помощи паяльной
трубки вдувают ртом воздух
в светящееся пламя га-
совой горелки или спиртовой
лампы (см. рис. 88). Проис-
ходит смешение газа с воз-
духом, более полное горение,
и температура пламени повы-
шается.
Пуп работе с паяльной
трубкой мож i изменить ха-
рактер к. та м«ят, пол у ча t ся
то окислительное, то восста-
новительное пламя, смотря по
тому, как вдувать воздух.
Если конец паяльной трубки
ввести в середину газового
пламени (рис. 89) и дуть силь-
но, то полученное пламя, бу-
дет бесцветно, благодаря пол-
ному сгоранию газа. Оно со-
держит избыток кислорода и
окне тяготея' вещества, способные
называется окислитель-
ным пламенем, так как в нем юп;о
пр ।гсоеди п ять Ki icлород.
Если же конец паяльной трубки подвести к самому краю светящегося
пламени (рис. 89), и дуть слабо, то получается пламя, внутри которого можно
заметить светящийся конус, образующийся благодаря неполному горению
газа. Такое пламя называется восстановительным, так как
182
Дополнение к теории пламени §§ 163—161
«. /»е
заключает в себе частички несгорёвшего углерода, способного при высокой
температуре отнимать кислород от многих веществ, т.-е. восстаповлять их.
Вдувание воздуха в паяльную трубку производится обыкновенно бее
участия легких, а только при помощи мышц щек, почему можно очень
долго вдувать в трубку, вдыхая воздух через пос.
§ 160. В § 46 мы видели, что яркость ллам< ни зависит ,т
раскаленных частиц твердого тела, лахоляяр в илам -ли
пламя водорода, обладающее высокой т< мшратур. и. б : тио,
ибо в всм ист твердых накаленных ч стик: : ’ . ?ы им
его парами какого-либо углеродистого соединения, или, как.
говорит, к а р б у р и р у е м его, то оно сделается светя-
щимся, что можно показать на следующих опытах:
1. Через колбу С Тремя "Ь релшг.щ (рис. 92) Л] .
водород; заставляя через воронку капать по каплям бензол.
CeHs, мы получаем светящееся пламя.
2. Изображенное на рис. 91 расположение приборов
позволяет получать по желанию светящееся или бесцветное
пламя водорода, Трубка а—пустая, трубка жеЪ наполнена ва-
той, смоченной бензолом, и водород, приходящий по трубке f.
Рис.
Рис. 91.
может быть пропускаем через кран е в трубку Ъ. и тогда получается пламя
светящееся, или же через кран d в трубку а. и тогда пламя бесцветное.
§ 161. В последнее время для освещения очень распространена горелка
Ауэра, которая представляет буняеновскую горелку, в пламени которой,
добела накаливается шаровая сетка (чулок), получаемая в виде зольного
скелета из нитей, пропитанных азотнокислым торпем и церием. Для полу-
чения оулкал тонкая тюлевая ткань напитывается раствором азотнокислого
тория Th(NO3)4 и церия Ce(N03)4 (составленным в такой пропорции, чтобы
после обжигания получилась зола, состоящая из 98—99% окиси тория
ТЬО2 и 1—2% окиси церия СеО2 и небольшого количества посторонних:
§ 162
Угольный ангидрид
183
примесей) и затем обжигается на горелке, ткань при этом сгорает, а зола
образует легкий «чулок», сохраняющий вид сетки. Внесенный в пламя
буизеновой горелки он накаливается добела. Этому накаливанию много
помогает окись церия, которая способна понижать температуру воспламе-
нения газа градусов на 300.
В присутствии окиси церия сподипенис водорода с кислородом насту-
пает уже при 350°, тогда как без окиси церия оно происходит только при 650°.
Таким образом окись церия вызывает более быстрое и более интенсивное
соединение водорода (выделяющегося от разложения газа) с кислородом
и сожнганием сильно пригретых таким образом газов поднимает темпера-
туру пламени до чрезвычайно высокого предела, доходя вследствие этого
и сама до выспг-й степени- накаливания. Роль окиси тория (составляющей
около 99%) з<и. г < гея в То.Ч] что, выделяясь при обжигании в виде тон-
чайших пятой. она пр’ тетав ляет массу, плохо проводящую тепло, п поэтому
частички ее' ед церия, распределении! им, г туг накаливаться до высо-
кой темпер; гуры.
КИСЛОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА.
§ 162. С кислородом углерод образует соединения: уголь и ы ц
ангидрид, СОа, и окись углерода СО1).
Угольный ангидрид (неправильно называемый углекислотой),
СО.,, образуется при прямом горении угля или углеродистых соединений
в кислороде или воздухе. Он образуется также при дыхания (о содержании
его в воздухе см. § 124,
В виде солей углекислоты он находится в земной коре в громадных
количествах, именно, в виде углекислого кальция, различные виды которого
называются известняком, мелом, мрамором п известковым шпатом.
Доломит, образующий в иных местах целью горный хребты, предста-
вляет соединение углекислых кальция и магния, СаСО3 . MgC03.
Углекислота выделяется из земли в различных местах, большей частью
вблизи вулканов (Собачья пещера близ Неаполя, в Италии, Мертвая долина
на о. Яве и на Кавказе, в селениях Уцера, Глора, Рачинск. у., Кутаисской
губернии). Различные минеральные источники содержат се в растворе
в больших количествах; таковы источники пирмонтские, зельтерские, Гей-
зер в Саратоге, Нарзан на Кавказе и т. под. ,
Один из наиболее легких способов получения углекислоты состоит
') В 1906 г. О. Д ц л ъ с п Б. Вольф получили тело состава С30г, которое оно назвали
недокисью углерода. Эго тело представляет летучую жидкость, кипящую при 7®
и застывающую при — 111°. Ода легко полимеризуется в твердое тело (С3О3)п. Из мелли-
товой кислоты Св(СО,Н)в при ее нагревании с хлористым бензоилом (CeHbCOCJ) получается
полный ан г и д р и д меллитовой кислоты С1309— кристаллическое, очень стойкое,
в воде не растворимое тело, интересное по составу тем, что оно содержит 50% углерода и
50% кислорода.
184
Угольный ангидрид
§ 162
в действии соляной кислоты на какую-либо углекислую соль. Всего чаще
беру? углекислую известь;
СаСО3 + 2.НС1 = CaCls --- СО2 - Н2О.
Добывание ведется в таких же аппаратах, какп» •?": ' --бывания
водорода. О получении угольяаго ангидрида при ' . гвии углекислой
изосети см. далее §§ 218, 219.
Угольный ангидрид — газ бесцветный, кгп л " ; . Уд. в. его
но oT.nouieiiii < 11,- воздуху 1,524 и 22 и . ‘ /гением
86 атмосфер при 0 он сгущается в жидкость: при нспарешш жидкого уголь-
ного ангидрида под давлением одной атмосферы поглощается такое большое
колпЧ''-cj'bo тепла, что остальная часть углекислоты превращается в твер-
дую снегообразную массу. Точка испарения этого спета дожит при—79е.
Точка в гавлення его под давлением 5 атмосфер равна —57°. Твердый
угольный ангидрид растворяется в эфире, при чем температура не
понижается ниже —79°. При растворении же его в хлористом метиле
до насыщения достигается температура — 85°.
В пустоте температура снега, из угольного ангидрида понижается
ДО 125°.
Критическая температура для угольного ангидрида ' 31".
Винду он; ЧИТАЛЬНОГО Те.ХНПШёСКОГО уц> ТребЛСШП! как жидкого, так и
газо< орала, л'п у гетп.п >!•« лиги 1рида, его
. ' jnuM путем и рассылают
в > тышх цилиндрах К (рис. 93),
выдерживающих давление в 250 ат-
могл р. Выг .та цилиндра 1 метр, диа-
метр 12 сайг., при толщине стопок
в 9 мналлшетроп. Открывая кран V,
-получают струю газообразного уголь-
ного ангидрида, если цилиндр стоит
так, как показано на рисунке. Для по-
лучения яге твердого угольного анги-
дрид;) цилиндр опроет.дывают: тогда, при
открывании крана V будет выливаться
жидкий угольный ангидрид, который,
испаряясь, настолько охлаждается, что
превращается в твердую массу.
В воде угольный ангидрид раство-
ряется довольно значительно: при 0°
под давлением одной атмосферы 1 объем
Воды растворяет 1,8 объема уг. ан-
гидрида.
Раствор угольного ангидрида в воде можно рассматривать, как раствор
угольной кислоты, Н,СО3; он имеет кислый вкус, и синяя лакмусовая бу-
мага в нем краснеет. Несмотря на несуществование определенного гидрата,
§ 163
Опись углерода
185
известны соли,,получающиеся при действии угольного ангидрида на ра-
створы щелочей, равно как прямым соединением окислов и их гидратов
-с угольным ангидридом ,напр.:
2 КОН + СО2 = К2С03, + Н2О.
углекислый калин
КОН 4- СО2 = ’ КНСОз
кислый углекислый калий
СаО + СО2 = СаС03.
Са(0Н)2 + СО2 = • СаС03 + Н2О.
углекислый кальций.
Для углекислоты известны два ряда солей: кислые, наир.,
к и с л ы й углекислый (двууглекислый) натрий, NaH003, и средние,
например, углекислый натрий, Na2COs (сода).
Щелочные углекислые соли в воде растворимы, углекислые же соли
щелочно-земельных (ОЙМу, Ba. Sr) и тяжелых металлов—нерастворимы.
В §29, ci и. 30. б т.то указано, что в В' " . содержащей углекислоту,
рас'1воряется yr.v-Kiir.i ,ш I, жй.
Это происходит от того. . утло! I иш кельи я при действии угле-
кислоты образует к и с л ы и у г л о к и с л м и к а л ь ц н и, Сэ(П('Ог)2,
растворимый в воде:
СаСО3 + СО2 Н2О = Са(НС03)2.
Полученная кислая соль очень непостоянна.
Если нагреть прозрачный раствор, содержащий кислую соль, то послед-
няя распадается на углекислый газ и углекислый кальций, который выпа-
дает п в виде осадка:,
Са(НСОа)2 = СаСО3 + СО2 + Н2О.
Угольный ангидрид имеет большое применение при изготовлении
шипучих вод и пива.
§ 163. Окись углерода, СО, получается при гореипгг угля и углеро-
дистых веществ при недостаточном притоке воздуха. При этом образование
окиси углерода является вторичной реакцией: вначале уголь сгорает в уголь-
ный ангидрид (СО2), а затем последний, проходя через накаленный уголь,
отдает ему часть своего кислорода:
СО2 -г С = 2С0.
При пропускании паров воды над раскаленным углем получается смесь
окиси углерода и водорода:
С + Н2О = Н2 + СО.
Продукты этой реакции (водород и окись углерода) — газы горючие,
при горении дающие весьма высокую температуру, на чем основано приме-
нение водяного газа (так называется эта смесь) в практике для
получения высоких температур. В настоящее время водяной газ служит для
186 Окисъ углеуови g 163
получения пз пего водорода: для этого водя ио й газ охлаждают жидким
воздухом, при чем окись углерода сгущается, а водород остается
газообразным.
В чистом виде можно получать окись углерода действием серной
кислоты на муравьиную кислоту
Н2СО3 = Н2О у СО,
или же при действии серной кислоты на щавелевую кислоту;
Н./+ '• - 11/1 - СО» - СО.
От получают/пл-я в ivo mev случае у: л.Н'.:" ангидрида смесь.
(СО3 и СО) освобождают, пропускал о<> через раствор едкого кали, погло-
щающий угольный ангидрид.
При пропускании электрических искр чрез смесь СО и О получается
взрыв. Но замечательно, что совершенно сухая окись углерода
с кислородом пе дает взрыва от искр малого напряжения, при малейшей же
подмеси влажности взрыв происходит. Искры значительного напряжения
производят взрыв И В сухой СО.
Окись углерода--газ без цвета, запаха и вкуса. При охлаждении
до - 140° п под давлением 36 атмосфер окись углерода сгущается в прозрач-
ную жидкость, кипящую при - 1!?0\Газ т, . я.товпт. < )т j(ia o происхо-
дит угар. Да , <. влення человека достаточно %". ! воздухе.
Окись углерода ГёрИТ Грубым ПЛаМРН'М. бр; ;уя угольный ангидрид;
СО - О СО,.
При высокой температуре, особенно в присутствии катализаторов,—
железа п ннккеля, окись углерода может выделять уголь и образовать уголь-
ный ангидрид по уравнению:
2С0 = С -г- С02 + 38800 м. кал.
Эта реакция обратимая, т.-е. при той же температуре угольный
ангидрид п углерод могут образовать окись углерода; так. при 450''
образующиеся газы состоят пз 98% СО, и 2% Си. Катализатором,
главным образом, служит не железо, а образующийся карбид желта
Fe3C.
Выше 950° окись углерода восстановляет окись железа по уравнению:
FeaO3 + ЗСО = 2Fe + ЗСО2;
этот процесс происходит в доменных печах (см. далее §§ 250а, 261).
При комнатной температуре окись углерода не поглощается раствором
щелочи, но при 120° и при давлении 3—4 атмосферы она легко поглощается
раствором едкого натра, при чем образует м у р а в ьи и о к и с л ы й
натрий:
NaOH+ 00 =HCO3Na.
i 164 Сероуглерод
Такам путем в технике готовятся в большом количестве натронные и
.. .• сечновые соли муравьиной кислоты.
При нагревании муравьинокислого натрия, с прибавлением 1/30 его-
веса едкого натра, от 250° до 360°, выделяется чистый водород и образуется,
щавелевокислый натрий (Па2С2О4):
2HCO2Na = Na2C2O4 + Н2.
Сернистый углерод.
§ 164. Углерод прямо соединяется с серой при высокой температуре..
При пропускании паров серы чрез накаленный уголь получается сернистый,
углерод CSa. Это — бесцветная, сильно преломляющая свет жидкость с
особым запахом. Уд. в. 1,203. Кипит при +67°, замерзает при —116°.
Он легко воспламеняется и горит в воздухе, служит хорошим растворителем
для многих тел. напр., для серы, фосфора, пода, многих жиров и масл.
На этом основано его применение для и а л ния масла семян.
Он очень ядовит: мелкие животные б । . гибают в атмосфере серо-
углерода: он <.1блада< . .. 1 л. . ди.пу няинч-вать 6} жешио и гонению..
С сернистыми щелочами он прямо соединяется и дает растворимые
тпоугольныс соли:
Xa^S + CSa = XaaCS3.
При действии на эти соли слабых кислот в спиртовом растворе выде-
ляется непостоянная тиоуголь нал кислота H2CS3.
Т и о у г о л ь н а я или сульфоугольная кислота является,
аналогом угольной: в ней сера заменяет кислород. При нагревании она
легко разлагается на H2S и CSa:
H2CS3 = H2S + CS2.
Циан (синерод), синильная кислота.
§ 165. Из многочисленных соединений углерода, в состав конх входит
азот, мы рассмотрим только ц и а н (синерод), C2N2, и сиперодисто-
водородную (синильную) кислоту, HCN.
Циан, C2Na йли Суа, получается при накаливании некоторых
синеродистых соединений; лучше всего для его получения брать сине-
родистую ртуть, Hg(CN)a, которая при нагревании разлагается на
металлическую ртуть и циан:
Hg(CN)a = Hg + C2N2.
Циан представляет пахучий, бесцветный и ядовитый газ, легко
сгущающийся при охлаждении в бесцветную жидкость, в воде нераствори-
мую, уд. в. 0,84, кипящую при — 21° н застывающую при — 36°.
Циан от действия электрических искр распадается на уголь и азот..
Циан горит красно-фиолетовым пламенем.
188
Циан
§ 165
Синильная или синеродистоводородная к и с -
л о та, HCN, представляющая соединение водорода с цианом, напоминает
ло своим свойствам галоидоводородные кислоты.
Калийная соль синильной кислоты образуется при накаливании смеси
угля с поташем (К2СО3) в струе азота:
4С + К2СО3 + N2 = 2KCN + ЗСО.
В технике он получается при прокаливании желтой кровя-
ной соли, нлп железистосинеродистого калия,
К jFeC8N3:
K4F. C$Ne = 4КСХ - F С2 - К2.
Синеродистый калий, KCN, — белая кристаллическая масса, притяги-
вающая влагу. Его нужно хранить в хорошо закрываемых банках; ибо при
.доступе воздуха он разлагается, так как углекислота в присутствии влага
вытесняет синильную кислоту, образуя углекислый калий:
2KCN + Н20 + СОа = К2СО3 + 2HCN.
Вследствие этен реакции синеродистый калий на воздухе пахнет си-
нильной кислотой (запах горьких млндалей).
Синеродистый i алий пр'Дстав.тя т о и л ь п >• й га и в я д: в технике
употребляется при гальваническом серебр< . я з гоч< гаи.
Синильная (и ли с и и - р |дпстоводородная) кис-
лота, CHN или СуН, —легко подвижная жидкость, кипящая при 37°
л застывающая при — 16°. Пары ее торят фиолетовым пламенем. Страшный
и быстро действующий яд; для отравления достаточно только вдыхания па-
ров синильной кислоты. Из ее солей она вытесняется даже такими слабыми
кислотами, как угольная.
Для получения водного раствора синильной кислоты нагревают жел-
тую кровяную соль с разбавленией серной кислотой в колбе, соединенной
с холодильником:
2FeK4C6N8 F 3H2SO4 = 6HCN + K2Fe2C6N6 + 3K2SO4.
Выделяющиеся прп этой реакции пары синильной кислоты сгущаются
вместе с водой в холодильнике, и в приемнике получается водный раствор
синильной кпелоты. Если перегонять такой раствор и собирать первые
порции перегона, то получается более крепкий раствор, а из него можно
получить безводную штильную кислоту. С этой целью к охлажденному
.крепкому раствору прибавляют куски хлористого кальция, и тогда безвод-
ная кислота всплывает в виде отдельного слоя, ибо в водном растворе
хлористого кальция она нерастворима. Соли синильной кислоты напоминают
галоидные, наир., синеродистое серебро, AgCN, подобно хлористому, AgCl,
нерастворимо в воде.
§ 168
Кремний н его соединения
189
КРЕМНИЙ Si = 28,3.
Уд. в. (по отношению к воде)=2,43.
§166. Кремний, подобно углероду, принадлежит к очень распростра-
ненным элементам на земной поверхности.
В состав земной коры онвходит, главным образом, в виде или свободного
кремневого ангидрида, SiO2 (кварц, горный хрусталь), пли
солей кремневой кислоты, называемых силикатами.
Кремний получается из кремнезема при нагревании его с магнием:.
SiO2 + 2Mg = 2MgO 4- Si.
Смесь нз мелкого песка (представляющего почти чистый кремнезем)
н порошкообразного магния накаливают в фарфоровом тигле. Реакция
между магнием и песком сопровождается большим выделением тепла.
При этом часть восстановившегося кремния соединяется с магнием, и по-
лучается 1ф МШ1НЫЙ магний
Si - = S ....
Обрабатывая полученную смесь слабей < ляном кпслегей, разлагают
окись магния и кремнистый магний, и кремний получается в виде а м о р ф -
по го порошка.
Он получается также при сплавлении кремнефтористого патряя с ме-
таллическим натрием:
Na2SiF6 + 4Na = 6NaF 4- Si.
При обрабатывании полученной массы водой фтористый натрий рас-
творяется, а кремний получается в виде аморфного бурого порошка. При
бело калильном жаре он плавится и сгорает.
Кремний может быть получен в виде кристаллического в том случае,,
если при добывании его вместо натрия взять алюминий:
3Na2SiFc + 4А1 = SAI2Fe + 6NaF + 3Si.
При этом'получающийся кремний растворяется в избытке расплавлен-
ного алюминия и затем при охлаждении выделяется в виде кристаллов,
включенных в алюминий. Обрабатывая соляной кислотой и затем плавико-
вей, отделяют кремний от алюминия и кремнезема.
Кристаллический кремний может быть так же получен, если для его
восстановления взят будет вместо алюминия ггпнк.
Растворяясь в расплавленном цинке, он кристаллизуется при охла-
ждении. Его освобождают от цинка, растворяя последний в соляной ххислоте’
G. de С h а 1 m о t получил кристаллический кремний при нака-
ливании в электрической печи смеси кварца (40 ч.), закись-окисн мар-
ганца Мп304 (5 ч.), древесного угля (15 ч.) и извести (15 ч.). После
охлаждения масса обрабатывалась сперва плавиковой кислотой, а затем
кипящей соляной' кислотой.
190 Кремний и его соединении §§ 167—168.
Таким образом кремний, подобно углю, известен в аморфном п кри-
сталлическом состоянии. Кристаллы кремния и'э.ют вид правильных
-октаэдров, уд. в. 2,49; они не проводят люктрцч* ства и не способны заго-
раться даже в чистом кислороде.
§ 167. Кремний, подобно углероду, образует мн'о ;ис. и нпые соедине-
ния. Он соединяется как с металлоидами, так и с металла .мп.
Кремний соединяется с фтором на холоду (SiFJ и с хлором при нагре-
вании SiCl4.
С углеродом при накаливании в электрической печи он даст углеро-
дистый кремний CS1, называемый карборундом.
Карборунд получается при восстановлении кремнезема, SiO2.
углем. Он представляет кристаллическое тело, уд. в. 3,1, зеленоватого цвета,
очень твердое, а потому применяется для шлифовки камней и стали. Он не
поддается действию кислот, даже смеси азотной и плавиковой.
С металлами кремний тоже соединяется: известны кремнистый каль-
.ций, Ca2Si, кремнистое железо, SiFea, кремнистый хром, SiCr21 кремнистый
марганец, SiMn2 и т ,п.
§ 168. С водородом кремний образует ряд газообразных соединений,
отвечающих по составу углеводородам формулы С„Н..„^2.
Водородистый кремний, SiH,. получается при действия
соляной кислоты на кремнистый магнии s‘?\_ .
Выд' ляюшпйся при этом газ, содержащий примесь водорода, воспла-
меняется па воздухе, превращаясь в воду, и кремневый ангидрид:
SiM.- j - 4НС1 = 8Ш+ - 2MgCl2.
SiH4 4- 2Оа - SiO, — 2ЩО.
Уравнение: Mg2Si -J- 4НС1 = 2MgCl2 + S1H4
.лишь весьма несовершенно выражает ход реакции, так как здесь как главный
продукт получается си лик о щав елевая кислот а — Sia02(OH)a
в виде белого нерастворимого тела и выделяются: свободный водород и
Устойчи- вость при 1 обыкн. темп. | Темп. разложе- ния. Выкод из $4 гр. SfMgs jjoo Йизка । лая 1 Температура.
Кипения. ( Пжвлс- 1 НИЯ*
М о н о с и лак SiH4 газ . , . устойчив ок. 700“ t 3,37
Ди.сллан Si2He газ . ♦ * . самовос- ламенлтя 'зоо* 1,03 | 1 ОЬЗб —15° —132,5°
Трнсплан SisHg жадк. . . взрывает обыкн. темп. 0,33 1,725 +63*. । -И?
Т е т р а с и л а н Si жндк. . 0,32 0,790 +804-90* — 93,5°
He и тасп л ан Si5H 12жпдк. > Г е к е а с и л а и Si6M14 жндк: ♦ |о,24 1 i
< 69 Кремний и его соединения 191
и 1ько Sili4, но и целый ряд гомологических кремневодородов, названных
пали, общей формулы: Si„H2n+2, как-то:' моно си л ан
' 5. дней ла н Si2H6, т р и с и л а и Si3H8, тетр а силан Si4H101
п и т а с и л а н Si5Hi2 и гексасилан Si8H14 (ср. § 157), при том,
. ч выше молекулярный вес силана, тем меньше его получается (см. таблицу).
]; таблице на стр. 190 сопоставлены главнейшие свойства силанов.
В отличие от углеводородов силаны легко окисляются на воздухе и тем
легче, чем больше молекулярный вес. При действии щелочей переходят
с выделением водорода в с и л и к а т ы.
Совершенно чистый м о н о с и л а н SiH4 получается более сложным
путем: сперва готовят кремнехлороформ, SiHCI3, пропуская при нагре-
вании хлористый водород, НС1, над кремнием:
Si + ЗНС1 = SiHCl3 + Ek
Кремнехлороформ — жидкость, кипящая при 34°; при действии на пее
спирта, I'Jlj'ifL получается кремнетрнэтиловый эфир,
< J L - 3C2H5(('Hi> = SilliUi :1IS)3 - 3HCI.
Последннй при па греканиц с металлическим натрием дает м о я о с и л а и
SilT,t, и к р е м н е т е т р а э т. и л о в ы й эфир (жид., кип. при 160е):
4SiH(0C2Hs)2 = SiH4 + 3Si(OC2H5)4.
Получаемый при этом чистый водородистый кремний воспламеняется
только при па грена ни и. При — 5° под давлением 70 атмосфер он сгущается
в бесцвегщю жидкость. При накаливании распадается на аморфный крем-
ний и водород.
Раствором едкого кали он разлагается с выделением водорода и обра-
зованием кремнекислого калия, K2SiO3:
SiII4 Н- 2КОН -г Н.О - K2SiO3 + 4П2.
§ 169. С галоидами кремний образует много соединений.
Фтористый кремний SiF4 образуется при прямом взаимо-
действии кремния и фтора (см. § 77). Кроме того, он получается при дей-
ствии на кремнезем, или кремневый ангидрид SiO2, плавиковой кислотой:
SiO2 4- 4HF = ЗН2О + SiF4.
Фтористый кремний — газ, дымящий па воздухе, вследствие разло-
жения водой. На летучести фтористого кремния основано применение пла-
виковой кислоты для гравирования на стекле (§ 76). При взаимодействии
с водой он даст кремневую кислоту, Si(OH)4 и кремнефторпсто-
в одородпу ю, H2SiFe.
Приготовление кремнефтористоводородной кислоты в небольших раз-
мерах можно вести следующим образом:
192 Кремнии и, его соединения § 169
В стеклянную колбу (рис. 94) вместимостью около 200 ко. с. помещают
смесь: 10 гр. мелко истолченного стекла или песку, 10 гр. фтористого каль-
ция (плавикового шпата, CaF3) и приливают 50 гр. крепкой серной кислоты.
Колбу укрепляют в штативе на азбестовой пластинке, запирают пробкой .
с газоотводной трубкой и смесь нагревают. Реакция идет следующим обра-
зом: при действии крепкой серией кислоты на фтористый кальций выде-
ляется фтористый водород:
CuF2 - H2SO j e CaSO4 + 2HF.
Дал*. Ф '.рпс ыл В'Ц. д у- ; r>v . с кремнеземом стекла, образуя
фтористый кремний:
SiO2 + 4HF = SiF4 - 2Н2О.
При пропускании фтористого кремния в воду он разлагается, выделяя
кремневую кислоту Si(OH)4 и фтористый водород:
SiF4 + 4Н2О = Si(OH)4 +'4HF.
S
Выделяющийся же фтористый водород соединяется с перазложившимся
фтористым кремнием, образуя кремнефтористоводородную кислоту:
SiF4 - 2HF = H2SiF6.
Разложение фтористого кремния па кр< чш-ву: кил юту и кремпефто-
ристоводородну - ., ..[о ш_ л ^’равнением:
3SiF4 - -Шр = si(OH)4 4- 2H2S1F6.
Газоотводную трубку от
аппарата, выделяющего фто-
ристый кремнии, опускают в
цилиндр, наполненный водой.
На дно цилиндра наливается
слой ртути, в которую и по-
гружается конец газоотводной
трубки.. Это дела стоя для того,
чтобы при разложении водою
фтористого кремния конец:
трубки пе был закупорен об- ,
радующейся кремневой кисло-
той. По окончании реакции
раствор кремнефтористоводо-
родной кислоты отфильтровы-
вают от студенистого осадка
кремнекисл оты.
Кремнефтористоводородная кислота — бесцветная жидкость, засты-
вающая в кристаллы (H2SiFe. 2Н2О), плавящиеся при 19°. Растворима в
воде во всех пропорциях,.
$ 70 Кремний и его соединения . 193
Лрв действии на ее раствор солей бария (напр., хлористого) получается
кристаллический осадок кремнефтористого бария, BaSiFe.
ВаС12 + нда = BaSiFe + 2НС1.
Соли же калия образуют полупрозрачный осадок кремнефтористого
калия K2SiF6:
2КС1 + HaSiF6 = K,SiF6 -j- 2HCI.
Ч е т ы р е х х л о р и с т ы й к р е м и и Ji SiCl4 получается при
пропускании сухого хлора чрез накаленную трубку, наполненную смесью
угля и кремнезема:
SiOa + 2С Н- 2С1г = SiCl4 + 200.
Сл( гу.ч обратить внимание пл 1", что ни (сухой) хлор, ни уголь в от-
дельности не в состоянии разложить кремневый : .'-‘Д темпера-
туре. при какой он разлагается при их совместном действии.
Ира ... . ,._л«.1 пак1юча>.-тся а том. чтеПрщсовмести-.-м действии
. '. ; . .. с.: йкпе (или обладаю-
щие меньшим запасом энергии), чемте, которые получались бы при действии
•дного хлора или одного угля на кремнезем: при действии первого на кремне-
зем может образоваться свободный кислород, при действии второю — крем-
ний, при совместном же действии обоих тел выделяющийся кислород соеди-
няется с углем, а кремний переходит в SiCl4.
Чстырехх пористый кремний может образоваться
также при действии хлора на аморфный кремний. Бесцветная жидкость,
кип. при 59°, уд. в. 1,6, Его нужно держать в запаянных стеклянных тру-
бочках, ибо на воздухе он разлагается от действия влаги, по уравнению;
SiCl4 + 4Н2О = Si(OH)4 +- 4HCL
Ч е т ы р е х б р о м и с т ы й, SiBr4, и четырехиодистый
кремни Й, SiJ4, получается при действии брома и иода на аморфный,
кремний.
SiBr4 — бесцветная жидкость, кип. при 153°. Уд. в. 2,82.
SiJ4 — кристаллизуется в бесцветных октаэдрах, плав, при 120 е,
КПП. при 290°.
. КИСЛОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ КРЕМНИЯ.
§ 170. Кремнезем, или кремневый ангидрид, SiO2, очень распространен
в природе в различных как кристаллических (напр., кварц, дымча-
тый топаз, аметист, горный хрусталь)',- так и аморфных
видоизменениях (агат, кремень, халцедон). Самым чистым
он является в виде горного хрусталя, кристаллизующегося
в гексагональных пирамидах, заканчивающихся гексагональной призмой.
Рис. 95—96.
Каблуков химия.
3
194
Кремневый анеидрм
§ 170
Горный хрусталь обладает большой твердостью, он режет стекло,
не плавится при самых высоких температурах плавильных печей, он пла-
вится только в пламени гремучего газа. Из растворителей на него действует
только плавиковая кислота.
В аморфном виде кремнезем получается также из золы многих растений:
тростника, хвоща, хлебных растений и т. д. Инфузорная земля иля
кизельгур (трепе л), залежи которой находятся в разных мест-
ностях (напр.,'около Вотума. также в Тифлисской губ., около Ахалцыка
и др.), представляет собой пе что иное, как скопление панцирей диато-
мовых водорослей, состоящих из кремнезема.
Песок состоит главным образом из зерен кварца.
В аморфном же виде кремневый ангидрид получается при прокали-
вании кремневой кислоты Si(OH)4.
Si(0H)4 = SiOa 4- 2НгО.
Уд. в. кристаллин, кремнезема 2,6, а аморфного—2,2.
В настоящее время, пользуясь высокой температурой электрических
печбй, из кварца приготовляют химическую по-
суду: чашки, колбочки, трубки и т. под. Такая посуда отличается тем,
что ее можно нагревать выше 1000°, кроме того, она выдерживает быстрое
охлаждение, не лопаясь: накаленная кварцевая трубочка, брошенная в хо-
лодную воду/не трескается. Но нужно отметить, что кварцевая посуда при
высоких температурах, не может служить для собирания водорода, ибо
последний диффундирует через ее стенки. Широкому распространению
кварцевой посуды препятствует её дорогая цена,
В технике кремневый ангидрид (кварц, песок) имеет большое примене-
ние для приготовления стекла.
Если накаливать смесь песка пли кварца с поташом (K/jOs) пли содой
(NasCO3), то угольная кислота выделяется, а натрий или калий соединяются
с кремневым ангидридом, и получается натриевая (или калийная) соль
кремневой кислоты — так называемое раств оримоестекло, ибо
Кремневая кислота 195
и растворяются в воде. Напр,, для получения натронного раствори-
кла сплавляют 3,5 ч. прокаленного углекислого натрия с 2 ч. песка.
- пия идет по уравнению:
SiO2 + Na2CO3 = СО3 + NaaSiOs,
кремнекислый натрий.
Выделяется углекислый газ и получается растворимый кремнекислый
натрий (растворимое стекло).
Если прилить к раствору кремнекислого калия или натрия соляной
tic. юты, то из раствора выделяется кремневая .кислота, HaSiO3, в виде сту-
Д1ППСТОЙ массы.
NaaSiO3 4- 2HCI = 2NaCl + HaSiO3.
Смотря но концентрации растворов, а такж-> крепости прибавляемой
соляной кислоты, кремневая кислота вы, ’ я или в виде студия, пли в
растворимой форме. В последнем случае
месей прибегают к д и а л п з у.
Кремневая кислота представляет тело
коллоидально е. т.-е, неспо-
собное проходить через животные
(напр., бычачий пузырь) и раститель-
ные (напр., растительный пергамент)
перепонки. Поэтому, если налить ра-
с гвор кремневой кислоты и хлорпстого
натрия (пли калия) в диализатор (так
называется стеклянный сосуд, дно
которого затянуто бычачьим пузы-
рем или растительным пергаментом)
(рис, 97), и погрузить его в сосуд.с чи-
стой водой, то хлористым натрий будет
проникать в чистую воду, а кромие-
1Л . 1Д' “ГНИЯ от других прп-
Piic. 07.
вал кислота останется в диализаторе.
Сменяя воду в наружном сосуде, можно достигнуть того, что почти весь
хлористый натрий будет извлечен из раствора, в котором останется одна
чистая кремневая кислота. Раствор кремневой кислоты вкуса не имеет, но
красит лакмусовую бумагу. Раствор кремневой кислоты очень непостоянен:
в присутствии очень незначительных количеств различных примесей, напр.,
углекислоты, из пего выделяется кремневая кислота в виде студенистой
массы. Предполагают, что кремневая кислота растворимая (гидро-
з о л ь) обладает составом SiO4H4 (о р т о к р е м и е в а я) к., при на-
гревании же выделяется студенеобразная мета кремневая к.
HaSiO3 (гидрогель).
Формула метакремневой кислоты HaSiO3, выражает только
ее состав,.а не молекулярный вес. Последний должен быть выражен фор-
мулой (H2SiO3)x, где х неизвестное, но довольно значительное число.
13*
196 Сравнение элементов углерода и кремния § 172
При высушивании студенеобразпой кетакремиев ofi кислоты,
она, постепенно теряя воду, переходит в целый ряд кислот; lljSiOa. 281Ог;
H2SiOs2SiO2 и т, д.„ пока не.обратится в кремневый ангидрид 8Юг.
Соли кремневой кислоты (с и л л к а т ы) очень разнообразны:
они весьма распространены в природе и являются главными составными
частями многих горных порот, напр.. с л ю д a, KA18iO4, полевой
шпат (ортоклаз) KAlSiO, 28iOs и т. п. Но по своему составу
они отвечают пе метакремневой i и л-.' . HaSiO3, а так паз. п о л п к р с м -
невым к К с л о г a if. i[.i: г.ыде.л пип л т г.З кремневой
кислоты. Состав в образование этих кислот м< жно изобразить следующими
уравне нпямп:
2(H4SiO4) - 2ЩО - H4Si3Oe
2(H4SiO4) — ЗН2О = HaSi2O5
3(H4SiO4) — 2HaO = HgSijOjg
3(H4SiO4) — 4H?0 = H4SisO8
..Общая формула поликремневых кислот mSiO2. пН2_О. В свободном
состоянии эти кислоты неизвестны, но природные силикаты представляют
соли той или другой поликремпевой кислоты.
§ 171. Искусственные силикаты имеют больпп г; ; ~ -
к ним относятся различные вилы с т с к л а, ;> у !> ; а. я и ••
Отекло есть a?. i смесь силикатов. Сообразно его составу,
влияющему на его свой . . . щ стекол: 1) калийно*
с в п н ц о в. о е, 2) натр о и н о- известковое п 3) к а л и й п > -
известковое. Л< рвое (так вазываемый флинтглас) получается
при сильном нагревания тесной смеси чистого песка, углеквелого калия
и окиси свинца в огнеупорных тиглях; при этом выдели
и кислород, и масса плавится в прозрачную жидкость. Флппттл.;с (хрустал?.)
имеет применение для приготовления оптических приборов. Н а т р о н п < -
известковое стекло — употребляется для. оконных стекол, для
приготовления реторт, склянок, колб пт. п. Ка л пйно -известко-
вое стекло отличается—трудноплавкоетыо и употреблю гея поэтому
всегда там, где нужно подвергать стекло высокой температуре.
В настоящее время производство стекла достигло высокой степени
совершенства: в Европе давно приобрело известность Йенское стекло,
изготовляемое фирмой Шотта (в Иене), в Америке в последнее время
(1922 г.) появилось стекло под названием «Ругех»—очень стойкое по от-
ношению к механическим ударам, не размягчающееся ниже 760°, обла-
дающее малым коэффициентом расширения: поэтому его молено нагреть
до 300° Ц. и затем быстро опустить в холодную воду (ср. выше с квар-
цевым стеклом, § 170). По своему составу 'оно представляет бороси-
ликат, не содержащий металлов П-ой группы и тяжелых.-
§ 172. Сравнение элементов группы углерода. К группе углерода при-
надлежат еще г ер м а ни й и олово (см. далее §§ 231 и 232), которые
Сравнение элементов углерода и кремнии 197
я в гаком же отношении к кремнию, в каком мышьяк и сурьма
высшие кислородные соединения их Ge О2 и SnOa представляют
. кислот, с хлором они образуют: GeCl4 и SnCl4. С водородом они
потея: кроме того по другим своим свойствам они являются
- шенными металлами и поэтому будут описаны далее.
Таким образом углерод .кремний, германий и олово составляют группу
::нт.з, сходных по составу своих соединений: высшие кислородные
.иля их общей формулы НО2, где R = С, Si, Ge, Sn.
Высшие водород пне соединения СН4 и SiH4. С хлором (и другими
пдами) они образуют соединения общей формулы RC14.
ГЛАВА VII.
Бор В—10,9.
§ 173. Бор в природе встречается в виде борной кислоты, Н3В<.'3.
пли в виде ее солей, главным образом, боронатровой соли или буры.
В свободном состоянии он получается при восстановлении борщи. □: гидрида
посредством натрия, магния пли алюминия, при очень высокой температуре.
Из сплава его с алюминием бор может получаться в кристаллах, которые
по твердости, блеску и л у непреломляемое™ сход-
ны с алмазом. Уд. в. 2,63 (рис. 99). По твер-
дости они превосходят корунд. Кристаллический
'х; /// 1 1 бор очень трудно окисляется. Анализы того, что
х--' считали кристаллическим бором, приводят к со-
Рис. 98. ставу от В12А1 до Bi5A1, кроме того, часто нахо-
дится примесь углерода, могущего поступить пз
графитового тигля. Кроме кристал.-пщеского, известно его аморфное видоиз-
менение, получаемое прп накаливании борного ангидрида с порошком
магния бея доступа воздуха. Уд. в. аморфного бора—2,45.
Прп красном калении бор соединяется с азотом и получается азотистый
бор, BN.
С хлором бор образует соединение ВС13, аналогичное хлористым соеди-
нениям фосфора и мышьяка,
Борная кислота, Н3ВО3, есть наиболее распространенное соединение
бора в природе; она встречается в значительном количестве в некоторых
местностях, напр., в Тоскане (в Италии), где она с парами во,цы выделяется
из трещин в земле (А) (рис. 99). Водные пары, насыщенные борной кисло-
той, так называемые suifioni (фумаролы), пропускают в наполненный водою
бассейн, где они сгущаются. Раствор борной кислоты в бассейне выпари-
вается вследствие нагревания теплотой входящих в него естественных во-
дяных паров и затей перепускается в ряды бассейнов В, С, D, Е, где ки-
слота начинает выкристаллизовываться.
Борная кислота получается также из ее природных солей — магне-
зиальной. или борацита.» и натронной, или буры.
Бура есть натриевая соль тетраборной кислоты состава
Na2B4O . 10Н2О.
При действии на насыщенный раствор буры соляной кислотой обра-
зуется борная кислота и хлористый натрий:
Ка2В4О + 5ЩО + 2Н01 = 2NaCl + 4Н3ВО3.
; 173
Борная кислота
199
Т iK как борная кислота растворяется в воде менее, чем бура, то при
_ .. нии к насыщенному раствору буры крепкой соляной кислоты (или
иол) борная кислота выпадает в виде тонких пластинчатых кристаллов,
, .горне отфильтровывают от хлористого натрия.
В чистом виде борная кислота представляет блестящие чешуйки,
жирные на ощупь, В воде она растворяется довольно хорошо: раствор обла-
200
Борная, кчслото
§ 173
даст слабокислой реакцией, но желтую куркум> .у: бум; жку окрашивает
в бурый цвет. Летуча с парами воды. Спиртовый раствор ее горпт зеленым
пламенем. При нагревании до 100° она терш г волу и п;-р₽х<>дит в м е та-
бор н у ю кислоту НВОа:
Н3ВО3 — Н2О = НВО,.
При более сильном нагревании борная кислота теряет большое коли-
чество воды ц переходит в тетра (четырех) борную к. НаВ4О7.
Бура есть натриевая с< ль .-•< й кислоты N ,В ,6'7.10 Ял •
Отношение между б^рпой кисл той и т е г р а б о р п о и выражается
уравнением:
4Н3В03 НаВ4О7 4- 5НаО.
При дальнейшем нагревании борная кислота теряет и остальную воду
н переходит в борный ангидрид или трехокись бора ВаО3.
Борный ангидрид, В2О3, плавится при нагревании и обра-
зует прозрачную стекловидную массу.В расплавленном состоянии он спосо-
бен растворять. целый ряд веществ, образуя окрашенные борные
стекла. Этим пользуются в аналитической химии.
В ушке платиновой проволоки сплавляют немного буры или борной
кислоты п к сплавленной массе прибавляют очень небольшое количество
исследуемого вещества. При нагревании в пламени паяльной трубки это
вещество растворяется в сплавленном борном ангидриде, и получается
характерное окрашивание, позволяющее судить о присутствии того или
другого элемента.
Вор с га л,оидами дает соединения BR3, где R = CI, Br, F.
Хлористый бор ВС13 представляет жидкость уд. в. 1,43при
4°, кип. при 4-12,4°. При действии воды легко разлагается по уравне-
нию: ВС13 + ЗНаО = В(0Н)3 + ЗНС1.
Фтористый б о р, BF3, газ, сгущающийся при — 100° и сильном
давлении. Водой разлагается с образованием HF, HBF, и борной кислоты:
BF3 + ЗНаО = 3HF 4- В(0Н)3.
HF 4- BF3 = HBF4.
При накаливании аморфного бора в азоте, аммиаке и т. и. азотистых
соединениях получается азотистый бор BN, белое аморфное тело,
разлагающееся при действии водяного пара на борную кислоту и аммиак,
§ 173а. В недавнее время были получены соединения бора с водородом—
бораны — аналогичные силанам.
Если нагреватв борный ангидрид с избытком магния, то получается
бористый магний. Из него А. Шток получил соединения BaHG и В4Н10, в
коих бор участвует не в качестве трехвалентного, как обычно, а как четырех-
валентный элемент, чем эти соединения приближаются к кремневодородам.
§ 1 (За Бораны SOI
Строение боранов можно представить следующими формулами:
НН Н Н Й Н
Г 1 .1111
Н—В—В—Н - н—в—в—в—в—н
I I ,1111
НН н н н н
Дибо I: I Тетраборан
аналогичными с формулами этана и бутана (ср. § 157).
Ди боран В2Щ. бесцветный газ, с неприятным, напоминающим
сероводород запахом с т. кип. —88° и т плав л, —169°. На воздухе
диборан воспламеняется, если к нему примешаны другие бораны. Вода
быстро разлагает его по уравнению -
ВЛ1, 6Н2О = 2В(ОН)3 + 6Н2.
Тетра б о ран В4Н10. бесцветная яацкость с t’кип. 16° до 17°,
обладает неприятным запахом, вызываюпщм головную боль.
При действии па бораны концептрпр' шапного едкого кали, выделяется
водород и получается гипоборат калия КОВН3.
В2Нв + 2К0Н = 2КОВН3 + Н2.
В4Н10 + 4К0Н = 4КОВН3 + Н2.
Г и побора т калия КОВН3 представляет собою рыхлые, напо-
минающие войлок кристаллы. Строение гипоборатакалия, вероятно, может
быть выражено -формулой КО — В = Н3.
Гилоборат калия на воздухе, притягивая влагу, расплывается в жид-
кость, выделяя водород:
2КОВН3 + 2НЙО = 2КО2В + 5Н2.
При нагревании он распадается ил борнокислый калий и водород.
При действии его на растворы солей Ag, Bi, Hg, выделяются металлы,
а из раствора сернокислой меди выделяется водородистая медь.
ГЛАВА VIII.
Периодическая система элементов.
Металлы.
§§174—177. Периодическая система э тсмснтое. — 178—180* Металлы. Физические свойства, —
§ 181* Заков Дюлонга и Пти. — 18*2—115. Сплавы и их свойства. — §§ 186—187* Окнсзы ме-
таллов, — § 188. Сернистые соединения. — § 189. Солл. — § 190. Закон двойных разложений* —
§ 191. Классификация солей. — § 192. Изоморфизм* — § 193. Растворы солей. — § 191* Пересы-
щенные растворы. — § 195* Диффузия растворов. Осмотическое давление* — §§ 196—198, Закон
фант-Гоффа, — §§ 199—200* Упругость пара растворов, § 201. Температура замерзания н кипения
растворов* — §§ 202—203* Определение молекулярного веса растворенных тел. — §§ 204—205.
Теория электролитической диссоциации* — §§ 206—207* Законы Фарадея, Электрохимические
эквиваленты, — § 208. Состояние металлов в природе и добывание их*
§ 174. При описании металлоидов мы видели, что они могут быть распо-
ложены в группы (напр., группа галоидов, группа кислорода, азота, угле-
рода), при чем элементы каждой группы, имея некоторые общие свойства,
отличаются по своим физическим и химическим качествам, в зависимости от
их атомного веса (См. §§ 80, 98, 145, 172).
Распределение элементов по труппам введено было в химию давно,
и давно замечена вышеуказанная зависимость свойств элементов каждой
группы от их атомного веса, но только в 1869 году Д. И. Менделеев
(бывший в то время профессором С.-Петербургского университета) указал
на связь . между отдельными группами. Вскоре, в 1870 году Лотар
Мейер, независимо от Д. И. Менделеева, в своей статье «О при-
роде химических элементов, как функции их атомного веса», высказал
взгляды, сходные с взглядами Д. И. Менделеева.
Основной принцип системы элементов Д. И. Менделеева может
быть формулирован следующим образом: химические и физи-
ческие свойства соединений, образуемых элемен-
тами, находятся в периодической зависимости
от веычнны атомного веса элементов.
Расположивши все элементы в ряд по возрастающей величине их
атомного веса, начиная с водорода и кончая ураном (см. таблицу I на
стр. 207), можно заметить, что наиболее сходные элементы не следуют непо-
средственно друг за другом, но разделены известными промежутками.
В самом деле, если, начиная с легчайшего, после водорода, элемента
лития, расположим элементы по их возрастающим атомным весам, то полу-
чим ряд:
Li—7, Be—9, В—11, С—12, N—14, 0—16, F—19.
Свойство каждого элемента изменяется постепенно самым правильным
образом.
§ 174
Периодическая система элементов
303
От тицических металлов Li и Be чрез В и 0 переходим к такому типи-
ческому металлоиду, каким является F.
Но затем ближайший к F до атомному весу натрий (Na = 23) походит
по многим свойствам на литий; магний (Mg = 24) повторяет свойства бе-
риллия, алюминий — бора и т. д.
Новый ряд:
Na—23, Mg—24, Al—27, Si—28, P—31, S—32, CI—35,45
является повторением первого ряда: свойства каждого ряда являются близ-
кими со свойствами членов первого ряда, Каждый восьмой член повторяет
свойства принятого первым при счете.
Таким образом, если всеэлементы расположить в по-
рядке по величине их атомного веса, то’получится
периодическое повторение свойств. Это выражается
законом периодичности: «свойства простых тел, также
форма и свойства соединений элементов, нахо-
дятся в периодической зависимости или, выра-
жаясь алгебраически, образуют периодическую
функцию от величины атомных в е с о ₽ элементов»
Д. И. Менделеев).
Такое периодическое появление сходных элементов может быть яснее
свего видно при размещении всех элементов в таблицу I по увеличиваю-
щимся атомным весам.
До открытия новых газов (аргона, гелия и др.) таблица заключала
8 вертикальных рядов (групп), означенных римскими буквам, и 12 — го-
ризонтальных, Вертикальные ряды заключают в себе группы сходных эле-
ментов, образующих естественные семейства; в каждом вер-
тикальном ряду находятся э.в менты, отпосяицв ся к четным и нечетным
рядам. В-настоящее время в ней добавлена особая «нулевая» группа (см. § 177)
и нумерация групп осталась прежней.
В первом горизонтальном ряду Д. II. Менделеев поместил
один водород в 1-й группе: во 2-м ряду находится Li, Во, В, С, N, О, F.
3-й ряд начинается с неона Ne, находящегося в нулевой группе, а за ним
следует натрий и т.д. Таким образом, тот резкий переход от фтора к натрию,
который наблюдался с 1871 г., в настоящее время сгладился: фтор элемент
с резко выраженными электроотрицательными свойствами, т.-е. свойствами
металлоидов, натрий же с таковыми же электроположительными; переход же
от одного к другому совершается через неон — элемент совершенно ней-
тральный, в котором оба противоположные электричества как бы совершенно
уравновесились. То же самое можно сказать про переход от хлора к калию
через аргон, брома к рубидию через криптон, иода — к цезию через ксенон:
вообще переход элемента нечетных рядов; 3-го, 5-го и 7-го к элементам четных
4, 6 и 8 совершается через элементы нулевой группы. Что же касается до
перехода от четных рядов 4-го, -6-го, 10-го к элементам нечетных рядов
5, 7, 11, то он совершается через 8-ую группу, которая содержит в каждом
201 Периодическая система элементов §174
ряду по 3 элемента: в 4-м Fe, Со, Ni, в 6-м Ru,. Rh, Pd н в 10-м — Os, Ir, Pt.
Начиная с 4-го ряда, наблюдаются большие периоды, состоящие из двух
малых: таких периодов 3:1-й состоит из 4-го и б-го ряда, 2-й из 6-го и 7-го,
3-й.из 10-го и 11-го ряда. Эта двойная периодичность наблюдается в том,
что элементы четных рядов в йаждсй группе, напр., Li, К, Rb, Cs или Са,
St, Ва образуют как бы одну подгруппу, характеризующуюся чертами
более тесно I и близкой аналогии своих членов. То яге можно сказать про
элементы почетных рядов, напр., Р, Ash Sb в V группе, С1, Вт, J в VII
и т. п. Вообще можно сказать, что элементы нечетных рядов
период, смет, о б л а д а ю т некоторыми общими свойствами, напр. спо-
собностью образовать г азо о бра з ныл водороди-
стые соединения, м е т а л л о о р г а и в ч е с к п е и т. и., они
большею частью диамагнитны, элементы же четных рядов парамагнитны
и т. д.
- Элементы 2-го ряда (Li, Ее, В, С, N, О, F), обладающие найме нь
-ш и м и атомными весами, отличаются резкостью .свойств. Менделеев
назвал их типическими. Про водород Н = 1, Д. И. Менделеев
говорит: «как легчайший элемент он по справедли-
вости избирается, как самый типический». Типи-
ческие элементы являются наиболее распространенными телами па
поверхности земли и в атмосфере.
Из рассмотрегшя таблицы элементов Д. И. Менделеев пришел
к следующим выводам:
1. «Состав высших кислородных соединен и й опре-
деляется группою: первая группа дает R20, вторая Ra0,, третья Ra0;J
и т. д. Форм окислов восемь, потому и групп восемь. Две группы дают боль-
шой период; одни и те же формы окислов в большом периоде встречаются
двукратно. Напр., в периоде, начинающемся с К, окислы состава R0 обра-
зуют Са и Zn, состава R03 — Мо и Те и т. д. Окислы четных рядов обладают
основными свойствами в большей мере, чем окислы нечетных, а этим послед-
ним преимущественно свойствен кислотный характер».
«Поэтому элементы, дающие основания, как щелочпыс и щелочнозе-
мельные металлы (К, Са п т. и,), будут в начале периода, а такие чпето
кислотные элементы, каковы галоиды, —на конце периодов. В промежутке
стоят переходные элементы. Напболее ясный кислотный характер свойствен
элементам с малым атомным весом из нечетных рядов (напр.: Р, S, CI
и т. п.), основной же—тяжелейшим и четным (Сг, Мп); Оттого между
легчайшими (типическими от Li до С1) преобладают такие, которые дают
кислоты, особенно в последних группах, а тяжелейшие элементы даже
в' последних группах имеют основной характер».
Низший о кис ел, четный ряд и- при одной и той же
форме окисла наибольший-атомный вес — наилучшие усло-
вия для проявления основности; высший окисел. п •
четный ряд и малый атомный вес обусловл
кислотные свойства.
] 74
Периодическая системт. элементов
205
Таким образом, основной и кислотный характер высших окислов
пределается: а) формою окйсла, Ь) четным или нечетным рядом, в котором
находится элемент и с) весом его атома.
2. «Водородные соединения, как летучие или газооб-
разные вещества, которым свойственны реакции, подобные НС1, ,НаО,
H3N п Н4С, образуются только элементами нечетных рядов п высших групп,
дающих окислы состава R2O7, RO3, RoOs и RO2'>.
3..Сравнивая свойства элементов каждом группы, можно заметить,
что наиболее сходными между собою оказываются, с одной стороны, эле-
менты четных рядов (напр.: Li, К, Rb, Cs), а с другой — нечетных (напр.:
Mg, Zn, Cd). Таким образом, в появлении сходных элементов замечается
двойная периодичность; каждый горизонтальный ряд соста-
вляет м а л ы й пе р и о д, заключающий элементы, -принадлежащие
к различным группам, напр., один малый период составляют элементы
от Li до F, по так как каж ,ый элемент почетного ряда (илп четного) более
сходен с элементами нечетных же (или четных) рядов той же группы, то
наиболее сходные элементы появляются чер з к.: ждый малый период: поэтому
два малых периода составляют один большой период; в больших
периодах сходные элементы появляются по два раза.
4. Во втором, третьем и пятом больших периодах заключаются по три
элемента, относящихся к VIII группе; они обладают промежуточными
свойствами и представляют переход от VII группы к I; так, напр., переход
от Мп к Си делается постепенным вследствие промежуточных свойств
железа Fe, сходного во. многих отношениях с марганцем (Мп) и никелем (NI),
имеющим некоторые общие свойства с медью Си.
Атомность (или валентность) элемента определяется его поло-
жением в периодической системе: номер группы указывает число атомов
Кислорода, приходящихся па два атоме элемента в его высших кислородных
соединениях, иньиги словашг, он чпелеипа равен высшей атомности или
валентности этого эле е гга по кием j ду. Ими некие валенп сти »ле: гей-
тов по водороду видео из таблицы для последних 4-х групп (IV—VIII),
и для них сумма валентности по кислороду и таковой по водороду равна 8.
Замечательно, что атомность элементов IV группы (С, Si) одинакова —как
в кислородных (напр., СО2), так и в водородных соединениях (напр., CHJ, —
это элементы четырехатомные.
Степень постоянства атомности, а также сравнительная степень устой-
чивости соединений, отвечающих различной атомности, правильно изменя-
ются в периодической системе. Наиболее постоянной атомностью отличаются
элементы В первых трех (I—Ш) группах, особенно, принадлежащие к четным
рядам: элементы же нечетных рядов обнаруживают большое разнообра-
зие, в общем возрастающее с повышением атсгмного
веса (напр., для ртути HgaO и HgO и для индия известны соли InX, InX2
и InX3). ВIV группе непостоянство атомности наблюдается для элементов
как четных, так и нечетных рядов, а в следующих V—VII группах оно
очень распространенное явление, при чем в четных рядах наиболее устойчи-
206
Периодическая система элементов ‘
выми являются соединения высшего типа, в нечетных же рядах устойчивость
соединений свисшей атомностью падает, и яапбол< уст ейчгаыми являются
соединения низших типов: напр., для свипца соединение типа РЬХ4является
менее устойчивым, чем РЬХ2.
Что касается до-положения металлов и мет тлок.т в г. п [ иодичоской
системе, то можно заметить 3 направления, по которым с ь : ш гея посте-
пенное и правильное изменение металлического электр л скительяого
характера в металлоидным электроотрицательный.
1. Первое направление было ука- шо выш-.-: в п-.-рвнх . птальных
рядах от элемента 1-й группы к 7-й мы наблюдаем постепенный переход
от таких типических металлов как Li, Na к таким типическим металлоидам,
как F, С1 и т. д.
2. При движении в вертикальном направлении, т.-е. в пределах
одной и той же группы, замечается повышение металлических свойств
элементов, а следовательно, и возрастание основных свойств их окислов
с увеличением атомного веса: это наблюдается как для первых (напр., для
К, Rb, Os и Са, Sr, Ва), так и для IV и VII групп (Р, Аз, Sb и Si, Sn, Pb
ит. л.).
3. Элементы четных рядов проявляют большую металличность
свойств, чем таковые нечетных рядов: так, в VII группе марганец,
в VI хром — в 4-м ряду в свободном состоянии являются металлами;
их низшие окисли (МпО, Мп»03 и Сг2О3) л] -детавляют основания и бо-
лее устойчивы, чем высшие кислотные ангидриды (Мн2О? и Сг03).
Из вышесказанного следует, что наиболее электроотрицательный эле-
мент металлоид должен занимать правое верхнее (оно и занято фтором),
наиболее электроположительный металл—левое ппжнее место, где нахо-
дится цезий, обладающий наиболее электроположительными свойствам!.
Таким образом: «каждый элемент по периодической системе имеет
место, определяемое группой и рядом, в которых находится. Они указывают
величину атомного веса, аналогию, свойства и форму высшего окисла,
водородного и др. соединений — одним словом, главные количественные
п качественные признаки элемента». «Если в некоторой группе находятся
элементы: R, R2, R3, а в том ряде, где содержится один из этих элементов,
папр., R2, находится перед ним элемент Q, а после него элемент Т, то свой-
ства R2 определяются по свойствам R, R3, Q и Т. Так, напр., атомный
вес R2 = 1/i (Rx + R3 + Q + Т). Иапр., селен находится в VI группе
между серой (S = 32) и теллуром (Те = 127), а в 7-м ряду перед ним стоит
мышьяк (As = 75) и после него бром (Вг = 80). Отсюда атомный вес се-
лена = у4 (32+ 127+ 75+ 80)= 77,5 —число, близкое к действительности».
Так можно определить и другие свойства селена, если бы ошг не были
известны. Напр., мышьяк образует АзН3, бром дает НВг; очевидно, селен,
находящийся между ними, должен давать соединение H3Se. Самые физи-
ческие свойства селена и его соединений, не говоря уже об их составе, опре-
деленном группою, могут быть с большою близостью к действительности
определены по свойствам S, Те, Аз и Вг.
ТАБЛИЦА I.
Периодическая система элементов Д. И. Менделеева по группам и рядам.
Группы. Высшие газообразные во- дородистые соединения. Высшие солеобразующие окислы. Периоды. Ряд 1 * 2 > 3 1-й больш. i >4 период. J >5 2-й больш.1 > 6 период. ) в 7 > 8 > У > 10 в И в 12 0 к Не 4.0 Не 20,2 Ат 39,9 Кг 82,9 Хе 13092 Nt 222,4 I R.0 И 1,008 Li 6,94 Na 23 К 39,1 Си 63,6? Rb 85,45 Ag 107,9 Cs 132,8 Au 197,2 п RO Be 9,1 Mg 24,3 Ca 40,1 Zn 65,4 Sr 87,63 Cd 112,4 Ba 137,4 Hg 200,6 Ra 226 — - K30a В 11,0 Al 27,0 Sc 45,1 Ga 69,9 Y 89,0 In 114,8 La 139 Yb 173,5 T1 204,0 I IV | rh4 RO3 C 12,0 Si 28,3 Ti 48,1 Ge 72,5 Zr 90,6 Sn 118,7 j Ce 140,25 j ~ 1 1 1 Pb 207,2 Th 232,1 V Rib, N 14,04 P 31,0 V 51,0 As 74,9(1 Nb Uli,!, Sb 120.2 i _ Ta 181,5 Bi 209 i vl IUla K( >.t (> 16 S 32,06 1 । Hr 52/1 So 79,2 № 96/) TV J 27,5 W 184 U 238,2 VII RH R307 1 1 F 19 CI 35,46 Mn 54,93 Br 79,92 I 126,92 VHI R04 1 Fe 55,84 Co 58,97 NJ 58,88 (Си) Ru 101,7 Rh 102,9 Pd 106,7 (Ag* Os 190,9 Ir 193,1 Pt 195,2 (Au) 1 fcl Ct *3 Э" 1 § a § s £ 1 g о
20S Периодическая система элементов § 175—116
«Таким образомможно предугадать свойства
неизвестных еще элементов* (Менделеев).
§ 175. Предсказание свойств новых элементов. Прп установлении
периодического закона в таблице элементов (как п пыш) недоставало многих
элементов; так, между Са и Ti и между.'цинком (Zn = 65) и мышьяком
(As = 75) не было известно никаких элементов с промежуточными атомными
весами; но это обстоятельство не остановило Д. И. Ыепу'.то в а в 1871 г.
поместить мышьяк в пятую группу, а свободные места заполнить тремя
неизвестными элементами: энабором я экаалюмцинем
(Еа = 68—70) п экасилицием (экакремнием) (Ез = 72), свойства
которых как физические, так и химические, были им заранее предсказаны.
Открытые впоследствии: скандий Клеве и Нильсоном,
галлий Л э к о к д е - Б у а б о драно м в 1876 г. и германий Кл. Вин-
клером в 1886 г. оказались сходными с экаббром и т. д.
Следующая таблица показывает, насколько близко совпадение между
наблюдаемыми фактами и предсказаниями Д. И. Менделеева:
Экакремний Es.
Находится между Si и Sn. Ат. в.
ок. 70. Трудно плав, металл: может
быть получен восстаю' И прп
помощи угля пли натрия из оклей.
С трудом поддающийся действию
г "слот. : > в щелочах р с г орнмый.
ЕзОг окисел юнее основного харак-
тера, ч<-м TiO8, но. более, чем Si02.
EsC14 жидкость, кип. ниже 100° Ц.
Германий.
Открыт В П Н К Л С р о м в 1886 г.
Ат. вес 72.4 (И = 1). Полу-
чается восстановлением из оки-
: : > юродом. Слабая
(ляпая кислота на него не дей-
ствует: он окисляется азотной кисло-
т л. расти р. в серией. Растворим
в щелочах. Gv02 кислотный анги-
дрид.
Ge014 — жидкость, кип. при 860-
§ 176. Изменение атомных весов элементов. Одна из важных заслуг
периодической системы заключается нс только в возможности предугадывать
свойства элементов, но п в установлении с помощью ее точного атомного
веса. На примере индня можно показать сущность этого приема. Химический
анализ показывает, что в окиси индия с 16 част, кислорода соединено 75,4 ч.
индия, но этих данных недостаточно, чтобы определить, чему равен атомный
вес индия, ибо для него мы получим различные числа, смотря по тому, будем
ли мы придавать окиси индня формулу Бг0,4Ш1 ТЮ,или К2О3пт.д. Впервом
„ 75,4
случае он будет равен 1и=*у-= 37,7, во втором 1и = 75,4 и в третьем
75.4Х 3.
1н= ——------= 113.
2
Как в первом, так и.в о втором случае ему не нашлось бы места в системе
элементов, ибо его нужно бы было поместить или среди щелочных металлов
(если Тп = 37,7), или же (при In = 75 Д) между мышьяком и селеном;
Периодическая система элементов 209
. . <• другими у него нет ничего общего; если же In == 113, то он
. сто в одном ряду (7-м) с кадмием в Ш группе и является аналогом
к которым он подходит по своим свойствам.
сновании подобных же соображений атомный вес урана
. : .7) был изменен на U = 239.
. 177. Отступления от периодичесиого закона. В таблице элементов
должен быть поставлен в VI группе, в 7-м ряду перед иодом, хотя
определения атомного веса теллура, произведенные Браунером
.. показывают Те -=127,5, а атомный вес J = 12.6,92.
Точно также кобальт (Со = 58,97) стоят перед яиккелем (Ni = 58,69),
: аргон (Ar = 39,9) перед калием (К = 39,1).
Все подобного рода отступления, заставлявшие предполагать неточность
в предо.тешш атомных весов и вызвавшие ряд исследований по определению
. мпых весов, в настоящее время (1923 г.) получили разъяснения в теории
о нпя атомов, внесши новый прп и шт -в классификацию элементов
риодической системе (см. да.Р’ч-: Теория етро. НИИ ;. |о.Ч'.'В).
Что касается до так называемых благородных газов: гелия, аргона,
та, криптона, ксенона см, 129—131), то они нашли себе место виерио-
:ческой системе, Рамзай предложил поместить эти газы в группу, поме-
чающуюся между галоидами и щелочными металлами и, по Д, И. Менде-
лееву, «если считать аргон и его спутников (гелий и др.) за самостоятельные
химические элементы, то их, вследствие их неспособности образовать солеоб-
разнью ' спины ни. RX. должно поместить в особую группу, так сказать,
нулевую, предшествующую группе первой I) (элементы которой дают RX)
и ав тяг щую перех'Л >.-г г.-: опд1 в. Таким образом, они составляют пере-
ход от крайних электроотрицательных к крайним электроположительным
элементам, при чем здесь наблюдал гея т- ж-. что ец я тел.туре и иоде: аргон
е атомным весом 40 стоит перед калием с атомным есом 39.
Подобно тому, как в математике на границе меж ту отрицательными и
положительными величинами находится нуль, так и переход от таких
электроотрицательных элементов, какими являются галоиды, к таким
электроположительным металлам, как калий, натрий и их аналоги, совер-
шается через благородные газы, в коих противоположные электрохимиче-
ские свойства как бы нацело погасили всякую химическую активность.
Все физические свойства их правильно^ изменяются с нарастанием
атомного веса, т-е. следуют правилу, справедливому в общих чертах для
любой естественной группы элементов, как это видно из следующей таблицы:
A'lov.sjbti't □ее. Температура нласаепия. Температура кипения. 1’дельанй вес в ЖИД К. ('0 СТОЯЛ ЦП.
Не Гелий . , .... 3;99 -- 268.5° 0,15
Ne Исон .... 20,20 • - 250° . — 243° 1,24
Аг Аргон ..... . . . 39,88 - -188° — 186,7° 1,212
Кг Криптон . . . . . . , 82.92 — 169° — 151,7° 2,155
Ха Ксенон . . . . .... 130,2 140° - 106,9°
К а б ;j у :: о и» Ш органически!
14
210 Металлы. Физические сваймпеа § 178
МЕТАЛЛЫ.
§ 178. Металлы отличаются от металлоидов особым блеском, большей
электропроводностью и теплопроводностью. По химическим свойствам они
характеризуются тем, что окислы их (по крайней мере низшие), обладают
основным характером.
Физические свойства металлов. Металлы характе-
ризуются особым блеском. Некоторые органические тела, как индиго,
фуксин и др., равно, как и совершенно бесцветные тела, напр., пузырьки
воздуха в Bi-.’a, Bii".Ti!'- iiipa":лапая призм и т. д.. обладают таким же
блеском. Причина этого явления заклю . в сильном кенни света,
металлическими поверхностями, как -н.п-. >• г ту; ..щ: . таблиц?1:
Металл. Длина волн в щи (0,000001 миллим.).
450 500 550 650 700
Серебро . 90,6 91,8 92,5 93,6 94,6 % перпен-
Платина .... 55,6 58,4 61,1 66,3 70,1 дикулярно
Золото . 3,68 47,3 74,7 88,2 92,3 отраженного
Медь ...... / 48 ,3 55,3 59.5 89,0 90,7 , света.
При взгляде на эту таблицу делается ясным, почему серебро бело,
а золото — желто: первое отражает все лучи спектра почти в одинаковой
степени, второе же, отбрасывая же.тты-• лучи, п• гдощаш зеленые и синие.
Металлы, обладая cii.ikh .ц отражательной способностью, являются вепре--
зрачнымп телам к слой в 7юооо миллим, толщиной не пропускает света;
исключение составляет золото, которое в проходящем свете окрашивается »
в зеленый цвет.
Электропроводность металлов находится в соотношении
с их отражательной способностью: чем сильнее. отражает свет металл, тем
лучшим проводником электричества он является.
По величине удельного веса металлы можно разделить на две большие
группы.
В следующей таблице приведены атомный вес, удельный вес и атомный
объем наиболее известных металлов. Металлы расположены по возрастаю-
щему удельному весу.
I группа.
! Ат. в. (А). Уд. в (d). Дх объем |
Литий Li 7 0,59 12
Калий К 39 0,86 45
Натрий Na 23 0,98 24
Рубидий Rb 85,2 1,52 1 57
Кальций | Са 40 1,57 1 26
Магний ........ 1 Mg . 24 1,74 14 V
Алюминий . . . Al 27 1 2,60 । 10
Барий Ba 137 3,76 : ! 36
178 Металлы. Физические свойства
W-
II группа.
Ат. в. (A). Уд.,в. (d). Ат. объем (-j h
\ Сурьма Sb 120 6,7 18
Цинк ... .... Zn 65 7,1 9
Олово Sn 119 7,2 16
1 Железо Fe 56 . 7,8 7
Медь Си 63 8,8 7
’Серебро ' Ag , 108 10,5 10
Свинец Pb 207 11,3 18
Ртуть H; 200 13:6 15
3 лото * * Au 10" 1-3 '10
Платина Pr 196 21.5 9
Осмии Os 192 22.5 8;5
Металлы I группы, уд* в, которых менее 5, называются легкими,
металлы же II группы, с уд* в. выше 5, называются тяжелыми. Хотя
принцип группировки по удельному весу кажется произвольным, но он
имеет связь с химическим характером металлов (см. ниже)*
Частное от деления единицы на удельный вес (3/(1) представляет
удельный объем, показывающий, какой объем занимает 1 грамм
„данного тела,
В третьем столбце таблицы находится атомный объем в твер*
дом состоянии* Атомным объемом называется частное от деления
атомного веса (А) элемента на его удельный вес (d), Оно показывает,
сколько кубических сантиметров занимает
1 грамматом данного элемента. Кроме того, на основании
этого числа можно судить об относительном объеме, занимаемом атомом
элемента: на этот объем нельзя смотреть как на такое пространство, которое
сплошь заполнено атомом* По смыслу атомической теории, атомы тел в твер-
дом состоянии находятся в движении на некотором расстоянии друг от друга,
поэтому атомный объем
выражает
лишь
средний объем того
пространства, которое составляет сферу действия одного атома*
Среднее же расстояние между центрами атомов равно
Величина атомного объема показывает, насколько близко располо-
жены между собой атомы.
14 *
Атомные объемы
§ П8
Рис. ЮО, Жирная лшп;я обозначает атомные объемы» тонкая — температуры (абсолютные) пла-
илепнж Ординаты атомных объемов умножены ла 4, — температур плаглеппя разделены не 7.
Точка, обозначенная *, лежит на 66 делений выше.
Т А 11.1] п Ц л п.
Атомные объемы элементов в твердом состоянии.
Группа 1. Группа IL rpynlm HL Группа IV. | Группа V. 1 1 i 1 1 Группа \ 1. 1 Группа VIL 1 Группа VIII,
РЯДЫ; -F
1-й .. . Н 14 -— -— —— —
2-Й . . . Li 11,9 Be 5,5 В 4,4 C 3,6 N к
3-й . . . Na 23,7 Mg 13,9 Л1 10,5 Si»ll,4 P 13,5 S 18,7 Cl 25,6
4-Й . . . К 45,4 Ca 25,4 Sc 18 Ti 13,4 V 9,3 | Of 7,7 Мл 7,3 Fe 7,2 Co 6,9 Ni 6,8
б-й : . . Си 7,2 Zn 9,1 Ga 11,7 Ge 13,2 As 13,2 Sr I 7,2 Br 26,9
6-й . . . Rb 56,1 Sr 34,9 Y 25 Zr 21,7 Nb 13,0 Mo i 1,1 — Ru 8,4 Rh 8,6 Pd 9,2
7-й . . . Ag 10,2 Cd 12,9 In 15,3 Sn 16,3 Sb 17,9 Tr 2<i,2 I 25,6
8-й . . . Cs 70,6 Ba 36,5 La 22,5 Ce 21 — — — -
9-й . . . — — — — — —.. —
10-Й . . . — — — — Ta lo,io W I),6 — Os 8,5 Ir 8,6 Pt 9,1
11-й . . . Ац 10,1 Hg 14,1 T1 17,2 Pb 18,1 Bi 21,1 — —
12-й . . . — — Til 20,9 i — (J 12 ,G —
§ 178 Х’Мвлтш объемы
ТАБЛИЦА III.
Температура плавления элементов.
Группа I. Группа IL | Группа IIL Группа IV. Группа V. Группа VL Группа VIL Группа УШ.
цао. RO. r2c8. ROa. ИД. RC3. R^C?. RO*.
Ряды: *
1-й .. . Н—257° — — '— — — — 1
2-й . . . Li 186° Be 1300° В 2300’? Cb 4400’? N-211’ 0—218° F—223’
3-й .. . Na 98° Mg 632° Al 657° Si 1400’? P 44’ S 114’ Cl—102’
4-й . . . К 62° Ca 780° Sc 1200’? Tj 25(0’? V 1680’ Cr 1505’ Mn 1260’ Fe ним." Co 1528’ Ni 1481’
5-й .. . Ou 1083° Zn 418° Ga 30’ Ge 960’ As 830’ Se 217° Br—7’
6-й . . . Rb 39° Sr £00° Y 1000’? Zr 1500’? Nb 1950 Mo 2400’ Ru 2000® li.h 1000 Pd 1550’
7-й .. . Ag 962° Cd 322° In 176’ Sn 241’ Sb 625° Те 455° I 114’
8-й .. . Cs 27® Ba 850’ La 810’ Ce 623° — — ‘ 'l /
9-Й .. . — — — — — : —’ Os 27<>o" hi 221M.’ 1'1 I71IO’
10-й . . . — — Yb — Ta 2250’ W 3100’ i
11-й . . . . Au 1062 Hg—39° T1 391° Pb 322’ Bi 269’ — —
12-й . , . — Rd 700° — Th 1690’ U 2400®? —
ътнэк&тш vdfimtrfauw)^ fig
§178 Атомные объемы 215
Из таблицы видно, что атомный объем калия (45) больше атомного
объема литая (12) в 3,8 раза, другими словами — среднее расстояние между
I з — 1
центрами атомов калия ^ |/45 == 3,55 ) больше такового между атомами
( 3 ___ I m
лития i/i2 = 2,99 / в Раз- Таким образом, в элементах, обладаю-
щих большим атомным объемом, атомы расположены на более далекое
расстояние.
В тесной зависимости от удельного веса (а следовательно, атомного
объема) находятся други о физические свойства, между прочим, температура .
плавления; в следующих таблицах приведены атомный объем и температура
плавления елемеьтсв (см. таб. П й III на стр. 213 и 214).
Таблицы II п III ясно показывают периодичность изменения атомного
.Vi?i ; п ил. л пня по большпм перни,шм за исключением
: _ " . ' io юг xi> менты четных
> ; вой г. : ::: -<•: л. : л : ч-’X рялв VII группы
: : та -
1 ............ I. и ющие,
.... • —9)
б 1 температур* п плавления, при чем можно видеть, что прп близких
< мгых • бЪ' г .< (папр., у Pd п Pt, Ag и Au) тело, обладающее большим
. 'M;i. плавится прп вьщщей температуре.
~ I е.тьефпсс выступает периодическая зависимость атомных объемов
: • ।п плавления элементов от их веса при графическом изображе-
; . Ю1 по горизонтальной линии (оси абцисс) отложены атомные
вергшчульиой (оси ординат) — атомные объемы и температуры
пня. Жирной линией соединены конечные пункты, Э?а линия, как
. оказывается рядом постоянно увеличивающихся волн и ясно пока-
периодичность. Пять максимумов для щелочных металлов обозна-
ь тся очень резко.
В тесной зависимости от удельного веса (а, следовательно, атомного
объема) находятся другие физические свойства, как-то: коэффициент расши-
ренна, температура плавления и т. п. Рис. 100 показывает, что maximum’bi
кривой температур плавления приходятся по большей части на minimxim'H
кривой атомных объемов, и наоборот.
Вообще при сопоставлении атомного веса, объема, и температуры в боль-
шинстве случаев оправдывается следующее правило: чем меньше атомный вес
и больше атомный объем, тем тело более легкоплавко; тела, обладающие
нам меньшим атомным объемом (напр., В, С), отличаются тугоплавкостьюх)2) -
-----.--- '
Соотношение между температурой плавления, удельным объемом и коэффициентом
раепшреи пя в твердом состоянии (а) было выражено в следующей формуле:
з / А
а, Т. 1 / — =const.,
г d
где Т сеть температура. плавления, считаемая от абсолютного пуля, a const, почти постоянное число
для всех металле в, близкое к О/М-5.
г) Более подробные сведения об атомн. и молекул, объемах можно найти в пашей книге:
«Основные начала физической химии», вып. 1, стр. 1Р4 н след.
216 Металлы. Физические свойства § 179
Замечательно, что в тесной связи с атомным объемом находится спо*
собность тела вступать в химические реакции: щелочные металлы (Li, Ю
Rb, Cs) и щелочноземельные (Са, Sr, Ба), (с одной стороны) и металлоиды
группы кислорода и галоиды, (с другой .стороны), обладающие наибольшим
атомным объемом, являются телами, наиболее легко проявляющими свою
химическую энергию.
§ 179, Температура кипения металлов лежит очень высоко: так,
ртуть кипит при 357°, калий при 670°: натрий при 870° (а по другим иссле-
дованиям, прп 954°); кадмий при 770°; цинк при 930°; висмут только прп
1450°-; магний выше 2200°; теллур при 1390°; олово при 1600°; медь
при 2100°. Самое определены т< чпграту р кипения металлов затруднительно
вследствие их значительной величины. Давно было известно и во многих
случаях применяемо к делу пламя гремучего газа, дающее температуры
до 2000°. Известно было также давно, что в вольтовой дуге, не только распла-
вляются са^гые тугоплавкие металлы — но и превращаются в пар. Но при-
менение и того и другого источника высоких температур не коснулось опытов
перегонки металлов, пока Муассан не воспользовался для опытов
устроенною им электрическою печью. Благодаря такой печи можно полу-
чать температуры до 3500°, и с помощью со можно расплавлять, кипятить
и обращать в пар ие только все металлы, но многие другие тела, считавшиеся
до тех пор не поддающимися действию высоких температур.
Следующим образом М у а с с а и производил опыты перегонки меди,
золота п сплавов золота с медью л оловом.
В тигель электрической печи помещался чистый металл или сплав.
Над отверстием тигля, на высоте нескольких сантиметров, проложена гори-
зонтально медная трубка, проходящая чрез стенки почи. Чрез эту трубку
пускается быстрый ток холодной воды, вследствие чего трубка представляет
собою холодильник, на который и осаждаются при процессе перегонки вы-
ходящие из тигля пары металла. Когда желают собрать большое количество
металла, то в крышке печи, расположенной выше означенной трубки-холо-
дильника, проделывают отверстие и помещают над ним колпак из топкого
стекла. Неуспевшие осадитьея па трубке пары попадают в колпак и там,
охлаждаясь, осаждаются па ого стенках.
Муассан производил опыты перегонка металлов и их сплавов под
обыкновенным давлением; другие исследователи (Кальба у м, П1 у л -
л е р п др.) произвели опыты перегонки металлов в разреженном простран-
стве при очень низких давлениях’ и при более низких температурах (не выше
1404°) чем Му ас са н. Опыты показали, что металлы начинают заметно
испаряться уже при температурах на несколько сотен градусов юкке толок
1
кппенпя нх в пустоте. При давлении в £^)000 атмосферы наблюдаются
следующие температуры ясного уже испарения металлов: для кадмия 157°,
для цинка 184°; для висмута 268°; свинца 335°; калия 90°; натрия 140г;
серебра 680°; меди 960° и золота 1070°.
§ 179а—180 Металлы. Физические свойства
§ 179а. Удельный вес пара (по отношению к водороду) таких металлов,
как натрии, калий, кадмий, ртуть, цинк, оказывается равным половине
их атомного веса, откуда следует, что молекула их состоит
из одного атома.
§ 180. Ковкостью Металлов называется их способность расплю*
щаваться под ударами молота. По своей ковкости они очень разнообразны,
одни из них способны расплющиваться в очень тонкие листы, напр., золото
может быть расплющено в листы толщиной в
как висмут, дробятся под ударами молота.
1
миллиметра, другие,
По своей ковкостп металлы могут быть
расположены в следующем
порядке:
1. Золото. 4. Медь.
2. Серебро.
3. Aiwmi
I 7. Свинец.
8. Цинк.
. ' напр..
.• . — 1 : : .. *. ь iiciv таен
В Пир''ШОК.
По своей тягучести, т.-е. способности вытягиваться в тонкие проволоки,
м галлы тоже очень различны. Они располагаются в следующем порядке:
1. Золото.
2. Серебро.
3. Платина.
.4. Алюминий.
5. Железо.
6. Медь.
7. Цинк.
8. Олово.
9, Свинец.
Вязкость или способность металлов, взятых в виде проволоки,
противостоять разрыву тоже очень различна. Мерой вязкости служит
наименьший груз, под действием тяжести которого разрывается пригото-
вленная лз данного металла нроволока в 2 миллиметра в диаметре. Такая
проволока из железа разрывается от тяжести 250 кило, медная выдерживает
только 137, оловянная — 16, свинцовая —5.5 н т. д.
По теплопроводности металлы располагаются в следующем
порядке, при чем теплопроводность серебра принята равной 100.
Серебро........... 100
Медь............. 73,6
Золото........... 53,2
Цинк ............ 19,0
Олово............ 14,5
Железо .......... 11,9
Свинец ........... 8,5
Платина ...... 8,4
Палладий ......... 6,3
Висмут ........... 1,8
Металлы—хорошие проводники электричества.
В следующей таблице электропроводность металлов характеризуется
числом метров проволоки, имеющей один кв. миллиметр в сечении и оказы-
вающей при 15°Ц. сопротивление, равное одному ому:
-218 Закон Дюлснга н, Пти §181
Серебро литое . . . 62,88 Пинкель......... 7,59
Медь продажная . . 57,40 Железо тянутое . 7,55
Золото литое . .-. . 46,30 Платина ........5,7-3,4
Алюминий прод. . . 31,52- Сталь............ 5,43
Цинк прокати. . . . 16,95 Свинец.......... 4,56-
Латунь ...... 14,17 Ртуть........... 1,049
(Сопротивление столба, ртути, имеющего один квадратный мн л.диметр
в сечении н 1,063 метра в длину прп О Ц., называется о м о м).
Сопротивление ” та.т.дпв у волна тлится по мерс возвышения темпера-
туры, ' гда г- к для угля it растворов э гастролитов наблюдается обратное.
Т- мнературный коэффициент возраста, пя г,<npi•тз:г.7' пня близок к коэф-
фициенту расширения для газов; при обыкновенной температуре он несколько:
больше, для железа же и шпиюля наблюдаются значительные отклонения.
При очень низких температурах., получаемых при помощи жидких воздуха
(до—184°), водорода (до—253°) и гелия (до—260°), как показали, исследо-
вания, произведенные в лаборатории °йденского университета Камер-
линг-Оннесом, сопротивление металла сильно падает, и при температуре
жидкого гелия приближается к нулю.
Электропроводность металлов (величина, обратная сопротивлению:
I
• если обозначим сопротивление через г. то электропроводность К =“Х-
находится в соотношении с пх теплопроводностью. Видеманом и Францем
была указана следующая законность:
Отношение между теплопроводностью и э л е к -
т р о п р о в о д н о с т ь'ю для всех металлов одинаково.
Исследования показали,5 что эта законность является вс строго точной,
и вышеуказанное отношение колеблется в некоторых пределах и находится
в зависимости от температуры.
§ 181. Теплоемкость. Закон Дюлонга и Пти. В 1819 году Дюлонг и
Пти, определив теплоемкость г) нескольких металлов нашли, что тепло-
емкость простых тел обратно пропорциональна
их атомному весу, и поэтому произведение из атомного веса,
элемента на его теплоемкость для всех элементов есть величина постоянная.
Оно колеблется от 5,7 до 677 (в среднем равно 6,4):
Металлы: Na Ее Си Zn Ag- Hg
Атомный вес (А) . . 23 56 63,5 65 108 200
Теплоемкость (с.) . . 0,2934 0,1138 0,094 0,093 0,056 0,0320
Атомная теплоемкость (А. С.) . 6,76 6,37 6,05 6,04 6,05 • 6,4
Отсюда следует, что атомная теплоемкость для всех
элементов едина нова. Закон этот носит название а а кона
*) Теплоемкость тела измеряется количеством калорий (см. § 51), требующихся для нагре-
вания 1 грамма тел на 1° Целы ля.
§ 182
Сплавы и их свойства
219
Д юл онга и Пт и. Закон этот-не вполне точен; несмотря на это,
благодаря ему ложно определять атомные веса элементов.
Покажем, как с помощью его был определен атомный вес кальция, Са.
Точный химический анализ показывает, что в хлористом кальции на
35.2 вес. част, хлора приходится 20 вес. частей кальция, поэтому если мы
примем, что частица хлористого кальция состоит из одного атома кальция
и одного атома хлора, то для атомного веса кальция получаем число 20,
. в гаком случае для атомной теплоемкости кальция получим 3,4 (ибо
плоемкость кальция равна 0,170), число далеко отступающее от 6,4. Отсюда
ищуст, что для атомного веса кальция нужно взять число вдвое большее,.
- 40. следовательно, частица хлористого кальция будет обладать соста-
вом СаС1?.
: -и : " ;А МЕТАЛЛОВ.
... . е другом,
д: < j :и.г•''•jj г нсиия
резко мтдичающнсся по своим свопа вам от
. . рп спла-
; л• 1 от механмчс-
дппнппям.
|’а.т. в ы, Два или несколько металлов, будучи расплавлены, могут
; мн" । астворяться и образуют однородную жидкость, которая при засты-
и ходит в однородным сплав. Можно разделять три1 класса
Г : т растворении одного металла в другом между ними не проис-
: к- го химического соединения, и такой сплав можно рассматри-
вать как застывший раствор; 2) металлы образуют между собой химическое:
соедписппе, соответствующее определенным атомным отношениям (как?
пример таких соединении, можно указать на соединение олова с платиной,
гу < ci г т :л . а. Р у t3 (ирис таллпзуетея в кубах), олова,
с прпдп-м—J >S г ва <• г д. днем — >n2PcllS п много других)
и 31 сплавы, которые представляют смесь сплавав двух предыдущих групп;
т.-е. металлы, входящие в их состав, частью образуют между собой химиче-
ское соединение, частью же представляют застывшие растворы металлов
Большинство сплавов принадлежит к последней группе, так что сплавы
могут быть определены, как твердые металлические рас-
творы определенных химических соединений
металлов.
Понятие о твердых растворах введено в науку фаи-Гоффои.
Под твердым раствором фан-Гофф понимает' твердую
однородную смесь нескольких тел, отношение между количествами которых:
может меняться без нарушения однородности. К твердым растворам
относятся стекла, различные- сплавы металлов, изоморфные смеси
(см. § 192) и т. п. .
При образовании сплавов, как и при химических соединениях, проис-
ходит или поглощение или выделение тепла: так, алюминий с медью, серебро
230 i Сплавы и их свойства §§ 182—183.
ф ©ловом соединяются с выделением тепла, а при соединении олова, кадмия
со ртутью, свинца с оловом тепло поглощается.
Сплавы могут образоваться не только при сплавлении металлов, но
и при прямом тесном их соприкосновении друг с другом: Вальтер
Спринг показал, что измельченный в порошок свинец под давлением
2000 атмосфер превращается в сплошной кусок; то же самое наблю-
дается и для других металолв. Следующая таблица показывает давления,
необходимые для превращения в сплошную массу порошка различных
металлов:
Свип' ц . . . . 2000 атм. Алюминий . . 6000 атм.
Олово..... 3000 » Висмут .... 5000 »
Цинк ..... 6000 » Медь 5000 »
Сурьма .... 6000 »
Сжимая смесь из 15 част, висмута, 8 — свинца, 4 — олова и 3 — кад-
мия, Спринг получил однородный сплав, плавящийся при 100°. Для того,
чтобы получить вполне однородный сплав, нужно подвергать сжатию
-смесь дважды: во второй раз нужно сжимать продукт первого сжатия,
превращенный снова в порошок.
Явление цементации пли цементованпя железа углем
представляет пример образования сплавов при тесном соприкосновении
твердых тел при высокой т<-мпер ггуре; для приготовления стали цементо-
ванно г ./. ы я ’ ьь1 г фошком угля, накаливают без
доступа воздуха: при ы м ж л не плавясь, поглощает частицы угля,
которые с поверхностных ели.-в переходят постепенно в более глубокие,
и, таким образом, получается сплав железа с углом — сталь.
Явление цементации указывает на то, что тела в твердом состоянии
могут диффундировать. Подобное же явление диффузии металлов в следую-
щих опытах Спринга:'на небольшой цилиндр из красной меди с хорошо
отшлифованной поверхностью он приложил подобный же цилиндр из цинка,
и поместил в шкаф, температура коего была между 300 и 350°, т.-е. значи-
тельно ниже температуры плавления цинка и меди. Через несколько дней
оказалось, что на соприкасающихся поверхностях как меди, так и цинка
появился тонкий слой латуни (сплава меди и 4цинка), т.-е. атомы цинка
проникли в медь и обратно-—атомы меди в цинк.
§ 183. Зейгерование (ликвация).. При застывании расплавленных спла-
вов можно часто наблюдать явление так-называемой ликвации (зей-
герования), состоящей в том, что при медленном охлаждении таких сплавов
выделяются тела, различные по составу, плотности и плавкости. Приведем
несколько примеров такой ликвации.
1) Если сплавить равные части свинца и цинка и затем дать распла-
вленной массе медленно охлаждаться, то прп застывании она разделится
на два слоя (подобно смеси воды и эфира): верхний — цинковый, содержа-
ли,'й 0,2% свинца, и нижний — свинцовый с 0,6% цинка.
§ 183
Сплавы и их свойства
221
2) Сплавы цинка я олова при застывании разделяются на две части г.
•дна, плавящаяся прп 204°, заключает 90,5% олова и 8,5% цинка, другая:
тавится при 204° и содержит различные количества обоих металлов. .
Если сплав двух металлов содержит одного металла значительно
больше другого, то при некоторых сплавах замечается явление, совершенно-'
аналогичное явлению замерзания водных растворов (см. далее § 201): так,,
при медленном застывании сплава свинца с серебром (с небольшим содер-
жанием последнего), выделяются сперва кристаллы чистого свинца, а в не-
застывшей массе относительное содержание серебра возрастает. Этот способ
"тдоления свинца от серебра известен под именем способа Паттинсона.
Здесь мы можем рассматривать расплавленный сплав свинца, содер-
жащий небольшое количество серебра, как раствор серебра в свинце, и
подобно тому, как при замерзании водных pat . pt (солей ч других тел)
выделяется] : истая вода, остающийся же у, .’щается
. . . ••ребра
сперва выделя-. : • в. _ гилчас'! i лтг"р •• га-
щается содержанием с»
.* ю: вы-
‘ . м.ть-чный .раствор настолько
' г. . • будет застывать
’ . г.- . в выделяющемся сплаве будет
по х-•литься столько же серебра и свинца,
'.те - !ько и в маточном растворе.
явлении выделении из раствора двух
' имнпрястворяющнхся тел твердого сплава,
обладающего тем ясе составом, что и маточный
раствор, наблюдается во. многих случаях.
Можно даже, предугадать как температуру
выделения, так и состав такой эвтекти-
ческой смеси двух тел.
Изобразим вдоль линии АВ (рис. 102)
состав раствора двух взаимнорастворяющпхся
тел А и В. Точка А соответствует телу А, точка
В — телу В;всякая же промежуточная точка, напр., К, — их раствору, при
чем положение, точки К показывает относительное содержание тела Ап В.
Перпендикулярно клшппг АВ будем откладывать температуры, при которых
из раствора выделяется твердое тело. Точка а — показывает температуру
плавления тела А, точка же b — таковую для тела В. „
Если мы подбавим к телу А небольшое количество тела В, то по общему
правилу (си. далее § 201, закон Рауля) температура замерзания раствора
понизится ври этом тем значительнее, чем более прибавлено тела В. Это
понижение температуры замерзания, в большинстве случаев, пропорцио-
нально содержанию тела В, а потому опо может быть выражено приблизи-
тельно прямой линией ай.
322 Сплавы и их свойства *?§ 183 —184
Такое же- рассуждение мы можем повторять, если будем прибавлять
ж телу В всё увеличивающиеся количества тела А. Линия bk изобразит
зависимость температуры замерзания раствора от его состава, при чем из
раствора в твердом виде будет выделяться только тело В.
В точке к обе линии ак и Ък пересекутся, т.-е. при этой .температуре
из раствора выделяется одновременно и тело А, и тело В, следовательно,
состав твердого тела будет тот же, что и маточного раствора. Этот состав
указан точкою К. Если имеем раствор такого состава, то он при темпера-
туре к будет нацело застывать. Такой раствор называется эвтекти-
теской смесью, а температура к — э г; т е к т и ч е с к о и точкой.
Эвтектические-смеси, хотя и пе представляют собой химических индиви-
дуумов, обладают постоянной дочкой п? тления.
Если мы имеем раствор двух тел А и В, какого угодно состава, и будем
его охлаждать, то при замерзании сперва из него будет выделяться тело А
или В, смотря по тому, какое из них находится в избытке, сравнительно
с тем раствором, состав коего указан точкой К. Такое выделение будет
происходить (при чем раствор будет замерзать прн все более низких темпе-
ратурах) до тех пор, пока состав маточного раствора не достигнет точкп К.
Тогда весь раствор замерзнет при температуре к. Чем ближе температура
плавления обоих составных тлт А и В, том ниже лежит эвт с к т и ч е -
с к а я точка. Это ясно из рис. 101. где липни ab. и а.2Ь2 представляют
все возможны' случаи.
Иллюстрируем эти теоретические соображения примером хорошо
изученною сплава свинца и : ы. Т. плавления свинца = 326°(а—-на
рис. 101), т. плавления сурьмы < (Ь). эвтектическая точка к лежит
при 228s, состав эвтектичеек й смеси К = 13",-, (т.-е. 13% Sb и 87% РЬ).
Если расплавленный сплав (раствор) содержит сурьмы менее 13%,
то при застывании выделяются кристаллы чистого свинца; процентное
содержание сурьмы повышается, и температура застывания понижается,
и это происходит до тех пор, пока процентное содержание, сурьмы не повы-
сится до 13%, тогда весь раствор застывает нацело при 228°.
Если же в расплавленном растворе более 13% сурьмы, тогда при его
застывании будут выделяться кристаллы чистой сурьмы, а температура
застывания будет понижаться до тех пор, пока количество сурьмы в растворе
пе достигнет 13%, и тогда последний нацело затвердеет при 228°.
§ 184. Физические свойства сплавов. Удельный вес сплавов нс всегда
равен среднему удельному весу всех металлов, входящих в состав сплава,
ио большей части он несколько выше, что указывает на происходящее при
образовании сплавов сжатие; в некоторых случаях он ниже среднего, т.-е.
сплав образуется с расширением. Сжатие наблюдается для сплавов меди
с оловом, меди с цинком, свинца с золотом и т. п., расширение же —при
сплавлении серебра с медью, свинца с серебром. Примером особенно сильного
уплотнения может служить сплав меди с оловом (38%). Удельный вес этого
сплава равен 8,91, между тем, как удельный вес меди равен 8,89, а удель-
ный вес олова — 7,31.
14
Сплавы и их свойства
223
. . п тавлспия сплавов обыкновенно ниже температуры пла-
. . из которых они произошли : так, сплав калия (плавящегося
-л п натрия (плав, при 80°) (в эквивалентных количествах) предста-
<ть, которая затвердевает прп 8’.
... ' ..1Ы следующие легколлавкенлавы:
. '. и Д а р с е ;
пипа, 1 ч. олова, 2 ч. висмута плав, прп................ 90°
2 s 4 » » » ».................91,9s
глав Л и п о в и ц а:
винда, 4 ч. олова, 15 ч. висмута я:.3 ч. кадмия—немн. выше 60°.
П в е т сплавов часто очень селено отличается от цвета металлов
с •вставляющих: так, латунь (сплав меди с цинком) желтого цвета, когда
держит 80% меди, и белого—при содержаний 30% меди.
Золото краснеет от прибавки меди, прп сплавлении же с серебром
мает зеленоватый оттенок и делается пурпурно-красным при сплавле-
I с алюминием.
Твердость сплавов в большинстве случаев более твердости ме-
. лов, входящих в состав сплава.
Так, чистая медь тверже, чем чистое олово, а твердость сплава, содер-
жащего 5% олова и 95% меди, почти вдвое больше твердости чистой меди.
3 'лото и серебро делаются значительно тверже от прибавления меди. По-
тонуло драгоценные вещи делаются не из чистого золота и серебра, а из
сплавов ихсмедью. Кармарш нашел, что изнашивание серебряно-медных
сплавов, содержащих 10% меди, составляет то.тько 8/15 изнашивания чистого
серебра.
Твердость железа возрастает от содержания в нем углерода (сталь);
через прибавлен^ к нему вольфрама (от 2% до 8%) он делается также
тверже (вольфрамовая сталь).
Что касается до ковкостии вязкости сплавов, то наблю-
дение показывает, что самые чистые металлы обладают
наибольшей ковкостью и вязкостью, и что через
сплавление степень обоих свойств уменьшается,
а при некоторых обстоятельствах сводится к
н у л ю. Золото и серебро прп сплавлении с медью заметно теряют в ков-
. кости и вязкости.
Особенно опасным врагом для ковкости многих металлов—золота.,'
серебра, свинца, олова, меди и мпог. друг. —летается висмут. Достаточно
0,05% висмута для каждого из этих металлов, чтобы сделать их совершенно
негодными к обработке, требующей высокой степени ковкости.
Теплопроводность и электропроводность
•сплавов меньше, чем чистых металлов: достаточно небольших примесей
к чистому металлу, чтобы значительно понизить эти свойства; так’ электро-
проводность чистой меди понижается на 27% от прибавления 0,13% свинца,
на 40% — от 3,2% цинка, на 81% — от 4,9% олова и т. д.
224 Окисли металлов §§ ГБ5-—188
§ 185. Наиболее употребительные сплавы. Бронза (в тесном смысле)
представляет сплав меди и олова в различных пропорциях с небольшой
примесью других металлов; такова была древняя бронза, к такого рода
бронзе принадлежит пушечная (89—90% меди и 11 %-9% олова)»
колокольная (80%—77% меди и 20%—23% олова), зеркаль-
ная (65%—70% меди и 35%—30% олова). Но в настоящее время под
бронзой разумеют также сплав меди (65%—80%). олова (11%—31%) и.
цинка (2,5%~8%); из них различают х у д о ж о с т в и п у ю бронзу,
идущую для отливки статуй. машинную (8О%—90% м<ди, '10%—
8% олова и 2% -3 пса), отличающуюся твердостью фосфори-
стую (содержащую г'К'СП' 0,5' . ;%><), марганцовистую
п кремнистую бронзу.
Алюминиевая бронза представляет сплав меди с алюминием (до 10%).
Она золотисто-желтого цвета, отличается твердостью и хорошо противостоит
химическим реагентам.
Латунь — сплав меди (55%—65%) и цинка (35%—45%), желтого
цвета. Томпаком называются сплавы меди с цинком, которые вслед-
ствие меньшего содержания в них цинка по сравнению с латунью (содер-
жание цинка составляет самое большее 18%) нс имеют ясно-желтого цвета»
а только золотпсто-желтый красноватый, до красно-коричневого цвета.
Дельта мета л л (употребляемый т-п ерь для изготовления машин-
ных част й) пред< • < ю латунь, coj ржа ую железо (от о,9%—
1.3"„). марго! ец и свпп< п. < <-ир--л>-л.-и,;Ь’Л ылшчес!вом пилка (40%—43%).
Н • й з п л ь б е р (мельхиор) — сплав меди (50%—70%), цилка
(20%-—48%) и нлккеля (05%—25%) — белого цвета, пе ржавеет.
Золотая монета в России 85 пробы, т.-е..в фунте — 85 зо-
лотников золота и 11 зол. меди.
§ 186. Окисли. Соединения металлов с кислородом называют окисламп.
По своей способности окисляться металлы очень разнообразны, одни
из них, напр., натрий, калий, будучи выставлены на воздух (или кислород),
быстро покрываются пленкой окисла: другие, напр., железо, медь, толю
окисляются с поверхности прп обыкновенной температуре, но это окисление
идет медленно; третьи, наир., золото, серебро, платина, даже при накали-
вании не соединяются с кислородом. . .
Металлы, способные окисляться при обыкновенной температуре,
называются неблагородными, они принадлежат к легким метал-
лам (см. таблицу § 178); к тяжелым металлам принадлежат п о ц у б л а -
сродные и, наконец, б л а г о р о д н ы е металлы (золото, платина
серебро) отличаются особенно высоким удельным весом.
Металлы, обладающие, болылпм атомным .объемом при небольшом
атомном весе, являются наиболее энергичными по отношению к кислороду,
а также и к другим элементам; с уменьшенном атомного объема при возра-
стающем атомном весе энергия металла уменьшается.
Окислы металлов
225
Мн-тпе окисли получаются: 1) прямым соединением‘металла с кисло-
при сожигании элемента в кислороде или воздухе, напр., окись
. . MgO, и др. *). •
х. Другой способ состоит в разложении гидратов, оки-
Эти соединения в большинстве случаев разлагаются при высокой тем-
пературе ыа окись металла и воду, наир., гидрат окиси цинка,
’Н)г
Zn(OH)2 = ZuO Н2О.
3) Окиси некоторых металлов получаются нагреванием л с г -
разлага.ющихся солей некоторых кислород-
ы х кислот, напр., угольной или азотной: напр., окись ртути полу-
гея из1 азотнортутной соли:
Hg(NO3)2 HgO +2N0s + О.
Углекислый кальций при накаливании распадается на окись кальция
СаО и СО2:
СаСО3 - СаО СО,.
Классификацию и номенклатуру окис.юв см. § 44, стр. 49.
Большинство о к и с л о в в воде и с р а с т в о р и и ы.
§ 187. Окиси натрия, калия и других щелочных металлов, а равно,
щелочно-земельных (Са, Mg, Ва) при действии на них воды переходят в
с.'нтветствующне растворимые в воде гидраты; таким образом гидраты окисей
этих металлов получаются:
1) При соединении воды с окисью металла, напр.:
NaaO+Н2О =2NaOH.
СаО + Н3О = Са(ОН)2.
2) Гидраты же окиси щелочных металлг (Li. No, К . громе того, ио-
лу чаются при действии самих металлов на воду (см. §31), напр., натрия, Ка:
Na + Н2О == П + NaOH.
1) При сгорании мсталлон, т.-е. при образовании окисей, происходит выделение тепла п
сжатие, при чем величина последнего бывает различна, смотря по той группе, к которой принадле-
жит металл: при образовании окисей щелочных металлов происходит настолько сильное сжатие,
что молекулярный объем окиси (в твердом состоянии) меньше объема находящегося в ном металла
п свободном состоянии; напр., объем двух грамм-атомов натрия (Nas) равен 47,4, а молекулярный
объем окиси натрия (Na3O)-—24, для обтсм.ч-2 атомов калия имеем 91, а для окиси калия (К2О)
35 и т. д. При образовании окисей щелочно-земельных металлов сжатие тоже сильное, но уже
н меньшей степени. Н. И. Бекетов показал, что «в большинстве случаев сжатие идет в ту же сто-
рону, что и выделение тепла, т.-ё. большему выделению тепла соответствует н большее сжатие.
Этот параллелизм указывает на то, что при образовании окисей металлов происходит полимери-
зация: молекула окиси в твердом состоянии представляет собой слоящую группу из нескольких
простых групп, состав окиси выражается, напр., нс КгО, а (КгО)п. Такое предположение подтвер-
ждается многими фактами, как-то: окиси металлов обладают высокой температурой плавления, по
опытам Спринга (см. выше § 182) прн очень сильном сдавливании они не превращаются в сплош-
ные массы подобно металлам. (Об этом см. также. «Основные начала физической химии». Бып. 1,
стр. 191 и след. Вып. Ш, стр. 58.)
Каблуков. Неорганипес.|^я химял. 16
226
Cepii,истые соедин.eitu я
3) Гидраты окисей металлов других групп получаются при действии ед-
кого кали или натра на соли, наир., гидрат окиси меди, Си(ОН)а, получается
из сернокислой меди при действии едкого кали:
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)a Na28O4.
Из раствора хлорного железа получается гидрат окиси железа:
FoaCle + йХаОН = Ж(ОН)0 + 6NuCI.
Для шжотирых .металлов получаются этим методом пе гидраты, а самые
окиси, ибо пираты их очень непрочны и сейчас же разлагаются на окись
металла п воду. Так относятся соли ртути п сёребра. напр., азотнокислое
серебро дает с едким кали окись сор бр; . воду и азотнокислый калий:
2AgNO3 + 2К0Н = AgaO + НаО + 2KNO3.
Хлорная ртуть образует осадок окиси ртути:
HgCla + 2NaOH = HgO + Н2О + 2NaCl.
Такую же склонность к подобному распадению показывают гидраты
окисей остальных тяжелых металлов при повышенной температуре. Наир.,
гидрат окиси меди распадается на окись меди и воду уже при кипячении;
Сп(<.Ш)г = ГнО - НаО.
Г и I р а т ы о к и с е й Щ'-лочных металлов выдерживают сильней-
ший калильный жар. а гидразы щ< । чно-зомельных металлов разлагаются
только при очень сильном калении. Гидраты окисей тяжелых металлов
разлагаются на окись и воду уже прп умеренном нагревании..
§ 188. Сернистые соединения в большинстве случаев имеют аналогич-
ный состав с кислородными. Напр.;
Окись кальция . \ . КгО Окись меди .............СиО
Сернистый калий.........KaS Сернистая медь . . . CuS
Пак окисли обыкновенно могут быть получены сожиганием элемента
в кислороде, так и многие сернистые соединения происхо-
дят прямым соединением серы и металла. Так, при
нагревании цинка, железа с серой получается сернистый цинк, сернистое
железо (см. § 2):
Zn + S = ZnS.
Fe 4- S = FeS.
Другой способ получения сернистых металлов состоит в пропускании
сероводорода в раствор солей, напр.:
. . Pb(NO3)a -I- HaS = PbS + 2HN03. .
CuSO4 + HaS = CuS + H2SO4,
Сили
237
женин щ<.точныхи щелочно-земельных металлов могут
онаповлсяпп сернокислых солей углем: так, при про-
то бария, BaSO4, с углем получается сернистый ба-
ВаЗО4 2С - 2С02 BaS.
: ч их ж галлах см. $ W, стр. 95.
Г« Д i '• с с р п и с т ы о с о < д плен и л пли с у л. ь ф г и -
.I илвестпы только для ще [очных я щедочпо-всмсльных мстал-
зуются при действии сероводорода на гидраты окисей, напр,,
ер недорода с гидратом окиси калия образуется сульфгидрат
. при «им сера и т.исл'фед обмениваются местами:
ILs . Klfs ЩО.
•pill .1111! 'бразут сульф-
калия. '. ; : "Кио j л. дуется
[ат окиси: -
L" - 2К>
Км • - Н20 — 2К< ill.
С О .1 и.
§ 189. Солы образуются; *
1) Через замещение металлом одного пли несколышх атомов водорода
кислоте:
Напр.:
Zn 4 HaS04 = ZnS04 + Н2 (§ 31).
Сюда же относятся случаи образования соли через вытеснение одного
металла другим, напр., при догружении пластинки железа в раствор медного
купороса. Ск8О4, она покрывается слоем меди, ибо железо вытесняет медь,
и получается сернокислая закись железа;
CuSO4 i- Ре - FeSO4 Си.
2) При насыщении кислот основаниями, ыапр.:
Ku ОН К НС1 = НаС1 ' Н20
( 1(0Н)г : 2НС1 = СаО1г 4- 2Нг0
СоО 9Н(1 - СпС1г . Н20.
3) Действием кислоты на раствор соли какой-нибудь другой кислоты
в том случае, если продукты реакции при условиях опыта значительно
различаются до своей растворимости. Здесь могг’Т быть следующие случаи:
а) К п с л о т а р а. з л атас м о й с о л и л е т уча и ли с и о -
с о б и а образов а т в л с т у ч и с продукты. Сюда относится
образование солей при разложении кислотами углекислых солей. Напр.,
15* '
228 Закон, двойных разложении § 190
при действии на углекислый кальций, GiCO3, соляной кислоты получается
хлористый кальций и угольная кислота, распадающаяся на воду и уголь-
ный ангидрид (§ 162, стр, 132):
СаСО3 + 2НС1 = Са.С12 + Н2СО3 - ('аС1й 4- П,0 ' СО2,
б) Кислота разлагаемой соли нерастворима.
н выделяется в осадок или же да< г а раствори-
мые продукты распадения. Напр.. прп действии соляной
кислоты на кремнекислый калий полую-тся кр-мн- вая кислота (в осадке)
и хлористый калий (§ 170):
К2>н 13 - 2HI 1 = 2К< 1 H2SiO3.
в) Образующаяся соль разлагающей кислоты
нерастворима или трудно растворима и потому
выделяется в осадок. Так, при действии соляной кислоты па
азотнокислое серебро получается белый осадок хлористого серебра, AgCl:
AgN03 + НС1 = HNO3 + AgCl.
§ 190. Закон двойных разложений. Все последние способы основаны
па следующем, установленном В с р т о л л с, общем з а к о л с двой-
ных разложений: д в а те л а. за к л ю ч а ю щ яе э л с -
м с и т ы ИХ и X Y (и а п р., д к - е о л и нлл соль п к и с л о т а),
б у д у ч и п р п в с д нп во взаимное прикосновен и «,
образуют ч р с двойное разложение тела MY и NX,
но образование новых тел по доходит до конца,
если ни одно из присутствующих!®.’! п с удалится
из круга взаимодействия. Таким образом, если взять раствор
двух солей, напр., NaCl и KNO3 и смешать их в эквивалентных количествах,
часть частиц NaCl перейдет в NaNO3 по уравнению:
NaCl + KN03 = NaN03 + KOI,
но образовавшиеся частицы хлорнстцго калия могут в свою очередь всту-
пить в обменное разложение с NaNO3 по уравнению:
КС1 + NaNO3 = KNO3 + NaCl.
Вследствие этого при смешении раствора двух каких-либо солей в ра-
створе образуются 4 соли, если все остается в растворе. Количество каждой
соли зависит от массы ее и величины химического сродства. Между действую-
щими телами устанавливается подвижное равное е с и е, г.-с.
такое состояние, при котором в единицу времени каждого из действующих
веществ столько же образуется, сколько разлагается.
Доказательством высказанного могут служить следующие факты:
. 1. На золото не действуют ни соляная кислота, ни азотная, взятые
в отдельности, но в смеси их (царской водке) оно растворяется.
Закон двойных разложений
229
мешать эквимолекулярные (т.-е, содержащие одинаковое число
атворы хлористого калия и азотной кислоты или азотнокислого
и кислоты, то в смеси их золото растворяется. Следовательно,
павлениой тем или другим порядком, находятся свободные кис-
ти соляная. Азотная кислота вытесняет соляную из хлористого
КС1 + н\о3 ЛС1 + KN03,
: нпя не идет до конца, т.-с. не все частицы хлористого калия
7 • гл тицы азотнокислого, ибо выделившаяся соляная кислота
• : у. г па ачотпокислый калий:
КС1 НХО8;
•ими кислотами, и в рас-
: хлористый

ВЗ С» рП КИС.ТИ М- .1И. Н-> ,1'ТК"
Ж*му купоросу прибавить хло-
• Йчас л > i выл лягв
ш В растворе.
1 uS( j — 2NaCl = CuCl2 + NaaSO4.
. >рых случаях, когда реакции обменного разложения сопро-
мецением цвета, можно определить степень разложения
- х. . ..зыми солями по напряжению в окрашивании раствора. Если
. .:. раствор соли окиси железа (серной, соляной, азотной и др. к.)
данпстым калием, то жидкость окрашивается в красный цвет, вслед-
пе образования в растворе роданистого железа по уравнению:
EeaCle + 6KCNS = . Fe2(CNS)6 4- 6КС1.
хлорное роданистый роданистое
железо „ калий железо
Но обмен в этих случаях не происходит нацело, т.-е. в растворе обра'
зуются не две соли — роданистое железо и хлористый калий, — а четыре
(хлорное и роданистое железо, и роданистый и хлористый калий). При
прибавлении нового количества роданистого калия окрашивание усили-
вается, что может иметь место только вследствие образования большого
количества роданистого железа на счет оставшегося в растворе хлорного
железа. Опыт показывает, что я при значительном избытке роданистого
калия двойное разложение ле полно, так как окрашивание продолжает
увеличиваться, стало быть, в растворе существуют четыре соли.
Если один из продуктов реакции двойного обмена получается в виде
или таза, или нерастворимого осадка, то реакция может иттив одном напра-
влении, ибо выделяющийся продукт (газ или твердое тело) не может уже
принимать участия в реакции двойного обмена,. Таковы случаи образования
230 Закон Овойиыг соединений § 193
хлористого кальция при действии соляной кислоты ла мрамор. GaC03
(см. выше), или хлористого серебра, АдС1, при действии соляной кислоты
па азотнокислое серебро.
Закон двойных' разложений является одним пз след-
ствий общего положения, уставов ленного К. В е р т о л л о (1748—1822):
всякое тело, ко т о р о е с т р е м и т с я во й т п с с о е д и и е -
м п е, д о it с т в у с т п р о и о- р ц и о и а л ь я о с в о (* м у с р о д -
е т в у и с и <! о м у к о л н и < с г в у.
13 1867 г. ю>р;: жиже уж Г v л : д б < р г и Веге облекли в
математ счес мулу гго положение н установили закон дей-
ствующих М U с с.
Согласно этому закону, хпмлч<Л'К.1л спая, с которой дватела А и В
действуют друг на. друга, равна пропав едению из действующих масс этих
тел, помноженному на коэффициенты сродства.
Под действующей массой вещества разумеется количество его, находя-
щееся в единице объема той среды, в которой происходит реакция, иными
словами, концентрация его.
Коэффициенты сродства представляют некоторые величины, зависящие
от лряроды обоих веществ и температуры.
Если А и В превращаются в А' и В' и обратно Л' и В' в А и В, то рав-
новесие установится, когда химические гили. диипву ющю- между Ап В,
будут равны силам Между .V I В'. < Ю,..;;иЧ11М действующие массы для
А и В через р и q, для A' i В’ через р' и q'_ а коэффициенты сродства первой
пары лед через к, второй ur-y.i к'. Г’.жпщмгие выразится тогда:
k.p.q = k'.p'.q' ..... I.
При чем выражение k.p.q будет представлять количества А и В,
превращающиеся в А' и В' в единицу времени, а к', р'. д'— соответствен-
ную величину обратного действия.
Из уравнения (I) получаем:
Р_. ч
Р' • ч'
К — называется к о и с т а. н т о й равновесия и, определив се. можно
управ гать направлением реакций.
1 Жадность кислот. Работами 10. Томсена, а также
В. Оствальда определено распределение основания, напр., едкого
натра (NaOH) между двумя кислотами, напр., азотной и соляной, азотной
и серной и т. и:.еслив разведенном растворе смешать по 1 эквиваленту
каждой кислоты и 1 эквивалент едкого натра.
На основании этих исследований найдено, что крепость или
жадность (т.-е. стремление к насыщению) серной кислоты вдвое
меньше жадности азотной, т.-е. при одновременном действии ла 1 граммо-
молекулу (40 гр.) едкого натра, одной грамме-молекулой (63 гр.) азотной
Классификация солей 231
т: и '"лграммо-тйолекулой (граммо-эквивалентом)г) (49 гр.) серной
. ' з едкого натра соединится с серной кислотой, а 2/3 с азотной.
Приведем таблицу жадностей некоторых кислот, принимая жадность
зон ранной 100.
Жадность Жадность.
тяпая к........... 100 Ортофосфорная к. . . 13
Азотная ....... 100 Плавиковая » . . . б
Серная >............. 49 Уксусная » . . . 3
1. На основании этой таблицы можно сказать, что при прилива дни
к раствору поваренной соли эквивалентного количества азотной кислоты,
я.тгрпй распределится поровну между азотной и соляной к., и константа
равновесия К — 1, так как при реакции: NaCl + Н\т0ДЦжМаКт03 + НС1
бразуется % граммо.т. NaN03 и г/г грамчол. НС! и останутся
свободными % граммом. NaCl п 1/2 граммол. HNO3. Таким образом,
Если же к раствору поваренной соли прилить эквивалентное коли-
чество серной кислоты, то при реакции: 2 NaCl + ILSO.jT^NiiaSCn + 2НС1,
21- натрия останется в соединении с хлором, а 1/3 натрия соединится с эле-
ментами серной кислоты.
Жадность соляной кислоты превышает таковую уксусной кислоты
100
в 33.3 = ——. Если к раствору уксуснокислого натрия прибавить эквива-
О
лентиое количество соляной кислоты, то только около 3% уксуснокислого
натрия останется нераз ложен ним. 97% уксусной кислоты сделается свобод-
ной.
§ 1.91, Соли, как уже говорилось выше (см. § 44), могут быть сред-
и и е или к полы е, кроме того, cymeci вуют соли основные. Ос-
новными солями называются такие, в вторых металл соединен не
только с кислотным остатком, ио и с водным остатком (гидроксилом).
Например, средний азотнокислый висмут обладает формулой Bi(NO3)3,
состав же основной азотнокислой соли висмута
выражается формулой Bi(HO)2(NO3).
Кроме подобных солей, существуют основные соли, получаю-
щиеся через выделение воды из нескольких частиц основной соли' напр.:
2РЬ(ОН)С1— Н20=РЬ0.РЪС1а.
Состав таких солей изображают, как соединение окиси металла с его
средней солью, напр., РЬ0.РЬС12. Для свинца известны хлористые основные
соли такого состава:,
РЪС12. 2РЬ0 и РЬС12. 7РЬ0.
*) Сериал кислота двухосновна, а азотная одпообновна, а потому .1 граммолекула азот-
ной кислоты :>kdmвалентна, полграммолекулы серной кислоты.
232 Изоморфизм § 192
Металлы 1-й группы периодической системы образуют кислые соли,
а основные получаются с .слабыми основаниями металлов других групп,
соли которых разлагаются водой. Напр., хлористый алюминий А'12С1в
при действии воды разлагается на основную соль А1а(ОН)2С14 и соаДгую
кислоту:
А12С1« 2Н.,0 = А12(ОН)2С14 + 2НС1.
Двойные с о л и получаются из растворов, содержащих две пли
несколько различных солей, напр., кг.асиы (см. § 192) каинит,
(карналлит) см. § 222 т.п. R раствор, пип распадаются па состав-
ные соли.
О комплексаыхсолях см. §§ 263, 264а, 265, 266.
Основные соли образуются преимущественно мало энергичными
основаниями.
§ 191а. По своей прочности при нагревании соли минеральных и орга-
нических кислот резко различаются: большинство последних при более или
менее сильном нагревании разлагаются, давая начало образованию различ-
ных органических соединений—углеводородов, кетонов и др. Соли же ми-
неральных кислот: серной, фосфорной, кремневой прп нагревании плавятся,
нс разлагаясь; то же наблюдается для азотнокислых солей и углекислых со-
лей щелочных металлов К. Ха. Rb и т. и., тогда как соли других металлов
разлагаются, выделяя <жпслы азота или угольным ангидрид, напр., азотно-
кислый свинец распадается на окись свинца, азотноватый ангидрид п кисло-
род (см. § 113), углекислый кальций на окись кальция и угольный ангидрид
(см. § 218). ’ -
§592. Изоморфизм солей был открыт Митчерлихом, указавшим, что
соответственные соли фосфорной Н3РО4 и мышьяковой-Н3АзО4 кислот
кристаллизуются с одинаковым количеством воды, обладают чрезвычайно
близкими кристаллическими формами и могут кристаллизоваться вместе
в одних кристаллах, заключающих смесь изоморфных соединений.
И з о м о р ф н ьг м п телами называются такие, которые при оди-
наковом числе атомов в частицах представляют
сходство в химических реакциях, близость в свойствах, одинаковую
или чрезвычайно близкую кристаллическую
форму. Примером изоморфных тел могут служить квасцы, т.-е.
соли общей формулы 24НаО, где R = Na, К, NH4, а М= Or, Al.
Все они' кристаллизуются в правильных октаэдрах и могут кристал-
лизоваться, образуя изоморфные, смеси. Если смешать раствор калийных
K2A12(SO4)4 24Н3О и аммиачных (NHJ, A12(SO4)4 24НаО квасцов, то в вы-
деляющихся из такого раствора кристаллах будут разнообразные отношения
между количествами взятых щелочей, не получится отдельных кристаллов
того или другого рода: в каждом отдельном кристалле будет содержаться
и калий и аммоний. Если взять кристалл калийных квасцов и погрузить
его в раствор, способный выделять аммиачные квасцы, то кристалл калий-
§ 193 Растворы солей 233
пых квасцов будет расти и увеличиваться в таком растворе, т.-е. на плоско-
стях, ограничивающих кристалл калийных квасцов, будут отлагаться слои
аммиачных квасцов.
Так как изоморфные тела обладают одинаковым числом атомов в ча-
стице, то с помощью явления изоморфизма можно устанавливать частичные
формулы тел, а следовательно, устанавливать атомный вес того или другого
элемента.
Так, на основании изоморфизма солей алюминия с солями окиси же-
леза, для которой была установлена формула Fe2O3, было выведено, что окись
алюминия должна выражаться формулой А1203, а отсюда атомный вес
А1 = 27, так как в окиси на 16 ч. кислорода находится 18 частей алюминия.
Основываясь ня явлении изоморфизма, Псрцелиус установил атомные
веса для многих ньв, в ианюнШ' же вр<чя изоморфизм имеет только
ростепеншм ввачение при установлена] ix весов.
> § 193. Растворы солей. Соля суть rata твердые, некоторые аз них
хорошо рас is воде, другие трудно. Найрим.. 100 ч. воды при 15°
I г..' ЮОч.хж льция, 36 ч. поваренной соли, 26 — селитры,
0.236 гипса (c jiHoKuc ’Г < кальция. C; Si>.). о.<ХЮО7 сернокислого свинца
FbS04 и т, далее.
Растворимость солон. Почти все соли щелочных металлов
лития, натрия, калия и аммония растворимы; исключения представляют:
пиросурьмянокислый , натрий Na2H2Sb2O7. 6Н,О, хлороплатинат ка-
лия и аммония K2PtCle и (NH^jPtClg,
хлорнокислый калий КС104,
двойная соль азотистокислого калия и кобальта K3Co(N03)e,
такая же. соль калия,, серебра и кобальта K,AgCo(NO.>)«.
Некоторые из этих солей более растворимы, чем соли других метал-
лов, которые обычно считаются нерастворимыми.
Почти все соли сильных одно- п двухосновных кислот в воде раство-
римы. Исключение составляют хлористое, бромистое и йодистое серебро,
свинец, медь и ртуть: AgCl, AgBr, AgJ, Сп2С12, Спг1,г Hg2Cl2, PbGl2, PbBr2,
PbJ2, иодная ртуть HgJ2, фтористый кальций CaF2, сернокислые соли ба-
рия, кальция, стронция и радия BaSO4, SrSO4, 0aSO4, RaSO4. Средние
соли фосфорной Н3РО4) мышьяковистой H3AsO3, мышьяковой H3AsO4,
кремневой H2SiO3, борной Н3В03 и угольной (Н2С03) кислот, за исключе-
нием щелочных не растворимы.
Зависимость растворимости от температуры графически изображена
на рис. 103, на коем по горизонтальной отложены температуры, а по вер-
тикальной — число частей соли, растворяющихся в 100 частях воды.
При определении растворимости солей в воде, коэффициент
растворимости (см. § 28, стр, 33) относят к безводной соли, между
тем, многочисленные наблюдения заставляют принять, что многие соли,
растворяясь в воде, образуют с ней химические соединения, которые будут
находиться в растворе. Указанием на это может служить тот факт, что многие
'i34 Растворы солей § 193
соли выкристаллизовываются из водного раствора в виде соединения с так
называемой кристаллизационной водой (си. § 27, стр. 33):
так, растворяя безводный сернокислый натрий, Na2SO4, в воде, при выде-
лении кристаллов из подобного
раствора мы получим тело состава
Na2SO4 . 10Н31О; то же самое наблю-
дается для многих тел, как-то: для
медного купороса CuS04 . бИ2О, для
железного FcSO4 , 7Я2О и мн. др.
Одно и то же количество соли мо-
нет у ti.i i t в и единение с различным
коли честном воды (подобно тому, как
существует треххлористый РЙС13‘ и
пяти хлористый фосфор PhCls) и обра-
зовать тела, отличающиеся различной
степенью стойкости; так, соединение
CuSO4. 5НаО распадается, выделяя
4Н2О, при нагревании до 120°; для
того же, чтобы разложить соединенно
С и SO., . Н2О. нужно нагревать его
выше 200°.
Ввиду этого, кот. мы растворяем
IB-которые соли в воде, то, смотря
по температуре, могут или образо-
ваться различные соединения с водой,
или же соль но будет соединяться с
водой: так, напр., лрп кристаллизации поваренной соли из воды, при
обыкновенной температуре (15—20°) выделяется безводная соль; при кри-
сталлизации же при температуре ниже — 5° выделяются кристаллы состава
NaCl . 2Н20.
В некоторых случаях переход из одного соединения в другое (содер-
жащее иное количество.воды) можно заметить даже в тогда, когда соль не
выделяется из раствора: хлористый кобальт (безводный) СоС12 — синего
цвета, такого же цвета раствор его в безводном спирте, водные же растворы
хлористого кобальта красного цвета и из таких растворов выделяются
кристаллы СоС12. бНаО, при нагревании же концентрированных водных
растворов хлористого кобальта цвет раствора, переходит из красного в си-
ний, что указывает на выделение из СоС12. 6Н2О частиц воды; таким обра-
зом, при низкой температуре в растворе находится СоС12 . 6Н2О, а при
высокой — СоС1а.
Всем этим легко объясняется явление, наблюдаемое над некоторыми
солями: с температурой растворимость солей по большей части возрастает,
для некоторых же солей, наприм., глауберовой соли (сернокислого натрия),
Na2SO4, растворимость быстро увеличивается до 33° (при 0° в 100 ч. воды
растворяется 5 ч., при 20° — около 20 ч., а при 33° — более 60 ч.), а при
дальнейшем повышении температуры растворимость падает, так что при
194—195
Ппресыщенные растворы
235
нагревании насыщенного при 33° раствора происходит выделение кристал-
лов безводного Na2SO4 и тем больше, чем выше температура. Такое умень-
шение растворимости происходит от того, что соединение Na2SO4. 10Н-.О,
образующееся др и растворении Na2SO4 в воде, выше 33° разлагается на
безводный jSia.2SO4 и воду: чем выше температура, тем больше соли разло-
жится: глауберова соль. Na2SO4 . 10Н2О, легко растворяется г воде, без-
водный же сернокислый натрин, Na2SO4— плохо.
На основании вышеизложенного мы должны принять,, что многие
безводные соли, переходя в водный раствор, образуют определен-
ные химические соединения.с водою, и подобного рода
со единений с-различным содержанием воды для одной и той же соли может
находиться в растворе несколько, при чем относительное количество их
будет зависеть пт различных условий: тстне-ратуры, концентрации и т. и.
§ 194. Пересыщенные растворы. Если мы будем ох ш ждать насыиг иные
прн высокой температуре растворы некоторых солей, защитив их от толчков,
пыли и воздуха, то по охлаждении j нас может получиться Перес ы-
щ о п н ы н раСТВ'.р. I.- . . . а • в р.и гв больше соли,
чем требуется ее для насыщения при дани it мш р.'луп •: напр., если upi;
100° насытить воду глауберовой солью и таюш рас'п „р слит:, с остальной
солью, прокипятить п во время ini иония закрыть гордо колбы ватой, то та-
кой раствор по охлаждении нс выделяет соли; но стоит только внести в пего
кристаллик глауберовой соли, чтобы он быстро весь закристаллизовался,
выделяя кристаллы состава NaaS04 . ЮН20.
Явление и с р с с ы щей л я растворов напоминает п о ре о х л а -
ж д е яп с жидкостей (см. § 24) и, невидимому, могло бы быть объяснено
аналогичным способом, но наблюдения показывают, что явление пересы-
щенных растворов более сложно: пересыщенные растворы образуют большею
частью такие соли, которые могут образовать с водой несколько соединений,
папр., сернокислый натрий, который дзет с водой Na2SO4. 7Н2О и
Na2SO4 . ЮНа0 или хлористый кальций, СаС1а. образующим СаС1г . 2На0,
СаС12 . 4Н2О и (Jada . 6Н2О. Каждое на стих водных соединений (к р и -
с т а л л о г и д р а г и в) растворяется, как особое самостоятельное ве-
щество; в растворе же могут они существовать одновременно: так, папр.,
в растворе хлористого кальция могут рядом с соединением СаС12бН2О су-
ществовать СаС12. 4'[Т2(‘) п СаС1а . 2На0; поэтому сумма количества хлори-
стого кальция CaCIjBo всех видоизменениях может быть больше, чем коли-
чество, нужное для образования насыщенного раствора какого-либо одного
видоизменения. Соединения эти (кристаллогидраты) обыкновенно непрочны
и могут переходить одно в другое. Напр,, в пересыщенном растворе серно-
кислого натра можно предположить одновременное существовали!.'
NaaSO4. 7На0 и NaSO . ЮН20, если же опустить в такой раствор кристалл
Na,SO4 . 10НаО, то соль Na2SO4. 7На0 перейдет в Na2SO4. 10Н20 и вы-
делится из раствора,
§ 195. Диффузия растворов. Осмотическое давление. Если мы на кон-
центрированный раствор какого-нибудь тела, папр., сахара (или медного
:'3d Закон фан-Гоффа §§ 195—196
купороса) нальем осторожно воды, так, чтобы сверху раствора образовался
слой воды, то мы через некоторое время заметим, как частицы сахара (или
медного купороса) начнут проникать в верхние слои воды, и это проникно-
вение будет производить выравнивание концентрации раствора. Движение,
обусловливающее это выравнивание, называется диффузией. Диффузия
происходит в общем довольно медленно, так что смешпваюпцюся между
собой вещества часто требуют недель и даже месяцев для прохождения пути
лишь в несколько дециметров. Явление диффузии растворов показывает,
что молекулы растворенного тела обладают движением, подобно тому,
каким обладают частицы газа.
Сила, под влиянием которой происходит диффузия, соответствует
давлению, которое производят частицы газа, занимающего известный объем.
Подобно тому, как давление, которое производит газ на стенки со-
суда, его заключающего, зависит от ударов молекул газа о стенки сосуда,
так же точно движение частиц растворенного тела должно производить не-
которого рода давление.
Существование такого давления может быть обнаружено на следую-
щем опыте: цилипдр, величиной в 100 куб. с. наполняют до краев концентри-
рованным, сиропообразным раствором сахара л
плотно закрывают перепонкой. Если затем его по-
грузить концом, закрыты .! перепонкой,в сосуд, содор-
щий поду, то перепонка вздувается пузырем, ко-
1и],ый через П’ СК".1ько часов, достигает-вышины до
2 сантиметров. Это явлешю можно объяснить так:
молекулы сахара стремятся диффундировать в наруж-
ную воду из цилиндра. по этому мешает перепонка.,
они давят на последнюю, при чем вода проникает в
пространство цилиндра , образующееся вследствие на-
тяжения перепонки. Явление, наблюдаемое на этом
опыте, называется о с м о з о м, а. то давление, ко-
торое производит раствор на перепонку,—о с мо-
ти ч е с к и м давление м.
Но для того, чтобы можно было найти более точ-
ную зависимость между осмотическим давлением и
концентрацией, перепонка должна быть полу-
проницаемой; т.-е. через нее должны проникать частицы воды
и не проникать частицы растворенного тела.
Такие «полупроницаемые» стенки получаются при пропитывании гли-
няного пористого сосуда, сперва в растворе медного купороса, а затем в
растворе железисто-синеродистого кали: при этом в порах сосуда образуется
осадок железисто-синеродистой меди, и стенки сосуда делаются полу-
проницаемыми.
§ 196. Первыми наиболее подробными количественными измерениями
осмотического давления мы обязаны Пфефферу, который приготовлял
«полупроницаемую» перепонку вышеуказанным способом.
Рис. 104.
: 35
Закон. фан-Гоффа
237
Приготовление достаточно прочной н сплошной перепонки в такой
. ; представляет большую трудность. Чем меньше размеры сосуда, тем
гчс достигнуть удачных результатов.
П ф е ф ф е р употреблял сосуды (ячейки) вышиной в 4,6 см., ши-
ной в 1,6 см. К краям такой ячейки с перепонкой (рис. 104) он прикреплял
стеклянное приспособление для запора; в боковую трубку этого приспо-
бдения он вставлял ртутный манометр с запаянным коленом. Весь прибор
। поднял испытуемым растворой и, плотно закрыв его, погружал в большой
сосуд с водой. Ртуть в манометре постепенно поднималась вверх. Но прежде
чем столб ртути достиг максимума, прошло несколько недель. С этого мо-
мента осмотическое давление уравновешивалось давлением воздуха, сжа-
того в закрытом колене манометра, и Пфеффер мог измерить осмоти-
ческое давление в атмосферах, иными словами, определить, с какой силою
молекулы растворенного тела давят на часть поверхности стенки сосуда,
равную поперечнику манометрической трубки.
IF • д взкия П р .- над .. т-кпм л- н.о ш:см водных
растворов сахара и солей привели к следующему выводу: о с м о г и ч е -
око . • . • порц] на .. п о к о н -
ц с и т р а ц и и к а б с о л ю п . й мн р а i у р е.
Если Р есть осмотическое давление в атмосферах, с— процентное
содержание, Т—абсолютная температура, а — постоянная, зависящая от
молекулярного веса растворенного тела, и выражающая осмотическое
давление при 0° и при концентрации в 1%, то
Т
Р а . с. (1 ф- 0,00366t) = а . с —- (1).
Для тростникового сахара, но Л ф с ф ф е р у, а = 0,649 атм.
Фан-Гофф первый указал на аналогию законов осмотического
давления с законами Во Й ля - Мариотта и Гей-Люссака.
В §§ 14—16 (стр. 15—17) указано, что для газов существует следующее
соотношение:
Р . V = й . т
(2).
где Р — давление, V — объем, занимаемый единицей веса газа, Т -^.абсо-
лютная температура. Если под с мы обозначим концентрацию (количество)
газа в единице объема, то V = -.
е
Тогда уравнение (2) принимает такой же
вид, как уравнение (1):
Р - К . с . Т
(3).
Таким образом, зависимость между объемом (или концентрацией),
давлением л температурой выражается одной и той же формулой как для
газов, так и для разведенных растворов.
Эта аналогия, указанная фая-Гоффом, касается не только
качественной стороны, но и количественной.
238 ‘Закон фаи-Гоффо. § 196
Если мы сравним осмотическое давление однопроцентного раствори
сахара с тем давлением, которое имел бы сахар, если бы он, находясь в газо-
образном состоянии занимал бы тот же объем, какой имеет раствор, то мы
найдем поразительное совпадение. Легко вычислить ото давление.
Граммолекула сахара (С12 Н22 Оп) равна 342,18 гр. Поэтому, если бы
.можно бьЬго обратить сахар в газообразное состояние, то можно было бы
ожидать, согласно закону А в о г а д р о, что 342,18 гр. сахара при О'1,
занимая такой же объем, что ц о грамма (1 грнммо-полскула) водорода,- или
22400 куб. с. (см. § 14. стр. 15). будут производить давление, равное ат-
меефорИ'сту 7 ю - ч. у у — гтс-лби. Тр> сахар при нагревании обугли-
вается И pa. la-T.-l' -и. [ I'.li . IF В Г1- ЖЮДРПНЫХ pilC'lворах его МОЛСКуЛЫ
приобретают свободу двпж-йия, хар. 1кт< ризуюпыто газообразное состояние
тел. При помощи уравнения (3) можно вычислить давление, которое произ-
водили бы газообразные частицы сахара, если бы они занимали такой же
объем, какой им предоставлен в однопроцентном растворе сахара. Объем,
какой занимает 1 гр. сахарав его однопроцентном ра створе, равен 100, бкб.см.
22400
Следовательно, в 22400 kvo. сайт. будет заключаться ——— - 222.6 гр.
100,*)
222,б'
или 0,051 граммо-мнлскулы. и налиму д/нменш' гааа тикой
кп|щгнгуацш! ранни 0.651 атмосф. пли 195 мм. ртутного столба.
Такое икаоыралп бы ч гпгш * f bi f»u онинаходились
в газообразном состоянии, а осмотическое дав лени* однопроцентного рас-
трора. по Пфеффгру. рам?. -'.<,49 Ип.
В с.ълуюш Mi ганлипг гитоигк.тиш чигла, шиупенныс Пфеффсром
для осмотического давления сахарного р ^ъ.. -pa и шячисленшдг по уравне-
нию (I) при различных температурах х):
Чем пер ату pa (t). Осмотическое- ,чи- О.ЙУ (1 1,1 00367 У
шгепие.
6,8 0,664 0.665
J3J 0.691 O.6S4
14.2 0.1171. 0.682
15.5 0,684 0,686
22,0 _ 0.721 0,701
36.0 0,746 0,735
Ч В дополнение к лип таблице мы приведем числа, полу чей вне в 1905 г. дну мн ам-р г кап-
скими учеными Нор зо м и Фразере м, произведшими тщательные измерения, осмотп
некого дан.^шш растворов трости и нового сахара различно И концентрации прп 2(Р.
Число гпа имо<4о- !] Наблюденное осмо-' тпческле давление < (п aiмосферах)- ' Газовое давление, вычисленное по ура- ппевню (I).
лекул в 1 литре.
П.05 1 1 'I 1,21
ОДО 2 М 2,40
О.рО 12J0 ' 1 12,10-
0.80 1 19,43 19.30
1.00 24,40 24.33
— 8 Закон фан-Гоффа, 239
новации всего этого фал-Гофф пришел к следующему
!ю. которое можно назвать законом фан-Гоффа:
ч < с к о е давление равно газовому, кото-
б л ю д а л о с ь бы, если мы представим себе,
растворитель удален, а растворенное тело
я е газа занимает при той же самой темпе-
ре тот-же объем, что и р а с т в о р, или, другими сло-
м о л е к у л ы раствор е и кого тела при о с м о т и -
и х процессах про и з водя т и а п о л у п р о в п -
м у ю перси о и к у т о ж е самое давление, какое
• •ни производили бы в газообразном состоянии
на стенки обыкновенных сосудов при той же
самой концентрации и той же с а м о й т е м п е р а т у р е.
§ 197. П"'п му и Ц ... (;i[: (Г'ППс p.jBItO ГЯ30В0МУ? ВОТ ВОПрОС,
на который до сих пор мы не имеем определенного ответа. Н< которые иссле-
. . ’ ’ "Янием
их состоянием в растворах, приняли за причину осмотического давле-
1 : , 1 юк давление газа
происходит "Г ударов молекул о стенки сосуда, гак и • ' га око давление
производится ударами <» по.тупронпц.- mvj . лику частиц растворенного
тела. С этой точки зрения растворитель представляет только сроду, в ко-
торой свободно двигаются частицы растворенного тела.
Между тем можно принять, что причиной осмотического давления
является то притяжение, которое оказывают частицы растворенного тела
в воде. Это притяжение заставляет проникать воду в сосуд с полупрони-
цаемом стенкой, когда в нем будет находиться раствор и он будет погружен
и воду. По этому воззрению, агентом, вызывающим осмотическое давление,
является то сродство, которое имеет растворенное тело к растворителю.
По нашему мнению, последнее воззрение напбо.тес приближается
к истине.
§ 198. Для тел в разведенных рашющах, таким образом являются
справедливыми все законы газового состояния: Б о в л я - У1 а р н о т г а,
Г с й - Л ю с с а к а, А в о г а д р о. Последний закон может быть выражен
так: осмотическое давление будет- во всех слу-
чаях приблизительно одинаково, когда равные
объемы растворов будут содержать одинаковое
ч и ело м о л е к у я, . иными словами, эквимолекулярные
растворы тел производят одинаковое осмотиче-
ское давление. Такне растворы называются также изотонии-
н ы м и. Над подобного рода растворами производил, между прочим,
наблюдения де-Фр и с, который исследовал проникновение воды из
растворов в растительные клетки. Во .многих растительных клеточках
клеточный сок, заключающий в растворе сахар, кислоты, соли и т. п.,
находится в протоплазматическом мешке, обладающем свойствами полу-
проницаемой оболочки. Если взять, палр., клеточку из листа растения
240 Упругость пара растворов § 199
АВС
Tradeskantia discolor и погрузить в раствор какого-либо тела, находящегося
в протоплазме клеточки, то в том случае, когда осмотическое давление
раствора более такового в протоплазме, из клеточки происходит выделение
воды в наружный раствор (плазмолиз), и содержимое клетки сокра-
щается. Если же превышает осмотическое давление в клетке, то тогда из
наружного раствора происходит проникновение воды, и объем клетки уве-
личивается. Путем многократных испытаний можно приготовить такие
растворы, что осмотическое давление их будет равно таковому в клетке,
и тогда по будет ли сокращения протоплазмы, гаг увеличения объема клетки.
На рис. 105 в В в : браж'-на клеточка, погруженная в раствор, осмо-
тическое давление коего равно таковому в клеточке, в А — в растворе
с меньшим осмотическим давлением,
а в С—с большим.
Если закон Авогадро является
справедливым для разведенных раство-
ров , то ясно, что можно ПОЛБ зо-
в а'т'ь с я измерением о с мо-
ти ч’е с к о г о давления для
сравнения и определения
молекулярных весов ра-
створе н и ы х тс л.
Измерение осмотического давления представляет много эксперимен-
тальных трудностей, поэтому, с и, пю '>прод«‘.к‘нпя молекулярных весов,
редко производят этп’пзмеренпя.
Но, основываясь на первом и втором законах термодинамики, можно
указать на. тесные количественные соотношения между осмотическим да-
влением, с одной стороны, и упругостью пара, температурой замерзания
и кипения растворов — с другой. Эти соотношения позволяют, зная одну
из этих величин (т.-е. упругость пара или температуру замерзания и кипе-
ния) определить осмотическое давление раствора, а следовательно, и
молекулярный вес растворенного тела.
§ 199. Упругость пара растворов. Еще рапнпе исследования Ба б о
(1848 г.) иВюльнера (1856 г.) показали: 1) упругость паров водяных
растворов меньше таковой для чистой воды, и 2) уменьшение упругости
пара водных растворов пропорционально количеству растворенного
вещества. Последний закон оправдывается только для разведенных рас-
творов. Более подробно исследовал вопрос об упругости пара растворов (не
только водных, но и эфирных и спиртовых) Рауль, который пришел к сле-
дующим выводам: - '
1, Относительное понижение упругости пара
р — Pi
—-—(где р и рг—упругость паров чистого раство-
рителя и раствора) в пределах от 0° до 20° не за-
висит от температуры.
Упругость пара раств)ров
241
. В разведенных растворах понижение у п р у -
пара возрастает пропорционально к о л и -
растворенного вещества.
3. Если на основании этого закона пр о пор-
ьностп отнести понижение к 1 граммо-моле-
г - вещества, растворенной в 100 гр, раствори-
io мы получим молекулярное понижение
’•гости пара
р — рг т
р в
. —к-спив-спю в* щества, раствор'-иного в 100 гр. растворителя, ат —
. - . v ; у ' fi Г •
У ‘ 7 - . у р у 1 с т и пара
[ля растворов различных веществ с одним и
ж е р а с г ; ? я п п ; , к а к и о с я о -
твческое давление, зависит толь т числа м о -
у ' : . . ; : р ? зп 7 :• ’ щ • с т в а.
4. Относительное понижение упругости пара
.7 я всех растворителей равно отношению числа
молекул растворенного вещества ко всему числу
v пул. находящихся в растворе
р— Pi п
р N 4-п........................... I
гд п — число молекул растворенного вещества, а N— число молекул
растворителя.
Принимая во внимание, что для разведенных растворов п очень мало
сравнительно с N, можно без большой ошибки взять в знаменателе фор-
мулы (II) N вместо N + п, п тогда получаем:
р — Pi п
....................................... П
Таковы выводы Рауля, основанные на точных опытных измерениях.
На основании 3 н 4 законов, выведенных Раулем, наблюдения над
упругостью пара растворов могут служить для определения молекулярного
веса растворенного тела. Если р— упругость пара чистого растворителя,
Pi — раствора, содержащего е весовых процентов растворенного вещества,
(100 — е) — количество растворителя, т — искомый молекулярный вес
растворенного тела, а М — молекулярный вес растворителя, то:
е
р — Pi п т вМ
р - N + п ~~ 100 — е _е ~~ (100 — e)m + М Те'
М + т
откуда
К п<5 л у i: о Неорганическая химия, 1g
242
Упруго-.тъ пара ра'.чпвгрив
§ 20j
„§ 200. Как уменьшение упругости пара раствора, так и осмотическое
давление, определяется величиной сродства растворенного тела к раствори-
телю, и поэтому эта последняя может измеряться как осмотическим давле-
нием, так и лотерей (понижением) упругости пара.
Таким образом и понижение пара раствора, и осмотическое давление
будут пропорциональны одной и той же величине, а именно силе притяже-
ния растворенного тела к растворителю, и поэтому будут величинами про-
порциональными друг другу и, как таковые, могут служить одна мерою-
другой, т.-е., зная потерю упругости пара раствора, можно вычислить осмо-
тическое давление, и обратно — злая осмотическое давление, можно вы-
числить потерю упругости пара.
Фан-Гофф при самом установлении своего закона показал,
что осмотическое давление раствора находится в тесной количественной
связи с его упругостью пара, так что, зная последнюю,
l можно вычислить первое, и наоборот.
Представим сосуд в виде опрокинутой воронки с*
«полупроницаемым» дном, содержащий раствор L
(рис. 106) и погруженный в другой сосуд Г, наполнен-
ный чистым растворителем. Оба сосуда находятся под.
колоколом, из которого выкачан весь воздух. Телтсра-
тура во всей системе одипакетю. Чрез полупроницаемое
дно растворитель будет проникать во внутренний сосуд,
до тех пор, пока давление, производимое столбом жид-
кости hG, не сделается равным осмотическому (величина
которого зависит от концентрации раствора L). Когда
равновесие установится, между упругостью пара, чистого*
растворителя р и упругостью пара раствора р' должно
R.C. Туб.
существовать следующее соотношение; р' должно быть меньше р на вели-
чину, соответствующую весу столба паров вышиной в hG. Ясно, что
упругость ларов на уровне й должна быть равна давлению паров на.
этом уровне (когда равновесие установится); последнее же, очевидно,
равно давлению паров на уровне G(T.-e. р), уменьшенному на вес столба
паров вышиной в hG.
Основываясь на подобного рода соображениях, молено показать, что
для всех растворов, для которых осмотическое давление будет нор-
мально1), понижение упругости пара растворов следует закону
Рауля, и обратно, если понижение упругости ла.ра. растворов следует
закону Рауля, то осмотическое давление нормально; всякое же откло-
нение от закона Рауля будет указывать на отклонение величины осмо-
тического давления от нормального 1 2).
1) В дальнейшем изложении мм будем называть осмотическое давление нормальным в том
случае, когда оно равно тому, давлению, которое имело бы растворенное тело, если бы, находясь
в газообразном состоянии, оно занимало тот же объем, что и раствор,
2) Желающие могут найти весь ход вычисления в книге Ив* Каблукова «Основные,
начала физической химии». Выгг 1, стр. 156,
Температура кипения и замерзания растворов 243
. ; .човатольио, о величине осмотического давления мы можем судить
г водя наблюдений над ним, а измеряя упругость пара растворов.
<• лние измерения производить более легко; чем измерения
с : т и чес к ого давления. Но дело еще более облегчается
м . упругость пара растворов находится в тесной количественной связи
: ;:ми более доступными измерению величинами, как-то: температурой
: •; ~!я и замерзания растворов.
§ 201. Температура кипения и замерзания растворов. При кипении
растворов твердых тел, как известно, переходит в пар только растворитель,
по W растворенное тело, если только точка кипения последнего лежит при-
близите 1ьно па 130° выше точки хшпопня растворителя.
При замерзании раствора выделяется в твердом ваде всегда только
растворитель, если раствор не слишком концентрирован. Если Припять
. . ......; . м-.пьйю упругости пара
. .Ь при б. I высокой
и зам _ t при боле'- 1ШЗК0Й температуре, чем расн эрнтель. Ибо при
мпературе киш пня р. ригеля упругость пара раствора пе может еще
преодолеть давление воздуха. Поэтому, чтобы. раствор стал кипеть, он
должен быть нагрет до более высокой температуры. Точно так же раствор
только тогда начинает замерзать, когда упругость пара раствора равна
упругости пара твердого растворителя. А это условие наступает только при
юмисратуре, которая лежит ниже температуры чистого растворителя.
На рис. 107 могут быть наглядно представлены существующие соот-
ношения между упругостью пара раствора и его температурой замерзания..
По осп абцисс отложены температуры,
а по оси ординат — упругость пара,
кривая ww представляет упругость пэ-
ра воды, кривая е— упругость пара
льда; при 0° эти кривые пересекаются,
ибо при этой температуре упругость
пара льда равна упругости пара воды.
Ниже 0° кривая льда проходит ниже
кривой воды (переохлажденной). Кри-
вая 11 представляет упругость пара
раствора, она проходит под кривой ww,
и ординаты ее, согласно закону Р а у л я,
представляют одну и ту же дробную часть ординат кривой ww. Кривая 11
лежит тем ниже, чем концентрация раствора более; опа пересекает кривую
упругости льда в точке, абсцисса коей лежит влево от начала координат,
т.-е. эта точка будет соответствовать температуре замерзания раствора,
ибо при ней упругость пара раствора и пара льда будут одинаковы.
Из чертежа ясно, что чем ниже будет лежать кривая ww, тем далее будет
отстоять точка пересечения обеих кривых; отсюда: чем концентрированнее
раствор, тем ниже лежит точка его замерзания.

244. Температура кипения и замерзания рттворов_____§ 2)1
Наблюдения, произведенные Р а улем над температурой замерза-
ния и кипения растворов,.привели его к следующим выг;< дам;
1. Как повышение точки кипения. так и пони-
жение точки замерзания растворов пропорцио-
нальны концентрации раствора. If ip.. раствор, содер-
жащий в 100 гр. воды 34,2 гр. сахара, кипит при 100,50 . при содержали
51,3 гр. сахара —при 100.74’. Числа 0.50 : 0.74 относятся, как 34,2 : 51,3.
Растас р 1 аренной соли, с иций па 100 ч. воды 1 ч. соле, замер-
:мк*т прп —-о.н:, а г . р:к . _ ч. С".ти — 1.2‘.
2. Как повышения очки кипения, так и пони-
жения точки замерзания раствора, производи-
мые 1 граммом, различных растворенных тел
ts 100 гр. одного и того же растворителя, будут
приблизительно обратно пропорциональны мо-
лекулярным весам растворенных тел.
Отсюда следует, ч то молекулярное повышение (или
понижение) точки кипения (или з а м е р з а и и я) рас-
твора одинаково для растворенных тел в одном
я том же растворителе.
Молекулярным повышением (плп поппж-тпьм) называется произве-
дение пз повышения (или понижения) точки кипения (пли замерзания),
произведенного 1 гр. ] астг.орепп г т< .та в 100 гр. растворителя, на моле-
кулярный гос раствор 141 по., тела. Так. напр., один грамм эфира—тела
состава (СД15)О2, растворенный в Ию гр. в mi i, понижает точку замерзания
.ла Е = 0°,23. Отсюда молекулярное попиженпп равно Е. М. (молекулярный
вес эфира) — 0,23 . 74 = 17,0. Близкие величавы были найдены для вод-
ных растворов тростникового сахара —.18, для растворов слабых квелрт
(сернистой, азотистой, сероводорода) Е. М ==19, для растворов же сильных
кислот (соляной, азотной, брсмисто-водородной) и их солей молекулярное,
понижение почти вдвое больше, т.-с. около 36.
Благодаря этим законностлм, установленным Раулем, можно
определить молекулярный вес, исходя из наблюдений над температурой
замерзания (и кипения) растворов.
Пусть t0 —температура замерзания раствора, 90 —температура его
кипения, t - температура замерзания растворителя, 0—температура
его кипения, М— молекулярный вес растворенного теля, g— вес (в грам-
мах) растворенного тела, в G- — гр. растворителя. По закону Рауля имеем
М . (t-t0)G_ M^-fr). G
. 100 g. ‘ 10Q g. ~ ’
откуда
100A . g 100 . E . g
m=Fqg
где A — молекулярное понижение точки замерзания раствора, а Е —мо-
лекулярное повышение точки кипения раствора для данного растворителя.
i ределвиил молекулярного веса растворенных тел 215
. А, так н Е определяются из наблюдений над растворами таких
ударный вес которых известен. Для воды, как мы видели, А около
коло 5,2, если растворенное тело не электролит (см. ниже, § 204),
ишнства, же электролитов А около 36, а Ё около 10.
Таким образом, определив температуру замерзания водного раствора
его концентрацию, можно определить молекулярный вес-растворен-
та. Нужно при этом помнить, что все вышеуказанные законности ,
. даются только для разведенных растворов.
< 202. Определения молекулярного веса растворенных тел.
Для криоскопических измерений, т.-с. для определения
:: пекулярного веса по температуре замерзания растворов, наиболее раецро-
। пен аппарат Бекмана. Пробирка А
рис. 108) содержит термометр D, разде-
ишный на сотые доля градуса, п изогну-
тую платиновую >! глотку. Ее наполняют
* вел ны соличек _ (при
" : ’
0.1 грамма) н вставляют в другой н*.скольк"
пым 1 . । г: сю-уд
Ст из толстого стекла, содержащий воду,
пли какую-нибудь охладительную смесь,
температура которой лежит градуса на
2°—50 ниже точки замерзания раствори-
теля. При постоянном взбалтывании охла-
дительной смеси (с помощью металличе-
ского кольца), а. также растворителя (при
помощи платиновой проволоки) наблюдают
температуру. Для точного наблюдения
нужно растворитель переохладить ниже
точки его замерзания, и затем, когда, при
перемешивании он замерзает, ртуть в термо-
метре быстро поднимается, и высший пункт,
где она остановится, укажет температуру
замерзания растворителя. После этого, вы-
нув пробирку А из охладительной смеси,
после того как растает образовавшийся лед,
вносят из взвешенного стакана известное
количество (взвешенное с точностью до 0,1
миллиграмма) исследуемого вещества, лере- р;.е. 108_
мепгивают до полного растворения, затем
погружают пробирку А. опять в охладительную смесь и повторяют преж-
ним путем опыт замораживания раствора. Отметив температуру замерзания
раствора, определяют разность между температурой'замерзания раствори-
теля ц раствора н по формуле § 201 вычисляют молекулярный вес.
2i6 Определения моле куля ihoso веса ра-творенных тел § 20)
§ 203. Ha-ряду с криоскопическим методом определения молекулярных
весов разработан в настоящее время метод определения из наблюдения
над повышением точки кипения растворов. Лолок ударное повышение
точки кипения Е может быть определено опытным путем, а также вычислено
по формуле:
0,021*.
где Т — абсолютная температура кипения чистого растворителя, a W —
его скрытое тепло испарения при этой температуре.
Т — 273’ Е
Т — 273° Е
Бспзол ................ ' - of-7
Бромистый этилен . . . . 132’’ 63.2
Сероуглерод........... 461 23,7
Фенол..................132° 30,4
Уксусно-кислый •ТИЛ . 76е 25,1
Аштон ...............56° 16,7
Анн.шя...............182г 32,2
Для определения повышения точки кипения растворов пользуются
аппаратом, предложенным Бекманом. Мы опишем следующую форму
Рио. 109.
его аппарата, пригодную для определения
температуры кипения высоко кипящих ра-
створов и позволяющую производить точ-
ные наблюдения с небольшим количеством
раствора. Пробирка (2,6 сантим, диаметром)
А (рис. 109) имеет такую же форму, что
п в аппарате для криоскопических иссле-
дований , только в припаянную сбокутрубку
с помощью пробки вставляется воздушный
холодильник Ki (для легко кппящих жид-
костей он заменяется большим Либи-
хов с к и и холодильником), в дно же
пробирки впаяна платиновая проволока,
В эту пробирку вносят отвешенное .коли-
чество растворителя, предварительно па-,
л ожив на ее дно слой (высотой в 3—4 сан-
тиметра) стеклянных перлов; тщательно
закрыв ее пробиркой с термометром, ее
погружают в паровую коробку В, в кото-
рой находится около 20 куб. сайт, раство-
рителя. На отдельном рисунке слева видно,
что паровая коробка В представляет кольце-
образный сосуд с боковой трубкой, кото-
рую также соединяют с холодильником К3.
Ящик С с кольцами a, hj hs — состоит из
азбестового картона и служит для того, чтобы предохранить пробирку
А от непосредственного действия горелок, SS — обозначают трубы, сде-
ланные тоже из азбестового картона и служащие для -отвода горячих
i 2 Теория электролит;' че кой диссоциации 247
hj ктов горения. После того как пробирка А внесена в паровую
I р бку В, се начинают нагревать, избегая непосредственного действия
гня па пробирку А. Очень часто достаточно бывает того тепла, которое
доставляет паровая коробка, чтобы привести жидкость в А в кипение. Когда
кипение установится, отмечают на термометре температуру кипения (при
этом нужно прибавить, что шарик термометра должен быть весь погружен
в жидкость). Затем, охладив жидкость, прибавляют через боковую трубку
отвешенное количество испытуемого тела, замечают опять температуру ки-
пения, и, определив.таким образом повышение температуры кнлепия раство-
ра, вычисляют молекулярный вес по формуле § 201, стр. 244.
§ 204. Теория электролитической диссоциации. Уклонения от
законов Рауля и фан-Гоффа. Исследования, которые при-
вели Рауля к вышеизложенным законам, произведены были с растворами
индпферентных органических соединений в воде или в органических раствори-
телях, Но б .. '„j-- кол стае т j г-.: юрах, га лоты, соли
и основан " , особенно неорганические, показывают отклопонк? от этих
-закопав. Вое эти тела являются электролит ”:. { хорошо про-
водят электричестю . 31< гькулярп*'* п<ишж•ж точки замерзания п.тп по-
вышение точкп кипения раствора, производимое такими телами, гораздо
больше, иногда почти вдвое более, чем молекулярное понижение (или по-
вышение) для какого-либо органического вещества, Напр., молекулярное
понижение сахара в водном растворе равно 18,6, для поваренной же соли
оно равно 35, т.-е. почти вдвое. Следовательно, поваренная соль действует
'так, как будто количество ее; отвечающее формуле NaCl, представляло не
одну, а почтп две молекулы.
А так как понижение точки замерзания (пли повышение точки кипения)
, растворов находится в тесной количественной зависимости с понижением
упругости пара раствора и с его осмотическим давлением, то ненормальное
понижение точки замерзания указывает на то, что осмотическое давление
отступает от нормальной величины.
Все отступления от закона фан-Гоффа для этпх тел были
таковы, что нх можно было объяснить, допустив частичную диссоциацию
этих тел, т.-е, предположивши, что часть молекул этих тел, переходя в рас-
твор, распадается на свои составные части.
Действительно, тогда как, например, температура замерзания раствора
1 граммо-молекулы спирта (46 гр.) в 1 литре воды, или другого нормального
раствора какого-либо непроводящего вещества, лежит при — 1,85°, темпе-
ратура замерзания нормального раствора хлористого натрия, хлористого
калия, хлористо-водородной • кислоты или 'едкого кали приблизительно
около —3,26°. Таким образом, нормальный раствор хлористого натрия
относится так, как если бы он содержал 1,75 граммо-молекулы на литр.
Это можно объяснить следующим образом: часть.молекул NaCl (75 из 100)
распадается на Na и 01. Тогда раствор должен содержать в 1 литре 0,25 грам-
мо-молекул NaCl, 0,75 граммо-ат. Na и 0,75 граммо-ат. С1.
2i8 Теория электролитически дне.(щиаци.и § 204
Таким образом, предполагая, что соли, кислоты и основания при пе-
реходе в раствор распадаются на составные части, играющие роль самостоя-
тельных молекул, можно легко объяснить наблюдаемые отступ: леиня от
закона фан-Гоффа. Такое объяснение было дано в 1888 г. С. Аррсниу-
с о и, предложившим теорию электролитической диссо-
циации *)> ио прежде чем излагать ее, рассмотрим явления прохождения
тока через жидкости.
Чистые жидкости (за исключением ртути) очень плохие проводники
электричества. Вода долгое время считалась одной из наилучше проводящих
жидкостей, по эт<> происходило оттого. что электропроводность воды быстро
уюлн - в.'1' т<"я ' 7 ну.! " ' .й : г-'л р ' цг..•алых количеств посторон-
них - мт, п падающих в химически чистую воду i з в< здуха. Немецкий
ученый Кольрауш с пьл, что Сгврогплленне, оказываемое водой
прохождению электричества, громадно, если только вода очищена, ио-
возможности, от всех примесей. Приготовив со всеми предосторожностями
химически чистую воду, он нашел, что сопротивление, какое оказывает
прохождению электрического тока столб таком воды, имеющий 1 метр
в длину и 1 кв. миллиметр сечения, равпо сопротивлению медпой проволоки
такого же сечения, но имеющей такую длину, что луч света (проходящий,
как известно,в 1 секунду 300000 километров), может пробежать такой путь
в 2 часа 12 минут. Но стоит только такой воде постоять несколько па воз-
духе,т-н сопротивление ее быстро уменьшится. Другие жидкости, напр.,
спирт, глицерил и т.п. проводят э.— ’л г --етцгп па-очень плохо. Водные
растворы спирта, сахара п т. и. тел не проводят электричества.
Растворы же кпелот и ечт й проводят электричество хорошо, при чем
в них происходят особого рода изменения’. Когда электричество проходят
по медной илп железной проволоке, последняя остаются после прохождения
тока такою же, какою была до прохождения; не то происходит, когда ток
проходит через раствор кислоты, напр,, соляной, или соли, напр., хлори-
стого натрия или медного купороса: при этом происходит как бы распадение
частиц кислоты (или соли) на их составные части, которые в виде или от-
дельных атомов, или групп атомов направляются к электродам, при чем
часть, направляющаяся к отрицательному электроду (к ат од у), т.-е.
водород и металлы, называется к а т и оном, часть же, направляющаяся
к положительному (аноду) — кислотная группа (Cl, SO4, NO3) ит.п,—
анионом.
НС1 = Н + э С1-
NaCl = Na\ Cl“
CuS04 = Си + : + S04“-
Такие тела, как кислоты,.соли, основания. называются электро -
литами а самое явление разложения тел под действием электрического
тока — электролизом. * ll
Желающие могут nairrn более подробное изложение теории эле ттгр о литической диесо-
цизции л паю у трудах: «Основные начала физической химик», Вып. I. «Электро хи мл ro-
ll «Очерки из истории электрохимии за XIX век».

§ 205 Теория олектролитиче к::й Ovet оцисции 249
Прежде предполагали, что единственным агентом, раздвигающим
составные части, молекулы электролита, была электродвижущая сила,
К л а у з и у с указал, что по этой теории до тех пор, дока электровезбу-
дительная сила ниже известного предела, ле должно существовать ни разло-
жения (электролиза), ли тока; но как только электровозбудительная сила
достигает этого предела, должно начаться электрическое разложение,
сопровождаемое сильным током. На самом же деле этого, однако, не заме-
чается; хотя электролиз, действительно, происходит только тогда, когда
электровозбудительная си ia достигнет известной (для каждого электролита
определенной) величины, по ток проходит через раствор при всякой электро-
движущей силе, и. напряжение его возрастает строго пропорционально
электровозбудителыюй силе, какова бы ни была величина последней. Это
явление Клаузиус объясняет следующим образом: согласно кинети-
ческой теории строения тел, в жидких телах, равно как и в газообразных,,
происходит кит: бы постоянная пляска молекул. прп в л не которые пз моле-
кул тела lx астворе бретают и ько большую ско-
рость, что при ветрено с другою молекулой одна или обе пз молекул разры-
ваются, и отдельные части их отправляются i . ш . г., i рит Ма -
к с у е л л ь, новых парив рев. К л у з и у с полагает, что электро-
возбудительная сила именно и проявляет свое действие в виде направляющей
силы на эти, временно разделенные молекулы, заставляя одни из составных
частей двигаться по одному направлению, а другие — по противоположному.
Таким образом, молекулы всегда меняют партнеров даже без действия
электровозбудительной силы, влияние которой состоит только в придании
определенного направления этим движениям, происходящим во всяком слу-
чае.
§ 205. Основываясь па этой теории Клаузиуса, С. Аррениус-
для объяснения вышеуказанных отклонений от законов Рауля и фан-
Гоффа электролитов в растворах принял, что в растворах таких тел,,
как сильные кислоты, соли п основания. большая часть молекул находится
как бы в состоянии щпссоциациж (разлож* иля). Водя, растворяя хлористый"
водород пли хлористый натрий, ослаб.тшт связь между атомами, входящими
в состав частиц хлористого водорода или хлористого натрия, настолько,
что движение одного атома (попа) делается независимым от движения дру-
гого. Таким образом, в растворе хлористого водорода одпа часть молекул
будет находиться в неразложенном состоянии, другая будет разложена на
отдельные атомы (иоиы), хлор и водород. Количество диссоциированных илп
разложившихся молекул будет зависеть от количества воды: чем более
последней, тем большая часть молекул находится в разложенном состоянии;-,
в том случае, когда воды очень много сравнительно с хлористым водородом,
почти все молекулы последнего будут находиться в диссоциированном со-
стоянии. Для таких сильных кислот, как соляная, иодпетов од сродная,,
азотная и т. и., почти полное распадение наступает, когда мы растворим
1 граммо-молекулу в 1000 литрах. Точно то же замечается и для солей
этих кислот, напр., хлористого натрия, азотно-кислого калия и т. и.,.
250 Теория электролит’!ческой дисесцчсцни § 21)5
—для них полная диссоциация наступает при той ясс концентрации, 1 граммо-
молекулы на 1000 литров. Но и в концентрированных растворах довольно
значительная часть молекул этих солей находится в диссоциированном со-
стоянии, напр., когда мы имеем 1 граммо-молекулу в 2 литрах, то около 73%
всех частиц являются диссоциированными. Но нс на все кислоты будет
действовать так сильно вода; растворы некоторых из лих, папр., органи-
ческих кислот, уксусной, муравьиной мт. п., бус л заключать в себе только
очень небольшое количество молекул, распавшихся на полы, и даже при
очень сильном разбавлении раствора, когда 1 граммо-молекула кислоты
будет заключаться в 10000 литрах воды. и тогда число дпееоцпированных
молекул будет меньше половины всего числа молекул.
fTi но, что растворы, к ropi {уду (аклв ать большее число мо-
лекул, распавшихся па попы, будут хорошо проводить электричество,
так как электричество при прохождении через раствор двигается только с
ионами; поэтому-то растворы таких кислот, как соляная, азотная и т. и.,
равно как растворы их солей, являются хорошими проводниками электри-
чества. Растворы же, содержащие сравнительно небольшое количество
молекул, распавшихся на ионы, будут проводить меньшее количество
-электричества: действительно, растворы оргаппческих кислот хотя, и про-
водят электричество, но несравненно мепес, чем растворы минеральных
КИСЛОТ.
Таким образом, по теории Аррениуса предполагается, что частицы
электролитов, т.-е. кислот, солей и основании, находятся в водных раство-
рах в состоянии дпеегчтиацпп; напр., если мы имеем водный раствор пова-
ренной соли, то большая часть молекул Na и С1 распалась на отдельные
ионы Na и CI. Под ионами подразумеваются отдель-
ные атомы.и ли группы атомов (на которые распа-
дается электролит), заряженные известным за-
пасом положительного (катион) или отрицатель-
ного электричества (анион). Так, HaS04 распадается на
ионы Н и SO4 или HS04, уксусная — на Я и СаН30а и т. д.
Такне кислоты, как соляная, азотная, серная, и вообще так.называе-
мые сильные кислоты, переходя в раствор, распадаются почти нацело
на ионы; в растворе их очень мало целых частиц, большая же часть молекул
распалась на ионы. То же самое можно сказать и о сильных основаниях,
напр., КОН и NaOH и т. п. и о солях. Слабые же кислоты, как-то:
уксусная, пропионовая и т. и., распадаются (или диссоциируют) в растворе
в очень слабой степени: большая часть их молекул находится в неразло-
женном состоянии.
При прохождении тока анион направляется к положительному
электроду, которому и отдает свой заряд, а катион — к отрицательному,
где положительное электричество катиона соединяется с отрицательным
электричеством на электроде. Не всегда ионы после потерн своего заряда
могут существовать отдельно; в таком случае при электролизе получаются
Закияы Флрадея. Электро.симичс кис 9к$ивчле1ппи 351
. ~ дном виде продукты уже вторичных процессов, происходящих
юродов. Так, при электролизе серно-кислого натрия, Na2SO4> иолы
— _|_ —
2 ,"а п SO4 направляются в противоположные стороны: Na к катоду, a S04 —
4-
к аноду; дойдя до катода, Na теряет свой электрический заряд и дей-
ствует на воду до уравнению:
Na + Н3О = NaOH + И.
Точно так же 80 4 у анода, теряя электрический заряд, распадается
на О и 803, а последний, соединяясь с водой, дает HaS04., Таким образом,
окончательными продуктами электролиза серно-кислого натрия Na2SO4
являются: у катода — водород и едкий натр, а у анода — серная кислота
и кислород.
§ 206. Законы Фарадея. Фа радей определил количества металлов
и других п 'tvi ;.-i. выделяющихся при пр . делил тока,
и па основании своих исс. лшй установил следующие .законы:
Первый з а к о и а л е к . j и з а. К л и ч е с г в о р а з -
латаемого вещества пропорционально полному
количеству проходящего электричества.
Второй закон. При одном и том же количестве
электричества, прошедшем через различные эле-
ктролиты, весовые количества разложенных эле-
ктролитов или выделившихся ионов пропорцио-
нальны химическим эквивалентам этих веществ.
Эквивалентами называют такие количества эле-
ментов, которые способны замещать одну весо-
вую часть (один атом) водорода, или же которые
сами соединяются с одной весовой частью (одним
атомом) в о д о р о д а;’так, для металлов I группы периодической
системы эквивалент их по отношению к водороду будет равен их атомному
весу, ибо, сравнивая состав их окисей RaO с составом воды НаО, мы видим,,
что один атом, этих металлов замещает один атом водорода; для металлов
II труппы эквивалент равен половине атомного веса, ибо они образуют
окиси состава RO, т.-е. одни атом этих металлов замещает два атомаводоро-
1
рода; для металлов III группы эквивалент равен-—-атомного веса, ибо их
3
окиси R2O3, и, следовательно, один атом металла способен замещать три
атома водорода и т. д.; вообще эквивалентные количества металла равны
атомному его весу, деленному на его атомность в данном соединении. Для
таких элементов, которые дают 2 ряда солеобразных окнелов, напр., закись
меди, Си2О, и окись меди, СнО, закись железа, FeO, и окись железа, РеаО3
ит. п., мы получим 2 эквивалента: один для солей закиси, другой — для
232 Законы Фарадея. Элскттхнмиче-кие оквшя/лстпы §§ 206—207
со.гей окиси; напр., в солях закиси эквивалент меди равен ого атомному весу
(63), а в солях окиси —половине атомного веса (31,5), эквивалент железа
/ 56\
в солях закиси равен половине атомного веса I — I, а в солях окиси—одной
/5б\
трети атомного веса — .
\ 3 /
По закону Фарадея следует, что при прохождении одного и
того же электрического тока через ряд вольтаметров, в которых
будут находиться различные соли и кислоты, напр., НС1, AgNO3, CuSO4,
А1г ($0.})а. FcC12. РсС13и т. л., количества водорода, серебра, меди, алюми-
ния. л-;: . ? - — - -J, , ,-,й, время, будут относиться
н.З ?7
м жду собой, как 1 : 10f ; — : — : у.’ • х..* ; у1 ого ж.ь'за. F* С12)
56
и —(из хлорного — FeCl3).
О
Количество вещества, выделяемого в 1 секунду времени током в 1 ам-
пер, называется электрохимическим эквивалентом
вещества. ' \
Электрохимические эквиваленты одних и тех же веществ, выведенные
из опытов над различными электролитами, содержащими эти вещества,
согласуются между собой. Так, электрохимический эквивалент хлора
будет один и тот же, выведем ли мы его из опытов над хлористым серебром
или над хлористым водород* м; эквивалент серебра, выведенный из опытов
над хлористым серебром, одинаков с эквивалентом, выведенным из опытов
над азотнокислым серебром.
По точным измерениям Ф. и В. Ко ль раушей. оказывается,
что ток сил* й в .1 ампер в одну секунду, другими словами, коли-
чество электричества в 1 кулон, выделяет 0,0105 миллиграммов водорода,
из кислот, 1,1181 миллиграммов серебра из его солей и 0,3281 милл. меди
из солей окиси меди; следовательно, 108 гр. серебра, 31,65 гр. меди, 1 гр.
водорода требуют для выделения из раствора 96465 (или в круглых
числах 96500) кулонов и т. д.
Зная это, можно легко решить задачу такого рода.; сколько выделится
па катоде железа из железного купороса, FeS04, если ток силою в 2 ампера
проходил через раствор в течение 30 минут? Количество железа будет
56
равно : 2 . 30 . 60.0,0105 . — миллиграммов илп 1,059 гр. железа,
а
§ 207. Законы Фарадея указывают, что движение электричества в
электролитах всегда сопровождается движением слагающих частей электро-
лита (ионов) по противоположным направлениям. Электричество в раство-
рах проходит всегда вместе с веществами, им заряженными, прп чем каждый
одноатомный каткой (Na, К, Ag и др.) несет с собой одинаковое количество
положительного электричества к катоду, а одноатомный анион (Cl, Br, N03
; 2Э7 Законы Фарадея. Электрохимике кие ек&ивалетпы 253
др.)— равное количество отрицательного электричества к аноду. Двух-
томные катионы <Са, Sr, Zn, Си, Fe в солях закиси и др.) несут вдвое
больший положительный заряд, трехатомные (Al, Fe) в солях окиси,)
Сгидр.)—втрое больший, и так далее, равным образом, и двухатомные
анионы (напр., SO4) несут вдвое больший заряд отрппатс^ьного электри-
чества, чем одноатомные анионы (Cl, NOS и др.).
«Законы Фарадея указывают, — говорит фон-Гельм-
гольт ц,—что через всякое поперечное сечение электролита происходит
всегда эквивалентные друг другу электрическое и химическое движение.
Постоянно одно и то же определенное количество положительного или отри-
цательного электричества пер|,(влгается с каждым одноатомным ионом
или с каждым эквивалентом многоатомного иона и неравлучно сопровождает
(го во всех передвижениях, совершаемых им через жидкость. Эго количество
.мы можем назвать з л е к т р п ч с с к и м в а р я д о м и и а .
Если применить атомистическую те »рию к электрическим процессам,
то она в соединении е зак ~ м Фараде я приводит к поразительным
следствиям. Если мы допускаем существование химических атомов, то мы
принуждены з а к л ю ч и т ь отсюда д а л е е, что также и эле-
ктричество как положительное, так и отрицатель-
ное разделяется на определенные элементарные количества, которые
играют роль атомов электричества.
Идея Гельмгольтца о существовании атомов электричества
в настоящее время получила широкое развитие. Она подтверждается иссле-
дованиями над катодными лучами и радиоактивными телами (см. далее).
Представление об атомах электричества позволяет более наглядно предста-
вить перенос электричества в растворе. Называя заряд одноатомного иона
атомом электричества, мы можем сказать, что каждый одноатомный ион
несет на себе один атом электричества, двухатомный — два, трехатомный —
три и т. д.
Атом отрицательного электричества носит название электрона
(см. далее),
Можно определить -величину заряда электрона, исходя из следующих
соображений: каждый (одновалентный) одноатомный ион обладает зарядом
одного электрона. Одни грамм-ион водорода несет 96500 кулонов, в одном
грамм-иопе водорода находится 60,64 . Ю"'2 ионов водорода (см.. § 17)
н, следовательно, каждый ион водорода (а также каждый ноп любого одно-
96500
валентного тела обладает зарядом е = — 1,589 X 10 19 =
= 1,589 х 1Г|-2° электромаг. единиц = электром. единиц 4 , 774 . Ю-10
электростатических единиц электричества. Последнее число е называют
элементарным электрическим зарядом. ' Оно представляет заряд одного
электрона, следовательно, наименьший электрический заряд, который
только существует.
Электролиз солен имеет очень большое применение в технике (гальвани-
ческое золочение, серебрение, гальванопластика и т. п.).
254 Состояние металлов в приробе и добывание их § 2С8
СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛОВ В ПРИРОДЕ И ДОБЫВАНИЕ ИХ.
§ 208. В, природе только немногие металлы, напр., золото, серебро,
платина, медь и ртуть, встречаются в свободном состоянии.
Другие же являются в виде соединения с кислородом, серой и в виде
солей..
Природные соединенна тяжелых металлов или минералы их носят1
общее название р у д. Главные виды руд описаны ниже (прп отдельных
металл.': х).
Такие металлы, как золото, которые встречаются в самородном состоя-
нии, могут быть отделены от сопровождавших их примесей механическим
путем, помощью промывания породы водой, которая уносит более легкий
песок и глину, а золото остается.
К наиболее общим способам выделения металлов из их соединений
относятся:
1) Восстановление из окиси. Кислород’ отнимается
от окиси углем или водородом. Восстановление углем производится завод-
ским способом в обширных размерах; так добывают, напр., цинк, железо,
медь и т. пг металлы:
ZnO + С = Zn СО.
FesO3 - ЗС = Fes 4- ЗСО.
Более подробное описание см. ниже при железе.
В последнее время для восстановления железа, хрома, марганца,
меди, пиккеля, бария, кальция и др. металле в пз этих окислов предложен
алюминий. С этой целью смешивают порошок алюминия с окисью железа,
Fe203 (хр.ома, СггО3ит. л.) и помещают в горшок из огнеупорного материала,
внутрь массы кладут запал из перекиси бария (или окиси меда, свинца и т. п.>
и вставляют ленту из магния, конец которой, выставленный наружу, зажи-
гают; другого рода запал состоит из перекиси натрия, NaO, и алюминиевого
порошка; в последнем случае стоит капнуть на запал водой, как кислород
из перекиси натрия в момент своего выделения зажжет алюминий, и этот
процесс сгорания алюминия распространится по всей массе, при чем нужный
для горения кислород алюминий будет отнимать от окиси железа (хрома
и др.), и таким образом будет получаться металл в расплавленном состоянии,
ибо количество теплоты, выделяющееся при сгорании алюминия настолько
велико, что железо (хром и др. металлы) плавятся. Количество алюминия,
требующегося для этой реакции, рассчитывается по уравнениям, напр.,
.для окиси хрома, СггО3, или окиси железа, Fe3O3:
Сг203 + 2А1 = 2Сг + А1аО3 или
РегО3 -f- 2А1 = 2Fe 4- А1г03,
т.-е. на 153 ч, окиси хрома (или на 160 ч. окиси железа) — 54 части алю-
миния.
; 218 Сск теяние металлов в природе и доСываппе их 255
Л Э?"Т способ получения металлов, кроме технического значения, важен
I уч пом отношении: благодаря ему, можно получать металлы в очень чи-
состоянии: хром, полученный этим способом, не окисляется на воздухе
многих отношениях напоминает благородные металлы; марганец —
’• тает такой же блестящей поверхностью, как висмут.
Получающейся при этом способе высокой температурой пользуются,
также для того, чтобы сплавить железные вещи (а л ю м и н о т е р м и я).
2) Действие на галоидные, именно хлористые сое-
динения калием или натрием. Так, при действии натрия на хлори-
стый магний получается магний и хлористый натрий;
MgCl3 + 2Na = 2NaCl + Mg.
3) Отнятие еры от сернистых с о е д и и в я й. Это
достигается различными ’ . '. . ". хвовать веществом, пмеющим
большее сродство к сере, чем вещество, находящееся в соединении с пей.
Так. сершктый свинец. PbS. н ж .< зо ,б{ зуюг сернистое железо, FeS,
и свинец, РЪ;
PbS 4- Fe = FcS + Pb.
Или же сера «выжигается» прокаливанием сернистого соединения в-
воздухе. Сернистая ртуть или киноварь, HgS, при обжигании образует
ртуть п сернистый ангидрид:
HgS + Ог = Hg + SOa.
Некоторые сернистые соединения, напр., сернистая медь, CuS, при
осторожном обжигании на воздухе переходят в серно-кислые соли:
CuS + 2Оа = CuSO4.
Из серно-кислой же меди последняя может быть выделена железом;
CuSO4 Д- Fe = FeS04 + Си.
4) В последнее время все более и более развивается электро-
металлу.р гия, т.-е. получение металлов при помощи электрического
тока.
Тяжелые металлы могут быть добываемы при электролизе водных
растворов их солей, легкие же — натрий, калий, литий, магний, алюми-
ний и т. и.—при электролизе расплавленных безводных солей, чаще
всего их хлористых соединений, напр., металлический литий получается
при электролизе расплавленного хлористого лития, LiCl, анодом служит
плотный уголь, а катодом — железная проволока. Добывание ведут в фар-
форовом или чугунном тигле.
Группа щелочных металлов.
§§ 209—211, Натрий о его сое;плиния, — § 212. Калий п его соединения, — § 213, Литий, ру-
бидий, цезий. — § 214. Сравнение щелочных металлов. — § 215. Спектральный анализ-
Натрий Na=23.
Т. плав. 97,8s. Т. кип. 877°. Удельн. В. 0,971 при 20°, 1,007 при 187е.
§ 209. Натрий встречается в очень многих горных породах (напр.,
в альбите). К числу наиболее распространенных его соединений принадле-
жит хлористый натрий (см. выше § 59, стр. 65).
Металлический натрий получается при накаливании в железных
ретортах смеси углекислого натрия с углем и известняком: уголь отнимает
прп высокой температуре кислород от натрия:
N \ *0 = Ха4 + ЗСО,
известняк же прибавляется для лучшего перемешивания соды с углем.
Получающиеся при этом пары натрия проводят в особый плоский
холодильник, из которого жидкий натрий вытекает в сосуд с нефтью. Сохра-
няют натрий иод нефтью, ввиду того, что он очень быстро окисляется на
воздухе.
Другой способ (Кастнера) состоит в накаливании едкого натра
с углеродистым железом:
6NaOH + 2FoCa = 6Na + 2Fe + 2СО + 2С0а 4- 2На.
Лекционный способ получения ыатрия из его перекиси, Na3O2,
которая легко отдает кислород углероду и карбиду кальция, бария и т. п.
производится следующим образом:
Перекись натрия смешивается с древесным углем, коксом пли графитом
и слабо нагревается (300—400°) в закрытом тигле, при чем реакция происхо-
дит со столь сильным раскаливанием, что большая часть натрия перегоняется
н оседает на крышке и верхней части тигля:
3Na2O2 +2С= 2Na2CO3 + 2 Na.
Если заменить уголь карбидом, то реакция идет еще энергичнее
(почти со взрывом):'
7NaaO2 + 2СаСа = 2СаО + 4Na2C03 + 6 Na.
: 21J Натрий и его соединения 257
В реакцию нужно брать небольшие количества веществ.
Кроме того, в последнее время особенно распространяется электроли-
1^кий способ разложения расплавленного едкого натра,
ч м натрий, вместе с водородом выделяется на катоде.
Натрий — белого цвета, легко режется ножом, плавится при 97°,
шит при 742°, уд. В. ето 0,98.
Удельный вес паров натрия по отношению к водороду D = 12,75,
куда молекулярный вес М = 2 .12,75 = 25,5, т,-е. близок к атомному
у (23). Следовательно, частица (молекула) натрия состоит из . одного
атома. Замечательно, что частицы других металлов, для которых определена
и.тотность их пара, —калия, цинка, кадмия, ртути, тоже состоят из одного
атома.
Воду он разлагает с выделением водорода (см. § 31, стр. 38).
§ 210. Натрий с кислородом дает три степени окисления: недо-
кпсь, > окись, Ха2О, и перекись, Ха2О2.
апии на г -рий ci : г ж < ‘ окись
натрия X _ жесте с . :исью натрия.
При медленном окислении натрия на воздухе образуется недо-
кись, при быстром, т.-е. при избытке кислорода. — смесь окиси и пере-
киси натрия.
Н. Н. Бекетов получил чистую окись натрия, сожигая натрий
в сухом воздухе и прокаливая получившуюся окись натрия с металлическим
натрием для разрушения перекиси.
Окись натрия, Na/), жадно соединяется с водой, при чем получается
едкий натр, NaOH:
NaaO + Н2О = 2NaOH.
В технике едкий натр получают реакцией двойного обмена углекислого
натрия, Na3CO3, и гидрата окиси кальция, Са(ОН)2:
Na2CO3 + Са(ОН)2 = СаСО3 + 2ХаОН.
Приготовляют 10%-ый раствор углекислого натрия и, прибавив
туда гашеной извести, Са(ОН)2, кипятят в чугунном котле.
Извести берется избыток против взятого в реакцию количества углекислого
натрия. Происходит вышеуказанная реакция, конец которой можно опреде-
лить следующим образом. Отфильтровывают небольшую пробу в пробирку
п приливают к пей слабой соляной кислоты. Если реакция еще не кончена,
т .-е. не весь углекислый натрий перешел в едкий натр, то присутствие в пробе
соды сейчас же обнаружится при действии соляной кислоты, так как будет
выделяться с шипением углекислый газ. Если же реакция кончена, и весь
углекислый натрий перешел в едкий натр, то при прибавлении к пробе
соляпой кислоты выделения газа не происходит.
По окончании реакции содержимое чашки фильтруют, при чем на
фильтре собирается углекислый кальций с примесью невошедшей в реакцию
Каблуков. Шоргааичвокая иная. 17

извести; фильтрат же пред стат.' ?.т : <кз> уаемци
и выпаривается досуха.
Едкий натр, или гидрат окиси = л >-дгтжмяг<
ство, жадно соединяющееся сводом с лам||
плоты. На воздухе, благодаря влаге, : и рас:: - я а. жуажВЩ|
соединяясь с углекислотой воздуха, пр.враш .
по уравнению:
2NaOH + СОа = NaaCO3 Р НаО.
Для получения очень чистого едкого натра ни фар<;
кляпных сосудов не употребляют, так как едкие щелочи х
все-т: кп разъедают стекло. Реакция ведется или в чугунных, ил.: i . ; •-
них сосудах.
В последнее время едкий натр готовится путем электролиза i -
поваренной соли. Получающийся при действии тока у катода Na деисту..:
на воду, образуя едкий натр; для того, чтобы едкий натр не смешивался с
хлором, получающимся у анода, растворы, образующиеся вокруг катода
и анода, должны быть разделены пористой перегородкой. Наилучшен для
этой цели оказывается перегородка, из глинистого известняка, а также
известняк в смеси с жженой магнезией. Для электродов, особенно для анода.
применяется ретортный уголь, тогда как катод может быть из железа.
Перекись натрия. У - - - - -
сжигать при 300°—400° натрия в г ' го кислорода или воздуха.
Так она готовится заводским путем. Опа представляет сильный окислитель.
II: .. ‘ : ;ша выт.-ля'.-т 1 жлород:
Ка2Ог Ч- Н20 = 2NaOH + О.
Реакция эта сопровождается большим выделением тепла. Если пер- пи ж
натрия смешать с органическими веществами, напр., с бумагой, опилю, ж:
и капнуть на смесь водой, то может произойти сильный взрыв.
Если внести перекись натрия в сильно охлажденную разведенную
серную кислоту, то образуется перекись водорода п Na2SO4.
Naa Ф H2SO.! = НйОа Xa,$O4.
Нагревая такой раствор приуменьшенном давлений получи ют ш-рекпсь
водорода. В настоящее время этот способ служит для получения перекиси
водорода в больших количествах. При действии же на раствор едкого натра
перекисью водорода получается кристаллогидрат перекиси натрия
NaaOa . 8На0.
2NaOH + Н202 = Na202 + 2Н2О.
Таким образом перекись натрия является солью перекиси водорода,
и ее строение изобразится формулой: Na — О — О — Na.
§ 211. Углекислый натрий, NaaC03 (или сода), встречается в золе
морских растений, откуда в былое время главным образом добывался.
Натрий и его соединения
259
। : ютоящее время добывается из хлористого натрия двояким образом:,
способу Леблана и 2) по способу С о ль вея.
1) Исходным материалом для добывания соды является хлористый
и, NaCl. Прежде всего действием серной кислоты NaCl превращается
: сернокислый натрий Na2SO4, так называемый сульфат (см. § 60,
?• 66):
2NaCl + H3SO4 = Na2SO4 + 2НС1.
Сульфат получают в муффельной печи (рис. 110), в которой поваренную’
соль нагревают с серной кислотой в чугунных сковородах, при чем выде-
ляющийся хлористый водород выходит (как показано стрелками) в трубу,
откуда проводится через ряд глиняных баллонов с водой, где, поглощаясь,
образует соляную кислоту.
Рис. 110.
Сернокислый натрий, Na2S04, представляет белый порошок, легко
растворяющийся в воде’. Из воды ов кристаллизуется в виде глауберо-
вой соли Na2SO4. 10Н2О. О других кристаллогидратах сернокислого-
натрия п гх растворимости см. § 193, стр. >33.
Для получения соды накаливают сульфат (1 ч.) в смеси с углом (0,5 ч.)
и мелом (1 ч.) в пламенных печах, называемых содовыми. Уголь отнимает
от сульфата кислород:
Na2SO4 + 2С = Na2S + 2СО2,
а получающийся сернистый натрий, Na2S, вступает в обменное разложение
с углекислым кальцием (мелом):
Na2S + СаС03 = Na2C03 + CaS.
Получаемый в содовой печи так называемый содовой сплав (состоя-
щий главным образом из соды и сернистого кальция, CaS) выщелачивают
водой, при чем в ней растворяется сода, сернистый же кальций в смеси
с СаО образует содовые остатки. Затем соду очищают повторной кри-
сталлизацией.
17*
260 J? -л 211—212
.2) По способу Сольвся (аммпачн : а; г: . : -ином соли
насыщают (в особых приборах) под пет; ми уголь-
ным ангидридом; при этом аммп . . ’ .целый
углекислый аммоний, (XI i;
NH3 + Н20 + СО, = X
который, вступая в обменное раз.тож•чп: с х.: р;< ватт . : ХаС1, дает
хлористый аммоний п трудно растворимый к и • . .' и с л ы й
натрий, ХаНСО,:
(NHJHCO, - NaCl = ХаНСО, - ХП/.1.
Пз оставшегося раствора, содержащего NH4C1, обратно получают аммиак
(нагревая с известью, см. § 100, стр. 106), а кислый углекислый натрий,
при прокаливании выделяя СО2, переходит в средний углекис-
лый натрий — соду, Na2CO3:
2NaHC03 = Na2CO3 + И2О 4- СО2.
«Аммиачная» сода отличается от Леб л айовской большей
чистотой.
Углекислый натрий из водного раствора получается в кристаллах
состава Ка2СО3.10Н2О.
Раствор соды имеет щелочным вкус.
Двууглекислой содой называется кислый угле-
к и с л ы й латрпй. ХаНСО3. который получается в виде кристаллического
осадка прп пропускании углекислого газа через насыщенный раствор соды.
О других солях натрия см. выше; о селитре — § 109, стр. 111;
о буре—§ 173, стр. 141; о кремнекислом натре, растворимом стекле —
§ 170, Стр. ООО.
Калий, К = 39,1.
Т. ндавл. 62,5. Т. кип. 759°. Удельн. в. 0,8621 при 20°.
§212. Калий—белый металл, быстро окисляющийся на воздухе,
воду разлагающий, подобно натрию (см. § 31). Плавится прп 62°, кипит
при 759°. Получается из углекислого калия, К2СО3, при прокаливании его
С углем. Реакция идет совершенно так же, как при получении натрия.
Вообще калий по своим свойствам во многом повторяет натрий, и его
соли подобны солям натрия, и способы их получения такие же, как соответ-
ственных солей натрия; и поэтому мы опишем их вкратце.
Оки.с в калия, К2О, — белое тело, получается в смеси с пере-
кисью при горении калия в сухом воздухе. Окись калия, жадно соединяясь
с водой, дает едкое кали, КОН, по свойствам своим похожее на едкий натр.
Едкое кали, КОН, может быть получено также при действии
гидрата окиси извести на углекислый калий, К2СО3:
К2СО3 + Са(ОН)2 = СаСО3 + 2КОН.
2 3 Литий, рубидий, цезий 361
кали может быть получено электролизом раствора хлористого
.. Способ получения тот же, что и при едком натре (см. выше, § 210).
Едкое кали — белая кристаллическая масса, расплывающаяся на
I духе и жадно поглощающая воду и углекислоту (при чем получается
углекислый калий). Водный раствор представляет едкую жидкость, жирную
на ощупь, действующую разрушительным образом па органическпс ткани
(дерево, пробку, кожу и т. п.). Всеми этими свойствами обладает и едкий
натр.
Хлористый калий, КС1, —гсоль, напоминающая хлористый
натрий, кристаллизуется в кубах, в природе встречается в виде минерала
сильвина. Легко растворяется в воде: при 0° 100 ч. воды растворяют
30 частей, а при 100° — 59 частей.
С хлористым магнием, MgCl2, он образует двойную соль,
KOI. MgCl2. 6НаО, — ка рва лит, залежи которого находятся в Стасс-
фуртских конях.
Б р о м петы й. КВг. и подпетый кадий, KJ, употре-
бляются в м< лицине.
Углекислый калий. К2СО3. иш поташ, добивается из
золы растений, для чего последнюю выщелачивают водой: огцежнпый рас-
твор выпаривают в железных сковородах досуха, а остаток прокаливают
в пламенной печи для удаления воды и разрушения органических примесей.
Получаемый таким путем сырой потащ содержит еще некоторое количество
сернокислого калия, хлористого калия и др. солей. Его очищают повторной
кристаллизацией.
В последнее время углекислый калий получают из хлористого калия
по способу, аналогичному получению соды по Леблану.
Углекислый калий —белый порошок, легко растворяющийся в воде;
из водного раствора выделяются кристаллы состава 2К3СО3 . ЗНаО.
Двууглекислый (кислый углекислый) калий,
КНСОз, получается способом, алалогпчпъгм способу получения дввуугле-
кислой соды.
О селитре см. § 109, стр. 117.
О цианистом кали см. § 165, стр. 187.
О бертолетовой соли или хлорноватокислом калии, см. § 66, стр. 74).
В дополнение к сведениям, сообщенным в § 66 на стр. 74, укажем, что
в настоящее время очень распространен способ добывания бертолетовой
соли электрическим путем. Если через раствор КС1 (28,6%), нагретый
до 50—60°, пропустить электрический ток (при расстоянии электродов
в 10 миллим.), то выделяющийся на аноде хлор (при плотности тока, равной
20 ампер на 100 кв. с.) превращает едкое кали, происходящее на катоде,
в бертолетову соль, КС1О3, которая выкристаллизовывается, особенно
при охлаждении.
§ 213. К группе щелочных металлов, кроме натрия и калия, относятся:
литий (Li = 6,94), рубидий (Rb == 85,.5) и цезий (Cs = 132;8). Последние
были открыты Бунзеном и Кирхгофом с помощью спек-
262 Сравнение ui л •• ы г<и § 214
трального анализа (см. § *• игом в MB i малых ко-
личествах: в лепидолите рубпдай к 0,5%,
а в поллуксе (минерале, представ."~ ‘ цезия)
. окиси цезйя содержится до 30%.
Металлический рубидий ссребрисюг- > пт • . ?. ег : ’.. а темпе-
ратура плавления 38,5°.
Цезий имеет удельный вес 1.88. П." - ’ 1 кипит
мри 270°. На воздухе Т"СП" м тс л.
С ' • - - -
Литий ’ : д т : - - - У. - - - • -. к что
он плавает в керосине. Он серебристо-белого цвета.
Он встречается в -, . .:р;.7 . . > д д с.’ т.оицы,
но всегда в очень малых количествах. Он входит в состав лепидолита
или литиевой слюды, содержащей около 3% Li20.
Соли лития сходны с солями натрия. В отлпчие от соды углекислый
литий,, Li2CO3, плохо растворяется в воде.
§ 214. Все щелочные металлы являются типическими металлами,.
Подобно тому, как в галоидах (находящихся в VII группе) наиболее резко
выражены свойства металлоидов, дающих кислотные окпелы, в щелочных
металлах (принадлежащих к 1-й группе) наиболее резко проявляется метал
лическпй характер; окпелы пх представляют сильные основания.
Они пр-т.^пвляют много общего в физических и химических свойствах.
В следующей таблице сопоставлены некоторые из физических постоянных,
характерных для щелочных м> галлов.
Ат. в. 1 Уд. в. | 1 Атомный I обълм, | Тем пер ат. плавления. Тсзшерат. кипения» Теплота образования, окиси R/).
Li 6;94 0,59 11,9 186° выше 1400° 140 бол. кал.
Na 23 0,97 23,7 95,6° 879° 100 » »
к 39Д 0,86 45,4 62,5° ! 759° 97 » »
Rb 85,5 1,52 56,1 38,5° 698° 94 » »
Cs 132,8 1,88 70,5 26,5° 670° ок. 100 » *
Из таблицы видно, что атомный объем возрастает с увеличением атом-
ного веса, а температура плавления и кипения понижается: химическая
Энергия пх возрастает тоже с увеличением атомного объема: натрий вытес-
няет литий, калий энергичнее натрия, рубидий—-калия. Цезий обладает
еще более основным характером, чем рубидпй.
Все они дают солеобразные окпелы состава R2O и гидраты окислов
ROH. С азотом соединяются, образуя Na3N, Li3N и K3N; из водородистых
соединений известны: водородистый калий, КН, и водородистый натрий, N i Н.
Один атом этих металлов может заместить только один атом водорода,
п потому они называются металлами одноэквивалентными,
ил г одноатомными.
§ 2э
Спектральный анализ
263
С галоидами опи образуют соли формулы RX, где R = Li, Na, К,
Rb, Cs, а X = F, Cl, Br, J.
С двухосновными кислотами (напр., c H2SOa), они дают соли двух
родов: кислые, напр., (RHSOJ и средние (RjSOJ.
Соли их большею частью растворимы в воде.
СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ.
§ 215. При горении натрия получается желтое пламя, калия — фиоле-
товое, лития — красное. Точно так же, если мы внесем в бесцветное пламя
Б у из е и ов о й • горелки на платиновой проволоке соли этих металлов,
го оно окрасится .в соответствующий цвет, и достаточно очень небольшого
количества соли, чтобы получилось окрашивание пламени.
Ещв меныпне количества различных веществ могут быть открыты при
помощи спектроскопа, повволяющего рассматривать спектр пла-
мени.
Рис. 111.
Спектроскоп (ряс. Ill) состоит из преломляющей призмы Р, находя
щейся в средине подставки, и из трех трубок, Через трубку А, снабженную
вертикальной щелью S, проходит свет от пламени, падает на призму Р и,
преломившись, попадает в трубку В, где и рассматривается спектр. В третьей
трубе С на конце, противоположном призме, находится горизонтальная
стеклянная линейка, разделенная на части миллиметра (шкала). Она осве-
щается маленькой лампой. Трубка С должна быть поставлена под таким
углом, чтобы изображение шкалы, падая на поверхность призмы Р, вполне
отразилось и пошло в зрительную трубу В,; Таким образом в глазу наблю-
дателя, смотрящего в трубу В, получится одновременно изображение шкалы
с делениями и спектр паров тела, накаляемого в горелке L, и полоягение
цветных линий в спектре может быть прямо определено на шкале с деле-
264 Спек/проль ы '< a i § 215
нпями. По Вунзепу. шкалу уста и.:;, т - ' " деление
совпало с патрпсвнй желтой линией. II:': у и рас-
сеяние спектральных лучей зависит от дрир ли : . лз ; сделана
призма, показания различных прш' ров - .• i ? д ~ таком
способе обозначения. Поэтому при более ьчных ле жг ; .явные
линии обозначают по длинам волн, выраженных : ~ .. х : л ч гра.
Цифры, поставленные при различных лини; : г длину
волны, соответствующей данной линии. г-с — м Микро-
ном называют о.о i Чрез у<*
обозначают 0,001 микрона, или mi Ml микрон. При измерении
длин волн в настоящее время принимают за единицу длины ангстрем (А)
равный одной десятнмнллионной доли миллиметра, так что А — 10*7мм_. =
= 10’8 сайт. Длина волн видимого спектра простирается от X = 7600А
до К = 4000А, спектра ультрафиолетовых лучей от X = 4000А до X = 500А.
1
Спектр же Рентгеновых лучей лежит в пределах от X =1ЙА доХ= —- А.
Различают три рода спектров:
1) Если мы пропустим через трубку А солнечный луч, то получим
спектр солнца, представляющий полоску, окрашенную в 7 цветов радуги, и
испещренную темными поперечным полосами, известными под названием
Ф р а у э н г о ф е р о в ы х л п п и й, по имени наблюдателя, впервые
их изучпвш то. < л и > ч и ы и спектр может служить образцом
обращенного спектра.
2) Спектр от накаленного до-бела твердого тела (напр., куска платины,
железа, извести) представляет сплошную радужную полоску, лишенную
поперечных темных линий; это—непрерывный спектр.
3) Спектр же накаленных паров или газов, получающийся при внесении
металлов в пламя вольтовой дуги или же солей в,пламя Бунзеновой горелки,
а также при пропускании электрического тока через разреженные газы
в Гейслеровых трубках, представляет ряд ярких линий, характерных для
каждого элемента и по окраске, и по положению, разделенных темными
промежутками (л л н е й н ы й с и е к т р).
С помощью спектрального анализа можно открыть самые ничтожные
следы какого-либо элемента; 0,000003 милл и грамма натрия в растворе,
0,000009 лития уже дают в спектроскопе ясные линии, свойственные этим
металлам.
С помощью спектроскопа можно узнать также, через какое тело
прошел па своем пути луч от какого-либо накаленного твердого тела.
Напр., если ла пути Друммондова света мы поставим желтое натриевое
пламя, то в спектроскопе мы увидим сплошной спектр с поперечной линией,
вполне совпадающей по своему положению с желтой линией в спектре
пламени натрия; светлая желтая натриевая линия превращается
в таком случае в т'емлую. Точно так же, пропуская белый свет через пламя
калия, мы увидим в спектре две черные линии, соответствующие двум
§ 21 га Спектральный анализ 265
линиям, красной и голубой, калиевого спектра. Такие о б р а щ е н и ы с
спектры, можно получить для всех элементов.
Открытие обращенных спектров разъяснило причину появления
Фрауэнгоферовых линий в солнечном спектре. Они происходят от того,
что свет, исходящий от накаленной центральной части солнца, должен
пройти через фотосферу из накаленных газов; поэтому непрсрывпый спектр
накаленного ядра должен быть перерезай томными линиями обращенных
спектров тех газов, которые находятся в солнечной фотосфере. Исследо-
вание Фрауэнгоферовых линий позволило судить о химическом составе
солнца.
Спектральный анализ, введенный в науку Кирхгофом и Бунзеном
в 1859 г., получил в настоящее время обширное применение, можно сказать,
во всех отраслях естествознания, и о могуществе этого средства исследо-
вания природы свп.п Г'.'.тьствует открытие гелия, сперва усмотренного
Локисром на с, лнц< а затем найденного I’. м.-л »-м на земле.
§ 215а. Спектр накаленных паров, как выше указано, характеризуется
рядом линий. Число липки т кдого элемента тем зна’ '• Т- * чс выше
его атомный вес: так, для водорода в видие и части спектра наблюдается
5 линий, а в ультрафиолетовой еще 20, для гелия 7 а газы аргон, криптон.,
ксенон дают спектры, весьма богатые линиями. В спектре паров железа
найдено свыше 2000 линий.
Длину волн различных линий в спектре водорода можно вычислить
по следующей формуле, которой дали название формулы Баль-
мера:
Подставляя вместо ш числа 3, 4, б и т. д. до-31, получают длину волн соот
ветствующей линии, напр.:
ш паб. ВЫЧ11СЛ.
На . . , . 3 6563 6563
Н₽ . , ♦ 4 4861 4861
Н7 . . . 5 4341 4341
Вместо длины волны X лучше ввести в формулу число колебаний (п) в
1 секунду, при чем, как известно, произведение из длины волны (X) на
число колебаний п равно скорости света с = 3 .101с сант. = 3 . 1018 А.
3.1018
Поэтому н =-------, и вышеприведенная формула превращается в сле-
дующую:
3.1О1® 3 . 1О18
п =------= ——------
X 3646,13
2а
то2/
= 3,291 . 1015
1 1
?2~т2/
Этой формулой выражаются числа колебаний всех 29 водородных линий,
наблюдаемых в видимой и ультрафиолетовой части спектра. Кроме того
Э66
Спек1П№'лъ'шй анализ
2iba
были найдены Пашеном в инфракрасной части спектра две линии, числа
колебаний коих можно 'представить формулами
,s / 1 1 \
П = 3.291 . 1О16 —-----:
\ За 4-
, /1 м
П = 3,291 . 101’ --------
\ 3^ 3-.
Множит*'ль R = 8,291 1О1*, - на найденный для спектра водорода,
имеет, как показал Рпдберг. всеобщее значеппе для всех ецрктров. Его
называют константой Рпдберг а и обозначают буквой К. Что
касается до формул, выражающих длину волн других зломоптов, то они
имеют более сложное выражение. Далее мы увидим, что константа Ридберга
может быть выведена на основании теории строения атомов, предложенной
Бором (см. приложение).
ГЛАВА X.
Металлы второй группы.
$ 216. Щелочноземельные металлы. — § 217. Кальций.— §§ 218—219. Диссоциация угле*
кислого кальция. Окись кальция. •— § 220. Соли кальция. — §221. Стронций и барий. — §222.
Магвпи.— §223. Цивк. — § 224. Калиий, —§ 225. Сравшъпе жталлов второй группы.—
§ 226. Р уть.
§ 216. Ко второй группе <ля : ' =9,1), магний
(Mg = 24,82), . =• . стронций (Sr = 87.6), барий (Ва =
= 137,4). цинк (Zn = 65,37). к. дмий (Cd = 112.4), ртуть (11g = 200,6)
и радий (Ra = 226,0).
Бериллий я магний принадлежат к первому периоду и являются
типическими: первый —для элементов четного ряда, а второй — нечетного
и, как все первые члены рядов, представляют некоторые отклонения. Наи-
более сходными между собой являются элементы средних рядов: кальций,
стронций, и барий (помещающиеся в четных рядах), с одной стороны, и цинк
я кадмий (в нечетных рядах) — с другой.
Первые составляют группу щелочно-земельных металлов,
куда относят также и магний, хотя по многим своим свойствам он подходит
к цинку и кадмию,
Металлы эти получали свое название потому, что гидраты их окисей
имеют щелочные свойства, окпеи же по своей малой растворимости, трудно-
плавкости и т. п. подходят к телам (окиси алюминия, тяжелых металлов
и т. п.), в былое время носившим общее название земель.
Кальций, Са = 40,07.
Т. плавл. 790°. Удельп. в. 1,55.
§ 217. Кальций имеет широкое распространение п находится в при-
роде в больших количествах. Его углекислая соль СаСО3 встречается в виде
мрамора, известняка и мела, водная сернокислая соль
CaSO4 . 2НаО — в виде гипса, средняя фосфорно-кислая соль Са3 (РО4)а
— в апатите и фосфорите,- фтористое соединение СаЕа в виде
плавиковогошпата.
Металлический кальций получается или электролизом расплавлен-
ного хлористого кальция, или накаливанием подпетого кальция с натрием.
В кристаллическом виде он был получен Муассаном, который нагре-
вал смесь совершенно сухого йодистого кальция (CaJa) с металлическим
268 Диссоциация угмкилого кальцин. <> . >. ъция § 218
натрием, в железном плотно закрытом тигле в тсч> ши- часа, при темпера-
туре красного каления. Натрия взято было в 3 ; б . чем следует
по уравнению:
CaJa 4- 2Ха — 2Ха.т — Са.
Получающийся при этом кальций растворял " ке натрии
и при охлаждении выделялся в нем в крпстэлличс : м : Вскрытый
по охлаждении тигель заключал ща слоя, нижний сплавлен-
ного подпетого натрия, верхний — 1 с кальцием. При
внесении последнего в холодный абсолютный спирт, натрий растворился,
a колыши остался в виде блестящего металлического порошка белого’
цвета. С сухом воздухе и кислороде он ни окисляется при обыкновенной
температуре.
При нагревании же на воздухе загорается, при чем соединяется одно-
временно я с кислородом и с азотом, образуя окись кальция СаО и азоти-
стый кальций Ca3N3.
Удельн. в. 1,55. Он разлагает воду, подобно натрию, но гораздо
медленнее. Т. плавл. 790°.
0 1904 года начали добывать металлический кальций заводским путем,
действуя электрическим током в 40 ампер на расплавленную смесь безвод-
ного хлористого кальция (1000 гр.) и фтористого кальция (170 гр.), прп
температуре около 670"—680°.
$ 218. Окись кальция, негашеная известь СаО
по.лучш тся прп разложении углекислого кальция при прокаливании.
Реакция начинается только тогда, когда температура повысится до
450°, п происходит тем скорее, чем выше температура. Если нагревание
вести в замкнутом сосуде, соединенном с манометром, то при каждой дан-
ной температуре разложение продолжается до тех дор, пока упругость
выделяющейся при разложении (СаСО3 = СаО + СОа) углекислоты нс
достигнет известной, для каждой температуры определенной величины,
называемой упругостью диссоциации.
Она равна 56 миллиметрам ртутного столба при 625°, 255 мм. при.
740°, 678 ММ. при 810° и 1333 мм. при 865°.
По достижении дрп данной температуре предела упругости, ей соответ-
ствующего, разложение прекращается, если же выкачать углекислоту,
то оно вновь начинается и идет до тех пор, пока упругость не достигнет
прежней величины. Если же давление в сосуде увеличить, введя в него
углекислый газ, то образовавшаяся окись кальция начнет поглощать его
(Са04-С03=СаС03), н это поглощение будет происходить, пока давление
углекислого газа не уменьшится до предела, соответствующего данной
температуре. Опыты показывают, что безводная окись кальция не погло-
щает сухого углекислого газа при обыкновенной температуре; это погло-
щение ле начинается даже прп 360°, а происходит при краенокалильнсм
жапе, т.-е. при той же температуре, при какой происходит разложение
углекислого кальция.
§ 2.8—219 Диссоциация углекислого кальция. Окись кальция 269
Таким образом явление диссоциации углекислого кальция вполне
напоминает явление испарения жидкостей: как жидкость в замкнутом
сосуде будет испаряться только до тех пор, пока упругость ее паров не
.достигает известной величины, после чего видимый процесс испарения
прекратится, на самом же деле наступит подвижное равновесие,
при котором с поверхности жидкости в каждый момент вр- мейл будет
•улетать в виде пара столько же частиц, сколько будет сгущаться из пара
в жидкость, так и при накаливании углекислого кальция в замкнутом сосуде
процесс диссоциации видимо прекратится тогда, когда наступит
для каждой температуры определенное подвижное равновесие,
при котором в каждый момент столько же частиц углекислого кальция будет
разлагаться, сколько образовываться.
Эта реакция, представляющая классический пример диссоциа-
ции твердого тела, может быть изображена так:
СаСО^СаО -г СО2.
Знак^-^показываот, что реакция соверши- гея прп одп- п и топ же
температуре в обоих направлениях.
§ 219. В виду большого применения окиси кальция для приготовле-
ния так называемых строительных растворов, ее получают
заводским путем.
Обжигание извести. Обыкновенные печи для обжигания
извести устраиваются на откосах известковых ломок (рис. 112). Сначала
в печи складывают из самых больших кусков известняка острый свод выши-
ною от 1,3 до 1,6 метра, служащий топкою, и затем через калошник попол-
няют шахту печи до верху обжигаемым известняком. Через топочное отвер-
стие вводят легко разгорающееся топливо п, поддерживая некоторое время
слабый огонь с сильным дымом, постепенно разогревают печи. Цель такого
разогревания лечи заключается в постепенном нагревании камней, так
как без этого большие, образующие свод кампп растрескалпсь бы и вся
масса камня могла бы обсыпаться. Прп таком постепенном разогревании
вода, заключающаяся в известняке, мало-по-малу испаряется. Постепенно
огонь усиливается, покрытые сажей камни принимают все более светлый
цвет, и выходящее из калошника пламя делается светлее и чище.
Коль скоро известняк под крышей представляется раскаленной добела
рыхлой массой и содержимое печи опустилось приблизительно на 7в, обжи-
гание считается оконченным, известь извлекается из печи и приступают
к следующему обжиганию. В среднем обжиг продолжается от 36 до.48 часов.
Для обжигания известняка на коксе или каменном угле служат
воронкообразные печи (Trichterofen) (см. рис. 113). Они имеют
вид воронки, обращенной кверху; уголь и известняк засыпается слоями
поочередно; такие печи могут работать без перерыва. Обожженная известь
вынимается из бокового отверстия А. Выемка обожженной извести и забра-
сывание сверху новой шахты (известняка н угля) производится через 6 или
12 часов.
270 Диссоциация углеюслога кальции. Окись кальция § 219
Окись кальция есть аморфное белое неплавкое вещество. Она жадно-
соединяется с водой, при чем образуется гидрат окиси кальция
или едкая известь (гашеная) Са(ОН)2.
СаО + Н20 = Са(ОН)2.
Рис. 112.
Рис. 113.
Гидрат окиси кальция в воде растворим очень мало; взболтанный
с водой, он образу- туе ую белую жидкость (известковое м о
л о к о); раствор его в воде называется известковой водой. Этот раствор,
поглощая угольный ангидрид, мутится вследствие выделения нераствори-
мой углекальциевой соли.
Са(ОН)2 + СОа = СаСОз + НаО.
При действии перекиси водорода, НаОа, на известковую воду выде
ляется в виде мелких кристаллов перекись кальция СаОа. 8НаО
При нагревании до 130° она теряет воду, а. при более высокой температуре —
кислород и переходит в окись кальция.
Рис, 114.
Рис. 115.
Рве. 116.
Соли ъаллция
271
„ . Углекислый кальций, СаСО3, встречается в природе в виде
н я к о в в полуаморфной и неясно кристаллической форме
п д с к о г о (двойного) ши а та, мрамора, м е л а и т. п.
В мраморе он в мелкокристаллическом виде. В виде хорошо образо-
ванпых кристаллов, он встречается в двух формах: 1) в кристаллах гексаго-
гьпой системы (см. рис. 114) он называется известковым ш п а-
т о м, большие прозрачные ромбоэдры (рпс. 115) которого обладают двой-
ным лучепреломлением и оттого известны под именем двойного и с л а и д-
ского шпата; 2) в кристаллах ромбической системы, носящих
название арраг он и та (рис. 116).
Мел происхождения органического, ибо он представляет скопление
раковин микроскопических животных (корненожек и т. п.).
Все вицы углекислой извести имеют широкое применение: чистые
известняки идут па обжигание извести, мергели (т.-е. известняки с при-
месью глины), — для приготовления г и д р а в л п ч е с к о и извести,
и о р г л а п д с к о г о цемента и т. и.. мрамор — для скульптур-
ных работ, двойной шпат—для физпч. приборов и т. д. Кроме
того все виды углекисло® извести могут служить для добывания углскпс зты
(см. § 162). В воде углекислый кальции ш рас: рим.
О действии на пего воды, содержащей углекислоту,, и о кислом дву-
углекислом кальции см. § 162.
К сказанному в §162, стр. 183, о действии кислот на углекислые соли,
добавим, что углекислота может вытеснять такие кислоты, как уксусная
кислота, но для этого нужно большое давление: Н. Н. Бекетов произвел
ряд опытов над действием углекислого газа на растворы уксуснокислого
кальция CatCgl^O^ н нашел, что углекислый газ при давлении около 17
атмосфер вытесняет уксусную кислоту, при чем образуется осадок угле-
кислого кальция:
Са(СаП3О,)2 4- Н.,0 - СОг = СаС03 4- 2СаН4О2.
Сернокислый кальций в природе встречается в виде
гипс a, CaS04. 2НаО и ангидрида CaS04.
Гипс встречается в природе в виде прозрачных кристаллов моно-
клинической системы, а также в виде волокнистых масс (селенит). При
нагревании около 130° гипс CaSO4 . 2Н2О теряет часть воды и переходит
в тело состава (CaSO4)aHaO:
2(CaS04.2НаО) = (CaSOJjHsO + ЗНаО.
Этот переход происходит при температуре 130°, при более же высокой
температуре гипс может потерять всю воду и перейти в ангидрид
CaSO4.
Обожженный гипс (CaSO4)2H2O (алебастр) при смешении
с водой, при температуре ниже 130°, легко опять соединяется с водой и
переходят в CaSO4 . 2Н2О.
Gtnpcnm^u v барий
§ Zzl
На этом hbj ' : - иные применения обожжен-
ного гипса: смешанный с водой он образует тестообразную массу, легко
приври т-х.. .. . времени ж , масса, слегка
разогреваясь, нацело застывает оттого, что (0а8ОД»Щ0 переходит в
CaSO«.2НгО.
В случае, если гипс пережжен (т.-е, пот-рял • : • в v), то обра-
зовавшийся ангидрид нс способен затвердевать с 1. й. В воде гипс
растворяется трудна: в 1 литре води растворяется 2 игр; чма гипса
при 0°. Растворим--" -• . ичпвается до 40°, а затем начинает умень-
шаться.
От присутствия гипса вода при брега-1 жесткость.
О карбиде кальция см. §§ 151, 152.
О белильной извести см. § 65.
О фтористом кальции (плавиковом шпате) см. § 76.
Хлористый кальций, СаС12, получается при растворении
углекислого кальция в соляной кислоте (см. § 162). Из раствора кри-
сталлизуется соль состава СаС1а . 6Н2О.
При растворении этой соли в воде происходит сильное, поглощение
тепла. При смешении ее со снегом температура может понизиться до—48°.
При нагревании до 200° она теряет 4Н3О и переходит в СаС18 . 2НаО.
Эта соль жадно поглощает воду и потому употребляется для сушки газов.
Фосфорнокислый кальций, Са^РО^, встречается во
многих горных породах.
Он входит в состав апатитов, которые представляют кристаллы
гексагональной системы, состава [ОаД-'О^^зСаРа или [Ca^POJJa . СаС12.
Фосфориты, встречающиеся в виде громадных залежей в некоторых
местностях, напр., в Курской и Орловской губ., заключают в своем составе
фосфорнокислый кальций в смеси с другими веществами.
Стронций, Sr = 87,6. Барий, Ва = 137,4.
§ 221. Стронций и барий образуют соединения, аналогичные соеди-
нениям кальция. В природе они встречаются: стронций — в виде строн-
цианита SrC03, целестина SrSO4, а барий —в виде витерита
ВаСОд итяжелого шпата BaSO4.
Оба они разлагают воду при обыкновенной температуре. Окиси их,
SrO и ВаО, сходны с известью; они жадно соединяются с водой, образуя
гидраты Sr(0H)2 и Ва(НО)а. Растворимость гидратов окисей для Са, Sr
и Ва стоит в связи с пх атомным весом. В 100 ч. воды при обыкновенной
температуре растворяется 0,13 ч. извести, 2 ч. Sr(0H)2 и 3,5 ч. Ва(Н0)3.
Растворимость сернокислых солей идет в обратном порядке: 1 часть серно-
кислого кальция растворяется в 495 ч. воды, 1 ч. SrS04— требует для
растворения 8772 ч., 1 ч. BaSO4 — растворяется в 437000 ч. воды.
Все металлы образуют перекиси состава ROa.
Перекись б а р и я В102 получается при накаливании до 300°
ля на. воздухе или в струе кислорода. При нагревании выше
. рскпсь бария выделяет кислород и опять переходит в окись.
водородом они дают соединения RH3, а с азотом R3N2> где R. = Вх,
Sr. Углекислые соли их нерастворимы в воде;-при та та > п;ан;т пни
ьиаются, выделяя углекислоту, при чем напб.-.i прочны л . пт гея
юкнелый кальций, а наименее стойким углекислый баран; у гл.кислый же
стронций занимает между ними середину в этом отношении,
О карбиде бария см. § 152.
В следующей таблице сопоставлены некоторые -физические постоян-
ные для этих металлов:
Теплота,
Ат. в. Уд* в* Атомный объем. Тем перат, плпрлеппя. образования оклеен.
Са 40,07 1,55 26 71Ю . 131 ;7
Sr 87,6 2,5 35 - 890° 130*9
Ва 137.4 8.7*' 36 130,4
И зд ' ........ ся та s з ик а-
ность, что при щ-1.. I лх .. .. л: - _____ ' : юг по мере
увеличения атомного веса. Основной характер элемента тоже увеличи-
вается с атомным весом (и объемом): гидрат окиси бария более сильная
щелочь, чем гидрат окиси кальция.
Магний, Мд=24,32,
Т- клавл, 633”. Т. кипения ок. 1106°. Удежьн. в. 1,75.
§ 222. Магний очень распространен в природе: нанчаще встречаю-
щиеся его соединения следующие: магнезит MgCO3, доломит
MgCO3CaCO3, карналнт MgCl2. КС1 . 6НгО, каинит MgS04 .
.. КС1 . ЗН2О и кизерит MgSi >4 . Н2О. Силикаты: оливин SiO4Mg2,
э и с т а т и т SiO3Mg, т а л ь к Slg3H2(SiO3)4, с о р и о н т п н Mg3Si2O? .
. 2II2O, асбест, или горный леи.
Магний получается из хлористого магния при действии па него натрия;
Для этого берут обыкновенно двойную соль хлористого калия и магния,
смешивают с кустами натрия и плавят эту смесь в тигле. Прп краснока-
лильном жаре патрнй соединяется с хлором, а магний остается свободным:
MgCla + 2Na = 2NaCl + Mg.
В последнее время магний получается, главным образом, электро-
лизом расплавленного карпалита.
Магний — серебристо-белый металл. Он ковок н тягуч и в нагретом
состоянии вытягивается в ленту. При накаливании он горит ярким пла-
менем, богатым фиолетовыми и ультра-фиолотовыми лучами, поэтому он
сильно действ уст ца фотографические пластинки. Продуктом горения
является окись магния, MgO.
Каблуков, Неорганическая химия.
18
274 Цуук § 2S
Воду он разлагает только при кипячении.
О к и с ь маги н я, MgO (жженая магнезия), белый порошок, нодл
чается подобно окиси кальция при прокаливании углекислого магния:
MgC03 = MgO + С02.
Гидрат окиси магния, Mg(OII)^ получается из раство-
римых солей магния при действии на иих едким кали:
MgS()4 — 2К0Н = KjjSO^ - - 5Rri ОН ?
Гидрат окиси магния в воде растворим плохо.
У к и с лая соль магния MgC03 в вид»
С е р н о к п Л л ? i j п . S »4. 711 л । называет. . р ь-
кой солью за ее вкус; она встречается в морской воде. В вид* г и з -
р й т a MgSO4 - На0 образует значительные залежи в Стассфург-. В в де
хорошо растворим L)-
Цинк, Zn = 65,37.
Т. плавя- 419.4° Т. кип- 936°,
§ 223- Наиболее часто встречающиеся руды цинка—и и и к о в ы и
шпат, ZuC03. н ц и и к о в а я о б м а в к a. ZnS- П : нагревании
последней на воздух* с< ра выг г в «• рппстый г; \ > »2- а пилк превра-
щается в овяоьцинка, Z ( .Эту< > гакаливают в смеси с углем в ретортах
из огнеупорного металла; как только температура достигнет до красного
каления, уголь отнимает кислород от окиси цинка, и пары цинка вместе
с окисью углерода выходят из реторты, при чем цинк охлаждают в прием-
2) Хлористый магний MgCl3 образует целый ряд кристаллогидратов, т.-е. соединений с
кристаллизационной водой. Мы приведем кривую его растворимости (рис- 117), позволяющую
установить состав этих кристаллогидратов.
В том случае, если соль образует одно или несколько соединений с водой (как, например,
хлористый маги ий, который обр азует ряд со е дивен и й с водой: MgC 3 Й2П /); MgCl£4H й0; MgCL8H3O;
MgCySHjO, или Fe4Cl$, для которого известны соединения: FeaCio121IaO; Fe4CIc7H2O;
Fe^ClJMI^O и др.). кривая растворимости принимает следующий впд-
Прн прибавлении к воде хлористого магния (или какого-либо его водного соединения —
гидрата) температур а за мер ла пня воды понижается, как показывает линия АВ от 6е до — 33,6* (В),
Пр 11 ат о м и з р аст вор а ьшг п яст ся чи с т i,] й ; , пока ко и nt л • i р a । щя р а с те ор а т г е в о эр а стет до и зве ст -
вой величины. Если рам вор будет содержать на 1 граммимолекулу MgCl3 20.3 граммомолекул
ЩО, то из него вместе со льдом будет еыдсяяться хлористый магний в виде кристаллогидрата
MgCls.12Ha0 при — 33,6°. Такие нацело затвердевающие растворы носят название к?жач4др«гаот,
а температура их затвердения (плавления) называется кршкидрапгндй (п-ти ;:&жжгнической) (см,
§ 183)- Эвтектическая точка для раствора известного тела в воде отличается таким же постоял еп.ом,
как и температура плавления чистых химических соединений (или химических индивидуумов)-
Что же такое изображает линия АВ?
Точка А отвечает температуре замерзания воды (0е). Известно (см. 5 >01), что от прибавле-
ния к воде какой’.чибо соли, температура замерзания веды (иными словами, выделения льда из
раствора) понижается, и это понижение для разведенных растворов пропорционально к н центр а-
цил. Л пня л АВ указывает зависимость температуры за мер за ш/я от концентрации рашвора.
Ломаная кривая BDBFG представляет кривую растворе мости хдер петого магния. При
— 33,6Q обе ливни (АВ и BDBFG'] пересекаются в точке В, ибо прп утей точке из раствора выде-
ляется как лед, так и твердая соль.
Та ki [ м о бр азо м ло м а к а я ; и i ни я OBD пр с дставляет со во ну пн с ci ь всех т о пе к пл авл с и i тя дл я
смеси, соли и воды: лшнгя BDBFG показывает изменение температур* п^аглеигя соли от пт иба-
глин if я воды, а линия A. D — пзменеттве точки замерзания веды от прибав-чеппя соли. На раствор ы.
отвечающие линии ВА, можно смотреть, как на растворы, насыщенные льдом.
Ц inK
а окись углерода поступает в воздух, В начале, когда приемник
грелся, пары цинка, подобно сере, прямо переходят в твердое состоя-
. и получается мелко раздробленная цинковая пыль.
Как магний, цинк является металлом белого цвета (уд^.тьн. в. —7)
На воздухе оп постепенно окисляется. Прп накаливании зап рается,
при чем получается голубоватое пламя.
Продуктом его горенья получается окись ZnCX
Так как цинь? окисляется очень медленно, то его применяют для того,
чтобы покрывать нм железо (гальванизированное железо).
Рис. иг
Окись цинка, SnO, получающаяся при прокаливании угле-с
кислого цинка, ZnC03, представляет белый порошок, который при нагре-
вании желтеет, ври охлаждении снова принимает белый цвет. Она употре-
бляется, как бе ли ла.
Гидрат MgCla12H20 плавился при — 16,3е Течка Л соответствующая этой температуре,
представляет самую крайнюю точку кривей IZ.'D* Кривая СВ показывает измене в не точки пла-
вления гидрата, MgCLL'Hj.) пт прибавления ы ы. а аги; я DC— такс вое же изменение от при-
бавлешя гидрата 2\f.g(42>H£O, Таким сбразом, щ it г» мш рал у у. ах. лсж'ашпхнсста ькопгжг—16,4*
(при—16,6°—16,7°), могут (лшсстгот.ать насыщенные риторы с ] аз. ч> < п щ и щит рацией
MgCla: прямая линия, проведенная па точен абсциссы — 16,7° параллельно оси ординат, пересе-
чет кривую DCB в двух точках.
Такое «парадоксальное*, на первый взгляд, явление существования прп одной н той же
температуре насыщенных растворов одного и того же вещества (MgCl2) различной концентрации,
было указано впервые Розебумом (Ro ze boom), но оно теряет всякую парадоксальность, если
принять во внимание, что растворы хлористого магния содержат не хлористый маркий (М^С1г),
а полый ряд гидратов хлористого магния, представляющих настолько же различные вещества,
насколько различны, папр., PhCl^n РЙСЦ. Поэтому кривая ABCDEFQ, хотят* называется крат-
кости ради кривой растворимости хлористого магния, строго говоря, представляет ряд кривых
раствори mochi одшзх. гидратов магния в других: так, часть кривой ВС изображает растворимость
водьт я гидрате MgCl212H20, часть же CD — растворимость MgCl2.811 /) в MgC12l2H2O. Точка D
(—13,8е) представляет эвтектическую точку для смесей гидратов MgCU.SIJ20 MgCls12H2O. От
этой температуры до точки В (—3,4е) идет кривая растворимости гидрата MgCI2.8H2O, от йдо F
(4-116,67е) — гидрата М^С^СЩО, от F до G (181е) гидрата MgCl241I£O, от G—гидрата
MgCi3 2ILO.
Такогы в кратких словах результаты исследования растворимости хлористого магния.
Растворов. подобных описанному, существует множество, и подробным исследованном их мы
обязаны главным образом Розе бу му: так, им были изучены растворы хлористого кальция, хлор-
ного железа и др. К] кпые растворимости этих тел в о б щемимо ют такой же вид, что и еыше описан-
ные.
Кривую растворимости 1гс2С1с можно найти в 4 Основах химии», Д. IL Менделеева, 7 издание,
стр. 702, 8-е издание, стр. 748.
18*
27 d Сравнение лги группы 21-—22)
Гидрат окиси цинк _ подучается при' ш
едкою кали в водном растворе на с •>.:
ZnS04 4- 2К0Н = Zn . :_<о4.
Гидрат окиси цинка в воде нерас -д. мли растворяется,
давая соединенно состава Zn(OKj.>:
ZnfQIIk - 2КОН = Z - .
(. ........ галоид-
нк; e?.i;( . \
С е р я о к и '• л ы й н и п к. Zn9O47H.O, пли цинк о г. ы й (б е-
Л Ы И) купорос получатся При <.'Я; 1Г.Ш1Ш ЦИННОВИЦ И б М .1 и к и,
Z11S;
ZnS + 20 а = ZnSO4
пли же растворением цинка в серной кислоте (см. § 31).
Из водных растворов он кристаллизуется с 7 частицами воды.
Цинковый купорос может служить представителем купоросов:
так называются соли общей формулы RSO4 : 7На0, где В ----- Fe, Zn, Со,
Ni. Все они и з о и о р ф н ы, т,-с. кристаллизуются в одной и той жо
форме. Нужно прибавить к этому, что и е д и ы й к у и о р о с, CuSO4 .
. 5Па0— не пзпморфец е цинковым и др.
Сернистый цинк, ZnS, г ручающийся в виде белого
порошка при действии на соли цинка сернистого аммония
ZnS04 4- (NH^S = (NH4)aSO4 4 ZnS,
нерастворим в воде, но разлагается разведенными кислотами.
Кадмий, Cd = 112,4.
Т. плата. 320°. Т. кив. 770®. Удельч. в. 8,6.
§ 224. Кадмий очень сходен с цинком, который он сопровождает
в сто природных соединениях. Как металл более летучий, чем пи-
перегоняется при добывании циика вначале и может быть выделен из е- -
вых порций перегона. На воздухе мало изменяется; при высоте di •> : .-
туре горит, выделяя бурые нары окиси кадмия.
Окись кадмия, CdO, получаемая при прока по-
вислого кадмия, Od(NOa)a, представляет тсмиобурый ‘ - •::ч',ский
порядок, очень огнестойкий.
Сернистый кадмий, CdS—желтого цв* рпм в раз-
веденных кислотах. О сплавах кадмия см. § 181.
§ 225. Магний, цинк, кадмий — иредет,о; нечетных рядов
П-й группы — обладают менее основными свой . ; металлы четных
рядов Са, Sr, Ва. Окисп их с водой не сосни ются и в воде нерастворимы,
в гидрате окисп цинка водород может быть замещен металлом калием или
натрием, что указывает на его слабо кислотный характер.
Ртуть Р77
. кислые соли их в воде нерастворимы и при нагревании легко
рм : ююл па соответствующую окись и углекислый газ.
Атс-мый все. Удельный вес. - 1 Атомный объем. ТСМПР1)Г1У|)Я
Mg. . . . 24,32 1,74 14 663 7
All. . . . 65,37 7,15 9,2 418°
Cd. . . . 112,4 8,60’ 13,0 320°
Все элементы второй группы, согласно составу их с о ле образных
окисей RO (тле R . В.', Mg, i’u. Sr, Bi. Zn, CD. двухатомный об-
разую соли • бщрй формулы: г а л о и д и ы е ВХ;. где X ==₽, Cl, Вг J.
ало - : 1' Ifi '3>г. с ' р п 1 : ; Ы ' 1:^' ;> о р и 0-
К И С Л ы R^I'i _ !: т. д.
Ртуть, Нд = 200,6.
Т. п.'мил. Т. кии. ЗбТ,Ь°. Уде. ь:к и. 13,516 при G’.
§ 226. Ко второй же группе относится ртуть, которая, в виду ее
далекого положения (в 11-м ряду), отличается по многим своим свойствам
от ipyrnx металлов нечетных рядов.
В при pi де она встречается в виде сернистого соединения, к и н о-
li а р и, HgS, а также в самородном состоянии в виде капель, пропитываю-
щих горную породу.
1’лавнсйише месторождения киновари в Испании, а у нас — в Вах-
му тском уезде, Екатеринославской губ.
Из киновари ее добывают обжиганпем, прп чем сера выгорает, а ртуть
получается в парообразном состоянии.
HgS + О2 = SO2 + Hg.
Пары ртути с сернистым ангидридом пропускают через систему же-
лезных труб, где они сгущаются.
Можно также нагревать , киноварь с железом или известью, которые
отнимают серу от ртути.
2СаО + 2HgS = 2CaS 2llg + О2; Fe HgS - FeS -|- Hg.
Ртуть—металл, плавящийся при—39СЦ., кипящий при 358°. Плот-
ность паров ртути по отношению к водороду D -= 99, отсюда И = 2D = 198,
т.-е. частица ртути состоит из одного атома. Удельн.
в. в жидком состоянии 13,6. На воздухе она не изменяется. Многие металлы
(напр., золото, серебро, олово и т. и.) в ней растворяются, образуя а. м а. л ь-
г а м ы или сортучки.
' Щелочные металлы: калий, натрий и др. растворяются в ртути
с большим выделением тепла и света. Амальгамы, заключающие более 3%
278
Рт^шъ
натрия inn калия. — тверды. С натрием известна кристаллическая
амальгама <'ОставаХаН^5.
1’П'-со^но в 1 J ivriT растворять металлы пользуются для извлечения
мета л л ев (н-;пр+, серебра, золота, и т. и.).
Амальгама олова употребляется для изготовки зеркал.
Ртуть образует два окисла, закись ртути, Hg/Л 11 окись
ртути, HgO, и соответственно этому два ряда солеи, напр.:
Закись ртути * .
Хлористая р. у ‘ь .
Йодистая ртуть. .
Аз -л, -— ..
Нп-.О
s
Окись ртути . . .
X । чая ртуть . .
Двуиодистая ртуть.
Азотноь ui сь
ртути
Hga(X03)>
HgO
HgCla
Н-Ь
Hg(NO3)a
ртути . . .
Окись ртути, HgO, представляет тело красного цвета. Она
легко получается при осторожном нагревании азотнокислой окиси ртути:
Hg(NO3)a = HgO + 2NOa -г О.
Она получается также при нагревании ртути до 300° в присутствии
воздуха (см. в § 5 опыт).
В виде желтого а. м о р ф и о г о порошка окись ртути выделяется
при осаждении раствора сулемы, НуС!»- едкой щ-лочыо:
П1Ч% - аХаОП - jXiCI HgO Нг0.
Прп нагревании желтая окись переходит в красную. При накали-
вании окись ртути разлагается на кислород и ртуть.
Хлорная ртуть, HgCla (сулема), получается возгонкой смеси
сернокислой ртути и хлористого натрия.
HgS04 + 2NaCl = HgCIa + NaaS04.
Она получается также при растворении ртути в ц а р с к о и в о д к о.
В воде сулема растворима: 1 ч. сулемы растворяется в 15 ч. воды.
.Она, как и все с о л и р т у т и, об л а д а е т очень я д о в н-
т ы ми свойствам и.
Сернистая ртуть» HgS, находится в природе в виде красного тела,
киновари.
Сернистая ртуть получается также в виде черного порошка при про-
пускании сероводорода в раствор какой-либо ртутной соли.
Hg(NO3)a + HaS .= HgS + 2IINO3.
При возгонке черная сернистая ртуть переходит в красную киноварь.
Киноварь и черная сернистая ртуть являются изомерными телами.
Закись ртути, HgaO, получается в виде черпо-бурото, очень
нестойкого порошка при смешении очень разбавленных и охлажденных
растворов солей закиси ртути (напр., Hga(N03)an едкой щелочи в темноте.
> 22 а
Ртитъ
279
От действия света и даже при растирании она разлагается на ртуть
и окись:
HgaO = Hg + HgO.
Азотнокислая, Hga(NO3)3, и сернокислая, Hg2SO4,
соли закиси ртути получаются при раствор' я пи ртути в слабых кислотах
азотной и серной в присутствии избытка ртути.
Хлористая ртуть, или к а л о м е л ь, HgaCl2, предста-
вляет белый нерастворимый в воде порошок. Получается при нагревании
хлорной ртути со ртутью:
HgCl, + Hg = Hg3Cl2.
Можто се получить такж? из азотноклсл гй закиси ртути при действии
на нее солям п кисл оты:
Hg2(No3)2 - 2HCI = 1Ьу ’I. 211Х д.
Калош 1ь получается при этом в виде белого осадка.
При действии аммиака на ел р уги. получаются м е р к у р а м-
м о и пев ы е соединения, которые можно рассматривать, как соли а м-
иония (NH4), в коем два атома водорода замещены атомом ртути:
HgCla + 2NH4OH = NHaHgCl + NH401Ч- 2HaO
Hg(NO3)a + 2NH4OH = NHaHgNO3 + NH4N03 -I- 2HaO
HgaCla + -2NH4OH = NHaHgaCI + NH4C1 + 2Ha0,
§ 226a. В добавление к сказанному о магнии, цинке, кадили и ртути
приведем интересные результаты опытов академика В. Н. Ипатьева п сто
сотрудников над действием водорода при высоких давлениях и температу-
рах нг водные раетвэры солей этих металлов.
Действие водорода на соли магния.
При своих опытах В. II. Ипатьев пользовался особым им сконструи-
рованным аппаратом, который позволял доводить как давление водорода,
так и cd температуру до значительной величины.
При действии водорода на азотнокислый матннй Mg(NO3)a при 340°
и давлении водорода 220—230 атмосфэр в течение 6 часов был получен
гидрат окиси магния Mg(OH)a. Выделение металлического магния при этом
нс было замечено. Прп нагревании ж? двунормальното рас?в три серно-
кислого магния MgSO4npn 350° и давлении водорода 330 атмосфер, происхо-
дит восстановление его в сернистый магнлй:
MgSO4 + 4На = MgS + 4На0,
Сернистый же магний от действия воды при высокой температуре
разлагается па гидрат окиси магния и сероводород:
MgS + 2НаО = Mg(OH)a + HaS.
280
ill > fill
§ 226
При ДОЙПЕИИ 1:0Д< юда на ДВуНОрТЛПЛИ/ I р ' ЛЗОТЛОКИСЛОГО
цинка Zn(NO8)2 при 330°—350° и давлении ок. 3 . лилась кри-
сталлпческая окись цнлка и металлический
При нагревании двунормального раствора пилка при
290° и давлении водорода ок. 250 атмосф: вид- • -г;ллнческий.
сернистый ципк.
Точно так же при действии водорода при 27 ни 220 атм.
из растворов а зон гоки ела гл k.i.tmbh па ‘ ть в • 1 ч :..дмия, для
растворов ж* •' : > • . . HgfNOg)*
достаточно нагре! 17 095 давления около 100 атм., чтобы произо-
шло полное выд< ci кой ртупг. При пгзпий же температур®
наблюдается на-ряду с металлами выпадение основных солей.
ГЛАВА XI.
Алюминии.
Al = 27,1.
Т п . Л' / - - . 2.7».
* § 227. Из металлов третьей труппы мы опишем только алюминий»
ибо га, лиЯ (Ga = 70)4 индий (In - 114)и талий (Th = 304)
принадяазедт к 1 слу малораспространенных элементов и практическою
применения пока не имеют.
Алюминий (или г л и и и й) принадлежи! к числу очень распростра-
ненных элементов; обыкновенная глина содержит до 10% глинозема (или
около 5% алюминия, к а о л и и пли фарфоровая гл п н а — около
4% глинозема. В виде чистой безводной окиси, А1а031 пли глинозема он
образует минералы: корунд, сапфир, рубин; нечистая кристал-
лическая окись известна под именем наждака. Корунд и наждак по
твердости занимают второе место после алмаза (самого твердого тела).,
и потому наждак употребляется для полирования. В виде водной окиси
алюминий образует' минералы: диаспор, А12Оа(ОП)а, боксит,
А1а0(0Н)4, и г и д р а р г и л л и т, А1а(0Н)6. Глина, представляет собой
водный силикат алюминия. Гостов самой чистой глины — каолина
может быть выражен формулой AlaOa. >8Юг. 24,0. Из других силикатов
алюминия наиболее распространены: и о л о в о й шпат плп орто-
клаз, К2ОА13О3 6SiOB, входящий в состав горных пород (гранита, гнейса
и др.); альбит или натровый нолевой шпат—Na аО. А1.>03 .
6SiO2 и др.
Он встречается также в виде квасцового камня, А1аКа(804)
2А1а(О1-1)6, и к р и о л и т a, AlaFe. GN.iF.
Несмотря па свою распростри ценность, алюминий металлический
до конца XIX столетия принадлежал к числу редких и дорогих металлов,
ибо он образует такие прочные соединения с другими элементами, что вы-
деление ого производится с большим трудом. В первый раз он был получек
Велером в 1822 г. прп действии калия на хлористый алюминий, но в та-
ком нечистом виде, что нельзя было определить его свойств. В 1854 г. С о и
Клер Д е в и л л ь получил его действием натрия на хлористый алюми-
ний (вместо хлористого алюминия было взято двойное его соединение AlaCls.
2NaC'l); при этом удалось познакомиться со многими драгоценными свой-
,28.2 Алюминии § 227
ствэмп алюминия, но способ добывания был настолько дг>п> г. ч о алюминий
обошелся дороже золота. Затем, вследствие усонерпвгиен юнаншг техники
добывания, цена понизилась, и в 1900 г., с применением i - . .<; ч»т ва к его
добыванию, заводская стоимость алюминия обходилась ч 13 j уб. за пуд.
Из способов его добывания приведем следующий сю '• Галля,
применяемый около Питсбурга в Америке и дающий ей; >90 пуд.
ал юминнят).«Берется железный я щпк (дл и па окон о 1 м... ле \'з м.)
с- угольной набойкой, нагружается он смесью криэлш ’ А _ боксита
и засыпается солью, а за - :и •• ; а абвольт,
ан лол служит угольный цилиндр, а катодом уг ина.
Когда от действия тока температура внутри нодннм ' раса го
каления, смесь плавится, А1ас3; i л .и?.--, дплщпцся А1 долучае о я
на дне ящика, а кислород сожигает уголь аиода. Когда разложение подхо-
дит к концу и сопротивление сплава возрастает, тогда прибавляют повое
количество А1а03 и так идут далее, пока не накопится в ванне много под-
месей, переходящих в металл».
Если вместе с окисью алюминия заложить в ящик окиси меди или
железа, то получатся прямо сплавы алюминия с медью пли железом.
Чистый алюминий представляет белый металл удсльп. в. 2,5. Плавится
при 6570. Он может быть вытянут в проволоку и выковал в тонкие листы.
Прп температуре ок. 600° алюминий становится хрупким и ого можно
истолочь в зерна или в порошок (зерненный алюминий).
Па воздухе при обыкновешк-й температуре он не изменяется, при
гакалпвашш ж>> тонких ластов он загорается ярким белым цветом. Слабая
сорная кислота на него почти не действует, азотная кислота действует слабо,
в соляной же кислоте, равно как в растворе едких щелочей КНО и Na ОН,
сн легко растворяется с выделением водорода.
Алюминий обладает большим сродством к кислороду: прп соедине-
нии его с кислородом выделяется 392,6 калорий на 1 граммомолекулу
окиси А1а03:
2А1а -f- ЗО2 = 2А1аО3 + 785,2 кал.
Поэтому оц является сильным восстановителем: он отнимает кисло-
род даже от щелочных металлов.
Академик П. Н. Бекетов, накаливая гидрат окиси рубвдия с алюми-
нием, получп.т металлический рубидий:
2RbOH -{- Al = RbO3Al -J- П3 -I- Rb.
Применение его для восстановления железа и хрома из их окисей
описано в § 208.
Сродство алюминия к кислороду обнаруживается при обыкновенной
температуре, если пластинку алюминия облить раствором хлорной ртути:
алюминий покрывается ртутью, и затем на нем начинает расти мохообраз-
*) Способ этот описан со fcws преф. Д. П. Коновалова, познакомившегося с ппм
па всемирной выставке в Чикаго 1893 года, в «Основах Химич» Д. И. Me тг д е лее в а (VI изда-
ние) па 429 cap.
St§ 2. 8—223
А.»юм'1птй
283
ньш ла лет окиси алюминия. При действии такого алюминия вода выделяет
водород.
Такой активированный алюминий служит для высушивания спирта,
а также употребляется в присутствии воды, как восстановитель.
Алюминий легко дает сплавы с многими металлами: из - го сплавов
наиболее известны алюминиевая б р о п з а (см. £ 185),
магналий — сплав алюминия и магния (от ю% до 25%) уд- льп. в. 2,2,
и ферроалюминий — сплав алюминия с железом; последним упо-
требляется при отливке стали; прибавление его, а также металлического
алюминия (около 0,1%), предупреждает образование пузырей в литой
стали.
Дуралюминий— сплав,. содержащий около 90% алюминия,
1% мапптя, 3,5%—5,5%, меди и 1 % марганца, применяется в авиационном
деле для достройки аэростатов и аэропланов г. виду его легкости (удельн.
в. 2,77 _ ; г. р.1 •• ти.
Расплавленный в жару электрической печи (см. § 146) алюминий рас-
творяет уголь и образует сплав, из которого при быстр >м . .... л д-
НОЙ СОЛЯНОЙ КИСЛ1 Ы П-. . '• Д : Л .: М П И и Я (%А14 в виде
желтого кристаллического'порошка. О действии пи и-. в ды см. § 151.
§ 228. Алюминий легко (с выделением тепла и света) соединяется
с галоидами, образуя со чинения А1аХ6, где X = F, Cl, Вт, J.
Проф. Ф. М. Флавнцкий показал, что алюминий легко вытесняет
цинк из безводного хлористого цинка, ZnCl2:
А13 + 3ZnC% - AlaCle + 3Zn.
Если погрузить кусок алюмпппя в расплавленный хлористый цинк,
то образующийся А1гС16 выделяется в виде белого дыма, сгущающегося
в белую, рыхлую массу, внизу же расплавленной массы собирается цпнк.
Точно так же металлический алюминий эпергпчно. действует на рас-
плавленное четыре х-ноднетое 8п,% л четырех-бро.чистое олово, при чем
получается йодистый и бромистый алюминий А1,Вгв и ALJ6.
Хлористый а л ю ип и и и, А1аС10, получается прп действии
хлора на нагретый алюминий, или же прп накаливании смеси алюминия
и угля в струе хлора:
AL<% 4- 30 + 301 г = А1аС1е + 300.
Ср. получение Si014> § 169.
Безводный хлористый алюминий представляет белую кристалличе-
скую массу, легко возгоняющуюся (при 183°). Его пужио хранить в хорошо
заткнутых банках, ибо он, притягивая влагу воздуха, разлагается.
Брошенный в воду, он быстро с большим выделением тепла раство-
ряется. Такой раствор окрашивает лакмус в красный цвет, при выпари-
вании же раствора из него улетучивается хлористый водород, а в остатке
получается гидрат окиси ал ю м и и и я А12(ОН)6. Ввиду этого
можно думать, что в водном растворе хлористого алюминия часть его на-
384 Алюлии'пй § 228
ходится в разложением состоянии; вода действует па югласпо ниже
приведенным уравшчшям, if рядом с хлористым а. м в растворе
находятся приме гидрата окиси алюминия к со.тяв' . ы основные
соли А1(О11)С12 п А1(ОН)аС1.
Можно предположить, что вода разлагает у. ыомпянй по
уравнениям:
АЮ13 4- 11гОТ^А1(ОН)С1г + НС1
А1С‘13 - 2I-T J \1(ОН»/Л 4- 2Hi [
Ala, Till J )TXA] ЭН), - 8HCL
еществ будет зависеть от кон-
шт j ж- !- •. ч. . больше воды, тем больше* количество хлористого
алюминия разлагается на гидрат окиси алюминия и соляную кислоту.
При нагревании раствора хлористый водород улетучивается, т.-е. удаляется
из сферы действия остальных веществ, поэтому повое количество хлори-
стого алюминия может разложиться, а хлористый водород, получающийся
при этом, тоже удалится при нагревании, а при окончательном выпари-
вании мы получим гидрат окиси алюминия.
Такое явление обменного разложения солеи и воды (при чем полу-
чается гидрат основания и кислота) называется гидролитической
диссоциацией (гидролизе м).
Хлористый алюминий, разлагаясь водой, представляет подобие хло-
раигндридов кислот, напр. ГМ 13 в Sid.!. Такое отношение указывает, что
окись алюминия обладает слабыми кислотными свойствами.
Ест хлористый алюминий растворить в крепкой соляной кислоте,
при нагревашга (в запаянной трубке), то при охлаждении такого раствора,
получаются кристаллы А1аС16. ЗН2О,
Хлористый алюминий обладает’ способностью вступать в соединение
с Другими хлористыми соединениями, напр., сР11С15 он образует соединение
AlaCIe. 2PhCl5. С Nad п КС1 ок образует двойные соли А1гС1в.
2NaCl и А1ВС10. 2КС1.
Бромистый алюминий, А12Вг« и подпетый A12J6—
сходны с хлористым, по мелев его летучи. Ojm получаются при прямом
взаимодействии брома (иода) и алюминия. Бромистый алюминий—белое
тело, плавящееся при 96°, подпетый- алюминий бурлго цвета плавится
при 185°. Стойкость галоидных соединений алюминия уменьшается но мере
увеличения атомного веса галоида: хлористый алюминий перегоняется
без разложения, пары бромистого алюмшшя при соприкосновении с возду-
хом буреют,“ибо кислород вытесняет бром, пары же подпетого алюминия
загораются на воздухе. Если в пробирку положить нссколг ко кристаллов
иода и насыпать алюмппневых стружек и затем осторожно нагреть, то
происходит довольно бурная реакция образования йодистого алюминия.
Когда при дальнейшем нагревании пары йодистого алюминия дойдут до
отверстия пробирки, то они загораются, и появляются фиолетовые пары иода:
A12J6 + 30 ~ А1г0з 4~ 3J2.
Алюминий
285
229. Окись алюминия — глинозем, АЦО3. Искус-
(пряродпыс виды перечислены в § 227) крпстал шчсскяй глинозем
г л. чается при накаливании борного ангидрида и фтористого алюминия
Ai.jFe, при чем ф гористый бор, BFS, улетучивается:
Al3Fg В2О3 = 2BF3 — А1Д'.;.
В аморфном состоянии он получается при прокаливании гидрата
окиси алюминия, Als(OH)e. Плавится в пламени гремучего газа
(около 2000') в прозрачное стекло. Если его расплавить в присутствии сле-
дов закиси кобальта, то по охлаждении получаются кристаллы сап-
фира.
Гидрат окиси алюминия—водный глинозем —
Д12(ОН)Й, получается при действии растворов целочей и аммиака на соли
алюминия:
AlrfSOJ, нХН/ОИ—А1.|О1Ьв - 3(\H4*,S<i4.
Ai_'.., — ' 'll = А 'Lb.; -'К?.
Природные виды водного глпноз ма см. $ 227.
Подобно кремневом кислоте гидрат окиси алюминия известен в двух
видоизменениях: растворимом: (г и д р о 3 о л ь) и нерастворимом (г и д-
р о г е л ь), Первый получается, если растворить свежеосаждендый гидрат
окиси алюминия в растворе хлористого (или уксуснокислого) алюминия
и затем подвергнуть диализу (см. § 170, рис. 98, стр. 195).
При атом кислоты, происходящие от гидролитической диссоциации,
пройдут через перепонку диализатора, а в последнем останется водный
раствор гидрата окиси алюминия. Такой раствор очень нестоек, если в нем
содержание глинозема около 2—3%. От небольших примесей кислот, ще-
лочей, даже от переливания в сосуд, предварительно несмытый водой, он
.переходит в студсшюгии гидрогель. При содержании же глинозема
не более */а% его можно даже кипятить, и он не свертывается. Раствор
гидрозоля обладает слабощелочной реакцией.
Студенистый гидрат глинозема' способен со многими красками образо-
вать окрашенные соединения — лаки, на чем основано его применение
для окраска тканей.
Гидрат окиси алюминия обладает и кислотным, и основными свой-
ствами; при действии кислот он образует соли, а к основаниям относится,
как кислота, замещая атомы водорода металлами:
А1а(ОН)6 + 6НС1 = А12С)в + 6Н2О
А1,(0Н)в + 6NaOH = Ala(ONa)e + 6НаО.
При действии щелочей (едкого кали или патра) на гидрат глинозема
последний растворяется, образуя алюминаты калия, А1г(ОК)в или
28<> Алюминий § 2/8а
натрия. AJjiJXii'i).. Пр ! выпаривании таких растворов или прибавлении
к ним си: pi . алюмин ы к1 .;•!• в вил белой аморфной массы. Кроме
алюминитов с. иава A12(OR)6. известны алюминаты состава AlaU2(0B)s,
где R = К, Na.
Алюминаты разлагаются кислотами, даже такими слабыми, как уголь-
ная; если пропускать через раствор алюминатов угольную кислоту, то вод-
ный глинозем выпадает в кристаллическом виде:
АЬ'ОХ . -3. :;Нл ' = А1,(ОИ в — 3\ у '3.
Ил < - ищ. . л- .. < ра« г. яи'дисм с хлористы
Ba, Ga, Sr можно получить алюминаты щелочноземельных металлов, в виде
бКцых осадков;
' AlaOa(ONa)a + СаС12 = 2NaCl + А1аО4Са.
Алюминаты, встречающиеся в природе в виде минералов,—х р и з о-
б е р и л л, А1аО4Ве, шпинель, А1а04М> и др.
Сернокислый алюминий, Ala(SO4)3, получается прп обработке глины
серной кислотой.
Он полр яся кж растворении глинозема в серной кислоте.
Из водного раствора получаются кристаллы А ' а18НаО. Кроме сред-
ней соли известны еще основные соли А1^3О«)Э . А1а(ОЫ)е и
А1а(ОН)48О4. 7113О. Последняя соль встречается в при д в виде мине-
рала ал юмпннт а.
С сернокислым калием, натрием, аммошжм серп ки- лыП алюминии
соединяется и образует квасцы состава RaAla(SO4)4.24HaO, где R = К, X. .
Rb, Cs и (NH4), Об изоморфизме квасцов см. § 192. Под именем
обыкновенных квасцов разумеют калийно-алюмиппевыс —
KaAla(S04)4.24Ha0.
Квасцы представляют пример двойных солей, характеризующихся
тем, что в разведенных растворах они распадаются на составляющие их
простые соли: так, слабый раствор квасцов обладает всеми свойствами
серпокалиевой и серноалюминиевой солей; взятых в отдельности: электро-
проводность квасцов средняя из электропроводности обеих солей при
одшшковой концентрации и т. д. Это указывает, что в растворе квасцы
распадаются па то же попы (К, AI, 8ОД что и составляющие их соли (о
комплексных солях см. далее § 263).
§ 229а. Все солп алюминия в водном растворе подвергаются гидро-
лизу, при чем степень гидролиза, иными словами; процент разложившихся
солей сильных кислот (как. НС1, HNO3, HaSO4 и т. п.) незначителен: так,
в растворах, содержащих от 18% до 1% бромистого алюминия (А1Вг3),
степень диссоциации около 0,3% — 0,2%. В разведенных же растворах.
Ллю пиний
.. . процент понижается до 0,002%, степень гидролиза повышается де
_ _ , (Пи. Каблуков и Ал. Саханов). При повышении температуры степень
: пдр- твза сильно повышается: так, согласно исследованию Лея, прп 100
количество разложившихся частиц хлористого алюминия в 0,00% растворе
гостигаст 30%. Степень же гидролиза солей. слабых шл . . р. уксусно-
кислого алюминия А1<С2Н.)%У3 очеш, значительна, осогьнн при нагре-
вании: при кипячении растворов уксуснокислого алюминия из них выпа-
дает осадок гидрата окиси алюминия.
§ 229b. Силикаты алюминия представляются очень разно-
образными (см. § 170). Они входят в состав различных горных пород, при
разрушении которых атмосферными деятелями — водой и углекислотой —
образуется глина, самым чистый вид которой,— к а о л и и, А1в03. 2SiO2 .
. 2Н3О,— вдет для м л отовлепия фарфоровых изделий. Други.! же виды
глины менее чма идут . ян гговления горшечной посуды, кирпичей
и т. л.
Из сложных силикатов алюминия, близких по совпву к полевым
шматам (с.ч. выг , 2з7ъ сам--чг льны цеолиты: лат чит со-
держит Na3O . А1гС>3 . 3SiO2 . 2Н3О, а и а л ь.ц н м представляет тот же
состав, только вместо 381О3содержит48(Ог, а имел но, Ха,О , Д13О3 . 4SiO2 _
. 2Н3О. Искусственные цеолиты получаются при сплавлении силикатов
глины с содой, иногда с прибавкой кварца, и последовательном промыва-
нии водой. Они представляют нерастворимые в воде тела изменчивого
состава, как-то: 2$iO3. Д1303 . Na2O . 6Н2О или Ха2О . А12О3 .5SiO3.
. 5Н,О. Прп действии на них растворов солей кальция, марганца, железа
они обменивают атомы натрия на эти металлы и таким образом могут
служить, как пермутиты, т.-е. как тела, удаляющие жесткость,
а также соли железа и марганца из питьевой воды. При последовательной
обработке раствором поваренной соя п натрий опять замещает вышеназван-
ные металлы, п таким образом пермутит можно опять восстановить.
От нахождения в почве водных силикатов взвести и глинозема зависит
поглотительная способность почвы. При действии на них солей щелочных
металлов, напр. хлористого калия, происходит обменное разложение, с обра-
зованием, с одной стороны, нерастворимого силиката калия, с другой—хло-
ристого кальция, извлекаемого почвенною водою. Благодаря поглотитель-
ной способности, в почве удерживается калий, вводимый в нее в виде калие-
вых солей, тогда как в противном случае эти важные для растения питатель-
ные вещества вследствие их растворимости вымывались бы из почвы дожде-
вой водой.
§ 230. В элементах Ш-й группы, В и AI, основной характер про-
является менее резко, чем в элементах предыдущих групп. Бор (§ 173)
образует кислотный окисел, хотя и очень слабый: борная кислота по своему
действию на куркуму походит на щелочи; алюминий (в нечетном ряду)
дает основной окисел, хотя слабый, не способный соединяться с такими
слабыми кислотами, как С02; водная же окись алюминия обладает свой-
?.S<5
.4 лм.ишшй
§ 230
стами кислот обменивать свои водород на металлы. Xтористый алюминий
напоминает хлорангидрпды кислот (напр., треххлористый фгсфэр), ибо
'при действии воды разлагается и даст водный глинозем.
Таким образом Ш-я группа представляет переход от м галлов первых
групп к металлоидам IV-й группы— углероду, кремнию. Элементы Ш-й
группы — т р с х а т б м н ы.
И Ат< мыыйг.сг. !1 Уделы?мй ' Ж С- Ат? мпый объем. г Температура - . • • _
В 10.9 - 4.4
Al 27., 2.6 ПО 6570
ГЛАВА XII.
Металлы VI-й группы,
О л озо, Sn = 118,7‘. Свинец, РЬ = 207,2.
$ 231. В четвертой группе элементы первых трех рядов (С, Si, Ti)
являются металлоидами, и только с германия, Ge, элементы нечетных
рядов являются настоящими металлами.
Олово 1 • \ ' нно в : )ла, Sn02,
известного под названием о л о в я в и о г о камн я, кз . ого
олово добывается
Sn02 — 20 = 200 Sn.
Олово — металл белого, как серебро, цвета, кристаллического сло-
жения; если погнуть палочку олова, то слышится особый треск, происхо-
дящий от трения кристаллов друг о друга. Кристаллическое сложение
олова обнаруж.шается при обливании листов олова, соляной кислотой;
при этом появляются своеобразные узоры. Олово плющатся в тонкие листы
.(с т а п н о л ь).
Олово известно в трех аллотропических видоизменениях. Из распла-
вленною состояния олово выделяется в виде стойких прп обыкновенной'
•температуре тетрагональных кристаллов, удельн. в. 7,286 при 15°. В та-
ком же виде оно выделяется при электролизе хлористою олова, а также
при вытеснении сю цинком. В ине 161J ыли л форм и является олово
в ромбических кристаллах, получающихся, если нагретое почти до темпе-
ратуры плавления 231,5° олово с высоты бросить на каменную пластинку,
при чем получаются хрупкие растрескивающиеся кусочки. При 200° олово
так хрупко, что его можно растолочь в порошок. Удельн. в. ромбического
олова 6,56 при 16°.
Давно были известны случаи, когда оловянные вещи при хранении,
особенно во время продолжительных холодов, рассыпались в мелкий поро-
шок. Это происходят оттого, что олово может существовать еще в третьей
форме—в виде серого кристаллического порошка. Удельн. в. 5,8. Серое *
олово является стойким при температурах ниже 20°. Эга температура
является точкой перехода (ср. точку перехода видоизменений серы, §83).
Хотя оловянные веща находятся очень часто при температуре ниже-
.20°, но превращение олова в серое видоизменение наблюдается сравнительно
.редко, потому что скорость превращения очень мала вблизи 20°. При более
Каблуков. Новргаппчмнгап кимкя. " . 19
290
Олово
§§ 23i—232
сильном охлаждении она увеличивается и достигаг г maximum’» при — 48°„
По'зтому-то при сильных морозах и наблюдается f бу; • знание серого видо-
изменения.
При обыкновенной температуре (ниже 20е) »т< - реход в серое видо-
изменение олова происходит в течение нескольких ч.и в, сели лист олова
положить в раствор пинкзальца (так. называет'. Иная соль состава
SnCl4 . 2NH4CI).
При. обыкновенной температуре олово на л п-’ "кисляется; на
этом основано > :: :у: ния " ' ' ы. Вылужон-
I истовое ж> Л'п л: .- т л :к • • - - васм.§184.
При накаливании на воздухе . .. тьным светом.
I бр |.:уя двуокись "Л"На Sil*
С галоидами оно прямо соединяется. Соляная кислота растворяет
его при нагревании, образуя хлористое олово, SnCl2:
Sn + 2НС1 = SnCI2 + Н2.
Крепкая серная кислота растворяет сто (при чем частью переходит'
в сернистый газ), образуя сернокислое олово SnS04.
Безводная азотная кислота на олово не действует.
О действии разведенной азотной кислоты см. § 110.
Прп кипячении с раствором едкого кали или натра олово медленна'
растворяется, превращаясь в оловяшюкислую с<«ль, K2SnO3.i
Sn + 2 КОЛ + Н2О = K2SnO3 + 2Н2.
§ 232. Олово, подобно углероду, образует два окисла: SnO и Snd2.
и соответственно этому два ряда солей.
Закись олова, SnO, образуется при накаливании в атмосфере
углекислоты гидрата закиси и представляет чернобурый порошок.
Гидрат закиси олова Sn(OH)2 получается в виде белого-
осадка при смешении раствора хлористого олова с аммиаком или содой?
SnCl2 4- 2NH4(OH) = Sn(OH)2 Н- 2NH4CJ.
Он легко растворим в щелочах. При кипячении его с водой из него
выделяется закись олова, SnO.
Хлористое олово, SnCl2 (безводное), получается при нагре-
вании олова в струе хлористого водорода. В воде оно легко растворяется.
Оно действует, как сильный восстановитель: от сулемы оно легко отнимает
хлор, переводя ее в каломель. Соли окиси железа опо переводит в соли
.закиси:
2Е№ + SnCI2 = Hg2Cl2 + SnCl4.
Fe2Cl« + SnCl2 = 2FeCl£ + SnCI4.
Окись олова, ми оловянный ангидрид, Sn031 в при-
роде встречается в виде оловянного камня. Она может быть иолу-

; 232 Оливо 291
прп накаливании олова на воздухе (в аморфном виде), а также при
; [.опускании паров хлорного олова, SnCl4, и воды через накаленную трубку
(в кристаллическом виде):
SnCl4 + 2НаО = SnO2 -г 41ICI.
В кислотах оловянный ангидрид не растворяется. Прп сплавлении
с едкими щелочами образует растворимые в воде соли оловянной кислоты,
напр. NaaSnO3. Всеми этими Свойствами он напоминает кремневый ангидрид.
Что касается до гидрата окиси олова, то он, подобно кремневой
кислоте,—тело коллоидальное и представляет несколько видоизменений,
из коих различают обыкновенную оловянную кислоту,
выделяющуюся при смешении хлорного олова, SnCI4, с аммиаком.
SnCl4 — 4\Н3 — ЗНаО = H,SnO3 -- 4X11/1.
Получав-щий'-я при этом 0сад< к при высушивании образует некри-
сталлическую массу, л ’ р створи му ю в соляной или азотной
кислотах, а также в растворах едких ще.к.'р й.
Метаоловянная кислота, HaSnO3, нерастворима в сер-
ной и азотной кислотах; она получается в виде белого порошка прп нагре-
вании олова с азотной кислотой:
Sn + 4HNO3 - HaSnO3 + 4NO2 + HaO.
Соляная кислота его тотчас не растворяет, но изменяет настолько,
что после сливания кислоты вода извлекает уже образовавшееся хлор-
ное олово, SnCl4. При взбалтывании кислоты с разбавленным раствором
едкого натра в раствор переходит метаоловяннокислый нат-
рий, который осаждается от прибавления крепкого раствора едкого
натра. Ему приписывают состав ЙЛьО^Нв^аа), т.-е. соли пентакп-
слот ы (H3SnO3)5.
В чем заключается различие в строении оловянной и метаоловянной
кислот—вопрос нерешенный.
Хлорное олово, SnCl4, получают при прямом соединении
хлора с оловом. Станиоль, оставленный в атмосфере хлора, воспламеняется,
при чем образуется хлорное олово. Жидкость, кипящая при 114°, удельн.
в. 2,27. Дымит на воздухе. Притягивает влагу, превращаясь в кристалли-
ческий гидрат SnCl4. ЗНаО. В воде легко растворяется, сильно разогре-
ваясь, при чем частью происходит гидролитическая диссоциация на оловян-
ную кислоту и соляную (ср. §. 228).
Хлорное олово соединяется с соляной кислотой, образуя соединение
HaSnCl6 с хлористыми же натрием, калием и аммонием — SnCl42KCl,
SnCl42NH4Cl (пинкзальц).
Для олова известно два сернистых соединения: сернистое
олово, SnS, получающееся в виде темно-бурого осадка при пропускании
19*
ССруВОДор' ' ' в у c c p л и C T 0 e О Л О В О
SnS2. получ.л - .! в !..:?• л «и - ч> ской массы при прокали-
вании смеси оловянных, «лпп . и <:• ;.л . г нашатыря. Последнее
иод названием м у с с п в н о i или су : п о г о золота употре-
бляется для бронзировки и золочения дерева
При пропускании сероводорода в раствор х г :л *ва тоже полу-
чается двуссрпистое олово:
SnCl, .IL- = 1НС1 - -
Оно растворяется в сернистых щелочах, а такие в сернистом аммонии
'\H4)2S, образуя с у л ь ф о с о л п:
Na2S + SnS2 = NaaSnS3 . ..
(NH4)2S + SnSa = (NJLOaSnSa.
> § 233. Свинец по отношению к олову занимает таксе же место, как
ртуть к кадмию; он обладает еще более основными свойствами. В природе
оп встречается в виде свинцового блеска, сернистого свинца,
ГЬ8, который для получения из него свинца накаливают в отражательных
печах вначале при доступе воздуха.
При атом получается сернокислый св-ю п. PbSO4. а также окись
?: шща:
I’bS -J..L =xPbSO4;
PbS -Ш=РЬО +so2.
4»
Когда часть* свинца окислилась, доступ воздуха прекращают и. нака-
ливают сильнее; тогда сернокислый свинец и окись свинца вступают во
взаимодействие с сернистым.свинцом.
- - 2РЬО + PbS = ЗРЬ + SOa
PbSO4 + PbS = 2Pb + 2SOa,
и на дне мечи получается расплав ленный свинец.
Свинец — синевато-серого цвета, он мягок, Па воздухе изменяется,
покрываясь рядом оклслов. Особенно быстро изменение происходи во
влажном воздухе, содержащим углекислоту, при чем получается углекислый
свинец п окись свинца.
Кислоты соляная и серная действуют на него только с поверхности,
ибо образу ющгсся хлористый свинец, РЬС1а, и сернокислый,
PbS041 почти нерастворимы и предохраняют под ним лежащие слои от
дальнейшего действия кислот. Азотная, а также уксусная кислота и щелочи
его растворяют. Все соли свинца ядовиты,
При нагревании свинца на воздухе сначала получается окись РЪО,
а затем с у р и к -РЬ3О4.
С кислородом свинец образует следующие окпелы: закись или
недокись РЬ2О, окись РЬО, перекись РЬ02.
$ 233 Свинец i-'93
Окись солца, РЪО, получается в двух видоизменениях:
11 ; I идс красновато-желтого глета — при обжигании свинца при высо-
,[ температуре, при которой окись сплавляется, и 2) в виде желтого
а с с и к о т а — при осторожном окислении и слабом накаливании.
Гидрат окиси свинца, РЬ(ОН)а, получается в вид,- белого
осадка при действии едких щелочен на тщ.- . : свг.нитых «••.в и:
Pb(N03)a + 2KOII = 2К\03 4- РЪ(ОН)3.
В щелочах, подобно гидрату закиси олова, растворяется. Растворяясь
в кислотах, дает соли, при чем легко образуются основные соли.
Так, при растворении в уксусной кислоте получается уксусноки-
слый свинец, Р-Ь(С2Н3Ог)а — свинцовый сахар, который,
соединяясь с избытком окнсп, даст основной уксуснокислый
свинец. „ зОг).. ГЬ(О11)г. При действии на него углекислоты
получается основной кислый СВ! 2РЬСО3РЪ(ОЫ)Й—
< в и н ц в ы е ' . Л И Л ::.
Из солей окиси свинца только немногие [папр., азотнокислая Р1>(Хб»3)2
и уксуснокислая РЦСЛ^О^] растворимы в воде, болып: • L,
(PbSO4, PbCO3, PbCl, и т. л.) плохо растворяются в годе.
Сури к, РЬ304, —красный порошок, получающийся прп обжигании
(приблизительно до 300°) массикота, можно рассматривать, как соединение
окиси свинца е его перекисью (РЬО)2 РЬО2. Употребляется как краска.
Перекись свинца (ангидрид свинцовой ки-
слот ы), РЬО2, получается в виде аморфного бурого порошка при обраба-
тывании азотной кислотой сурика, при чем находящаяся в нем окись свинца
растворяется, а остается нерастворимая перекись свинца;
Pb304 + 4HNO3 == 2Pb(NO3)a + PbO2 + 2Н2О.
Подобно окиси олова, перекись свинца представляет кислотный ан-
гидрид, ибо, растворяясь при нагревании в крепких растворах щелочей,
напр., едком кали, она образует соли свинцовой кислоты, напр., для калия
известна соль состава К3РЪО32НаО.
С хлором свинец дает два соединения: 1) хлористый свинец,
РЬС1а — белое, плохо растворимое в воде кристаллическое тело и 2) х л о р-
u ый свинец, PbCl4 — желтое масло, удельн. в: 3,18 при 0°, засты-
вающее при —• 15° в кристаллическую массу, а при температуре выше 0°
легко распадающееся на хлористый свинец и хлор. Хлорный свинец полу-
чается при пропускании хлора в воду, в которой взболтан РЪС1а.
Если в образовавшийся желтый раствор прибавить хлористого ам-
мония, то выделяется кристаллический осадок двойной соли
(NH4)aPbCle (ср. с хлорным оловом, § 232). При действии крепкой серной
кислоты соль эта разлагается по уравнению:
(NHJaPbCle + HaSO4 = РЬС14 + 2НС1 + (NHJgSO*.
294 Свинец § 233
Хлорный свинец выделяется при этом из расы i виде тяжелой
жидкости.
От действия воды хлорный свинец распадается • - снись свинца
и соляную кислоту.
В заключение приведем следующую таб.тапх:
Ат* вес. | ! 1 Уд. вес. 1 А * П” •л-} ^а Л.Ч. t-ОНЯ
Г / ниЯ . . . 2 5,41 13 9<Ю°
О' !• • 117.8 t - 16 232
< вппец.. .... 207*2 11.3 18 II 328°
ГЛАВА XHI.
Висмут, Bi = 209,0.
Т. пмм. 27(Л Т. киш выш; 1506°, Уделья. в, 9,78.
§ 234. Висмут принадлежит к 5-й'группе элементов п является анало-
гом фосфора, мышьяка и сурьмы. Находясь в 11-м ря iy (рядом с свинцом),
ои стоит в таким же отношении к сурьм-? и мышьяку, как свивец к олову
и германию. Здесь мы видим, как и в других группах. что осиовно*, и . л-
лнческий характер возрос с атомным весом: вису водородом
соединения, В1а 3 — бл сшжяым х у., a BiaO( ива ся
очень слабым кислотным окислим. ть-д.,.’перишси. свинца.
Висмут встречается в природе в самородном состоянии, а также
в виде висмутовой охры BiaO3, и висмутового бле-
с к a, BiaS3.
Извлекается из руды выплавлением в тиглях в смеси с углем, железом
и плавнем: при этом выплавляется как самородный висмут, так и висмут,
бывший в соединении с кислородом и серой. Для очищения его перепла-
вляют с селитрой, при чем удаляются примеси мышьяка.
Висмут — блестящий металл, в изломе серого цвета, с красноватым
отливом, схожий с сурьмой. Плавится при 270°, кипит ири температуре —
1500°. Удельн. в. 9,8. На воздухе при обыкновенной температуре не изме-
няется, при накаливаппи образует окись в п с м у т а В1аО3.
Висмут находит применение в различных сплавах, пз которых наибо-
лее важные—со свинцом, оловом и кадмием. Легкоплавкий сплав
Ньютона состоит из 8 ч. висмута (т. плав л. 265°), 3 ч. олова (т. плавл.
230°) и 5 ч. свинца (т. плавл. 330°) и плавится при 94,5°. Металл Розе,
состоящий из 2 ч. висмута, 1 ч. олова и 1 ч. свинца, плавится при 93,75°.
Примесь кадмия (т. плавл. 350°) понижает еще более температуру
плавления. Сплав В у д а, плавящийся при 70°, состоит из 10 ч. кадмия,
13,5 ч. олова, 49,8 ч. висмута и 26,7 ч. свинца.
§ 235. Из кислородных соединений висмута наиболее стойким является
окись висмута, BiaO3,— желтый порошок, получающийся при
горении висмута, а также при накаливании азотнокислого висмута:
2Bi(NO3)3 = Bia03 + 6NOa + 30.
Окись висмута обладает характером слабого основания, легко обра-
зующего основные соли.
При действии на нее соляной кислоты она распил сщ и из раствора
кристаллизуется Силь состава — BiCl3 . НгО.
Безводный хлористый висмут, Ви 3. п лучается при
действии хлора на нагретый висмут и лредставляс. " . кристаллическую-
массу, плавящуюся при 236°, Он растворяете:: в с и кислоте,, при
прибавлении же к такому раствору большого ч он мутится
от выделения хлорокиси висмута, BiOCl:
BiCI3 - 1ГО = BiOCl - 21IC1.
Такое отношение хлор гута к в>>де- указывает на то, что-
в висмуте сохранились еще свойства металлоида.
Окись висмута образует ряд солеи с азол ной кислотой. Если метал-
лический висмут или его окись растворить в-азотной кислоте, то из раствора
кристаллизуется соль состава — Bi(NO3)35H3O. При нагревании до 80°
яти кристаллы плавятся и затем теряют часть воды и азотной кислоты,
при чем образуется основная соль состава — BiO(NO3) . Bi(H0)3N03.
Эта основная соль не изменяется при нагревании до 150°.
Азотнокислый висмут, Bi(NO3)3, растворяется в азотной
кислоте, если же к раствору прибавить избыток воды, то последняя разла-
гает азотнокислый висмут:
Bi(N03)3 — Н,О = Bi(OE) (Х03)г HN03
Bi(NO3)3 + 2На0 -- В1(0Н)а(ЬГО3) + 2HNO3,
и смесь основных солей выделяется в виде белого осадка, известного в меди-
цине под названием magisterium bismuthi.
Гидрат окиси висмута Bi(OH)3, получается в виде белого
осадка при действии едкого кали на раствор азотнокислого висмута (на
холоду):
Bi(NO3)3 + ЗКОН = Bi(0H)3 + 3KNO3.
При нагревании он переходит сперва в BiO(OH), а затем в Bi2O3:
Bi(OII)3 - BiO(OH) + Ha0.
2BiO(OH). -- BijO3 + Ha0.
В щелочах ни окись висмута, ни ее гидрат по растворяются.
Висмутовый ангидрид или пяты окись висмута,
ВггО51 получается из висмутовой кислоты, а последняя образуется при
долговременном пропускании хлора через кипящий раствор едкого кали
(удельн. в. 1,38), в котором висит взболтанный порошок окиси висмута.
Осадок промывают водой и азотной кислотой и получают ярко-красный
порошок висмутовой кислоты HBiO3. Последний при высуши-
вании теряет воду и переходит в ангидрид В1а05, оранжевый, нерастворимый
в воде порошок.
§ 2
Bu'Atvm
297
Ангидрид этот обладает характером перекиси и очень легко
выделяет кислород, переходя в окись BisO3. '
Сернистый висмут, Bi?S3, встречается в природе в виде
висмутового блеска, а также получается в виде черного порошка при про-
пускании сероводорода в раствор солен висмута.
2BiCl3 - 3ILS =- BL>3 - GHC1.
Он растворяется в горячей азотной кислоте; в отличие от сернистых
соединений мышьяка и сурьмы он способен растворяться в сернистом аммо-
нии.
0
ГЛАВ А XIV.
2 '—У ' ' - _ _ ‘ ' ".‘ГИЯ*
Хрои, Сг = 52,0.
Т. дла-вд. около 158 Л Удслън, в. 6а8
§ 236. Хром относится к четному ряду (IV-му) шестой группы, в не-
четных рядах которой находится S, Se, Те — элементы с ясно выражен-
ным характером металлоидов; что же касается до хрома, то в свободном виде
он обладает, свойствами металла, шулпие степени его окисления являются
основаниями, высшие же кислотными ангидридами. К следующим
четным рядам VI-й группы относятся: молибден Мо, вольфрам
W и у ран Ur. Последний обладает наибольшим атомным весом (238,2).
Хром в природе встречается главным образом в соединении с кисло-
родом и железом, в виде хромистого железняка'— НеСг3О4
или FeO . Сг2О3. Залежи этого минерала находятся на Урале. В Сибири
находится более редкий минерал красная свинцовая руда,
.хромосвинцовая соль, РЪСгО4.
В металлическом виде хром, получается при накаливании смеси без-
водного хлорного хрома, Сг2С1в, с хлористым калием и с цинком в закрытом
сосуде. При этом получающийся хром растворяется в расплавленном цинке.
Растворяя цинк в азотной кислоте, получают хром в виде серого, кристал-
лического порошка с металлическим блеском.
Хром может быть также получен при электролизе расплавленного
хлорного хрома или при восстановлении его из окиси хрома, Сг3О3, углем
прп высокой температуре; в последнем случае он получается с примесью
углерода.
Из окиси хрома он может быть получен также' при действии на ное
алюминием, как это указано в § 208. Последний способ, благодаря
его простоте и легкости, вероятно, вытеснит все остальные.
Металлический хром очень тверд. Удельн. в. около 6,8. Он плавится
только в электрической печи. На воздухе не окисляется при обыкновенной
температуре, при накаливании же покрывается тонким слоем окиси. Разве-
денные серная и соляная кислоты растворяют его, выделяя водород. Азот-
ная кислота не действует па него, ибо он, подобно железу, делается «пас-
сивным» (см. § 110). Но пассивное состояние хрома исчезает при лежани i
па воздухе, а также от действия кислот и нагревания.
§§ 236 238
Xvom и его (оединтия
299
При накаливании с углеродом хром образует сплавы, имеющие зна-
чение в металлургии стали,
§ 237. Хром образует две степени окисления: окись хрома,
СгаО3 и хромовый ангидрид, СгО3. Соединения окиси хрома
вполне аналогичны соединениям окиси алюминия л. как мы увидим далее,
окиси железа; это можно видеть из следе ц и ' ты:
Алюминия. Железа* | 1 Хряш.
Хлористое соединение. ' Окись Гидрат окнен Оернокисяая воль. . . Квасцы А12С16 А1аО3 АГ(ОН)в Alj ICAUSOjiyJlII >'• Ре2С1в 1 РегО3 F ./ОН)е ! Fe^SO)*), KJ ' - 4 ! Сг2С1в Сг,0з Сг2(ОН)6 С 1*2(804)3
Соединения хромов i &ш щрида отвечают л ву соеди-
нениям серного ангидрида.
Соединения серы.
Серный ангидрид,... . . , SO3 '
Оернокалиевая соль. . . . K2S04
11 ид о сернокислый калий. . . KaS2O7
(Ъедшгсштя хрома*
Хромовый ангидрид, . . . СгО3
Хромокалиевая соль. . . . К2СгО4
Двухромокалиев. соль. . . КаСг2О7
:?. Кроме окиси хрома, Сга03, и хролювого ангидрида, Сг03, известны,
соединения, соответствующие низшей и высшей степеням окисления:
1) хлористый хром, СгС1а, получающийся при накаливании хлор,
хрома, СгаС16> в струе водорода (СггС13 + Н2 = 2СгО1а + 2НС1) отвечает
закиси хрома СгО. Он представляет белое кристаллическое тело, которое
растворяется в воде с голубым цветом. Пз раствора его прп действии едких
щелочей выделяется гидрат закиси хрома, Сг(ОН)а, в виде
желтого осадка, легко окисляющегося и при нагревании переходящего
в. окись хрома: *
2Сг(ОН)а = СгаО3 + НаО + На.
2) н а д х р о м о в ни ангидрид или перекись хрома,
с сета j коего, вероятно, выражается формулой Сг2О7, представляет высшее
кислородное соединение хрома, соответствующее надсерному ан-
гидриду (см. § 93). Получается оно при действии перекиси водорода
на хромовый ангидрид (см. § 55).
§ 238. Окись хрома, Сг3О3, получается при прокаливании ее гидрата,
Сг2(ОН)6:
Сг2(ОН)в = Сг2О3 4- ЗНаО.
300 - Х-ром it <го ^едичвиил ° § 231
Ес можно получить также при накаливании т в у хромок и-
сзого аммония при чем выделяется 1; и азот:
(NHJpCr.O, Сг.,О3 4Н20 + Ха.
Последняя реакция идет очень легко: при дп< - м нагревании,,
происходит сильное самонакаливание получающейся хр"ма: масса
соли сама собой горит.
Безводная окись хрома, СгаО3, если нт г лверглась
самопроизвольно......кшванию и таким образом выделила большую
часть своей химической энергии, чрезвьг рима в кислотах.
Если же выделение воды из гидрата окиси хрома происходило при
таких условиях, что самонакалпвапия окиси хрома не произошло, то по-
следняя растворяется в кислотах.
Окись хрома может быть, получена в кристаллическом виде, прп чем
она является изоморфной с окисью алюминия и железа.
Гидрат окиси хрома, Сга(ОН)6, получается из солей окиси
хрома (СгаС1е, Cr2(SO4)3 и т. и.) действием аммиака в виде серого порошка.
Подобно гидрату окиси алюминия он растворим в водных растворах едкого
кали или натра, при чем получается изумрудно-зеленая жидкость.
Известны кроме того: гидрат состава Сг2Оа(ОН)а и гидрат состава
СтаО(ОН)4.
Последний, известный под назвашн-м Гюинетовои зеленя,
употребляется как з е л спая краска и получается через сплавление
двухром ока л левой соли (1 ч.) с борной кислотой (3 части).
При этом и 8 дву хромокисл ого калия, КаСг2О7, выделяется кислород и по-
лучается зеленое стекло, состоящее из смеси борнокислых солей окиси
хрома и калия.
При выщелачивании водой борная кислота и соли калия растворяются,
а гидрат, СгаО(ОН)4, остается нерастворенным.
Окись хрома, обладая свойствами слабого основания, способного
давать соли с сильными кислотами, не лишена характера кислотного ан-
гидрида, ибо с щелочами и основаниям! она образует соли: известны соли
состава MgO . Сг203 л ZnO . СтаО3, получающиеся при сплавлении окиси
хрома с соответствующими основаниями.
Хлорный хром, СгаС16, получается при действии хлора па-
смесь угля и окиси хрома при высоком температуре. Темнофиолетовые
пластинки, нерастворимые в холодной воде. При кипячении с водой хлор-
ный хром соединяется с водой и образует водный хлорный хром,
растворимый в воде: из раствора выделяются кристаллы состава Сг2С1ебН2О.
При высушиваний таких кристаллов получаются соединения: Сга(0Н)аС14
и Сга(Н0)4С1а.
Сернокислая окись хрома, Cra(SO4)3, получается при
растворещгн гидрата окиси хрома в крепкой серной кислоте. Водные рас-
творы этой соли, равно как и других солей окиси хрома, известны в двух
238—2j > Xvom. и ег > < вМинекия 301
видоизменениях: в виде зеленых, но ручающихся при растворении
окиси хрома при нагревании в серной кислоте; при стоянии зеленый раствор
постепенно переходит в фиолетовый.
При медленной кристаллизации из фиолетовых растворов виду тяготея
фиолетовые кристаллы содей. при выпаривании ж- зеленых
растворов получается некристаллнч'ткзи м-ктл. II -к н-ц кинин фиоле-
товые растворы переходят в зеленые и, обратно, при долговременной стоя-
нии на холоду зеленые растворы переходят в фиолетовые. Фиолетовые
кристаллы при 100° теряют воду и приобретают зеленый цвет. На основании
этого можно предположить, что фиолетовое видоизменение солей окиси
хрома отличается от зеленых тем, что первые содержат больше воды, чем
вторые. Но вопрос этот нельзя считать решенным. Сернокислая
:» к и С ь у. л • " »лг. соединяясь с сернОКИСЛЫМй щелочами,
обр.-"у.-! м |.!.<>. : N I' Li, lib. Ml
X p о м о в о к а л п e в ы о кв.. К _< г. >г»4^4.11 3О, полу-
чаются при пропускании сернистого ангидрида в раствор двухромо-
кислот о к;. д:я К J 7 :
К2СггО7 - 3>< »2 - H2Si\ ' - Ни •
С слабыми кислотами, каковы H2S, С02 и т. н.. ’окись хрома солей
нс образует,
§ 239. Соли хромовой кислоты. Свободной кислоты, соответствующей
серной, для хрома неизвестно, но известны соли хромовой кислоты и хро-
мовый ангидрид CrO;J.
Исходным материалом для получения солей хромовой кислоты (а
также и других сосдипеипй хрома) является двухромоквелый
к а л и й KjCraO? или натрии КацСгЦ)?, получающийся заводским путем
сплавлением тонкоиз мельченного хромистого железняка с поташом (или же
с известью и содой). При накаливании в отражательных печах в присут-
ствии щелочи, окись хрома, находящаяся в хромистом железняке, погло-
щая кислород из воздуха, переходит в хромовый ангидрид, который соеди-
няется с окисью кальция и натрия и даст кальциевую и натриевую соль
хромовой кислоты:
2РеОСт2О3+ЗКа2СО3 !-СаО -НО :3Na2CrO4+CaCrO4-|-FeaO3+3CO2.
Обрабатывая полученную массу горячим раствором сернокислого
натрия, переводят хромокислый кальций в серпокислый (плохо раствори-
мый в воде):
CaCrO4 + Na2SO4 -- Xa,CiQ4 + CaSO4.
Раствор .затем сливают с осадка CaSO4 и FoaO3 (окиси железа) и,
прилив требующееся по уравнению
2КааСгО4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + НаО
количество серной кислоты, получают двухромокпелый на-
трий Na2Cr2O7 и сернокислый натрий ^а»8О4.
iO2 Хром- v его соединения
§§ 23S—iW
Прп охлаждении раствора до 0 можно выделить в осадке почти весь
сернокислый натрии.
Д в у х р о м о к п с л ы й к плен, К2Сг2О7, пли хромпик мож-
но получить или из хромистого железняка, заменив только соду поташом,
или же обменным разложением из двухромокислого натрия п хлористого
калия:
Na2Cr2O7 + 2КС1 = К2Сг207 -- 2Х; л 1.
Пользуясь различное растворимостью двухромокислого калия и хло-
ристого натрия, их разделяют подобно тому, как это опиеано при получении
калийной селитры (см. Двухромокислый калий кристалли-
зуется из растворов в хорош • • >разиь£ ,ных красных кристаллах. Раство-
римость пх в воде сильно увеличивается с температурой: 100 ч. воды рас-
творяют 13 ч. соли при 20° и 103 ч. при 100°.
При накаливании он выделяет кислород и переходит в средний хромо-
кислый калий, К2СгО4 и окись хрома Сг2О3.
2К2Сг207 = 2К2Сг04 -|- Сг203 30.
Раствор его действует окислительно.
По своему составу двухромокпелый калий отвечает п в р о с е р н о-
кислому калию, K2S207 (см. § 92).
Кислых солей, соответствующих кислым сернокислым солям KHSO4.
и NaHS04. для хромов- >й кислоты п-- известно.
Средний хромокислый калий, К2СЮ4, (или натрий,
Па2СгО4), получается при прибавлении к раствору двухромо ки-
слого калия (или натрия) едкого кали (или натра), до тех пор, пока,
раствор из красного сделается желтым.
К2Сг207 + 2КОН = 2К2Сг04 + НгО.
Эта соль выделяется из раствора в виде желтых кристаллов. В с о
соли хромовой кислоты ядовиты.
§ 240. Хромовый ангидрид, СгО3, получается при действии серной:
кислоты на соли хромовой кислоты;
К2Сг2О7 4- H2S04 = K2SO4 + 2CrO3 + H2CL
При разложении хромовых солей никогда не выделяются кислоты
состава Н2СтО4, а всегда хромовый ангидрид, О03.
Хромовый ангидрид выделяется из раствора в виде красных ромби-
ческих игл пли призм. Он легко растворим в воде. Действует как сильный
окислитель: он разрушает органические вещества, и поэтому раствор его
нельзя фильтровать через бумагу. Капля крепкого спирта, попавшая па
кристаллы хромового ангидрида, загорается, Он плавится при 190°, а при
250° разлагается на окись хрома и кислород:
2СЮ3 = СгаО3 + 30.
Марганец и его соединения 303
Водный раствор хромового ангидрида действует, как раствор кислоты-,
вытесняет угольную кислоту из ее солей, в солях бария, свинца, серебра
и ртути производит осадок хромокислых нерастворимых солей этих метал-
лов.
*
Марганец, Мп = 54,93.
Т. плавл. 12 45 °, Т. кин. ок. 220(А Удельн, и. 7.4-
§ 241, Марганец принадлежит к VII группе элементов и, нахо-
дясь в том же ряду, что и хром, относится к хлору, и вообще к галоидам.,
так же, как хром к элементам труппы серы (S, Se и Те).
Сходство марганца с хлором обнаруживается главным образом в
высшей степ-пн его окисления, марганцевом ангидриде,
МпаО7, и соответствующей этому ангидриду марганцевой к и-
слоте, Т1Мп< >4. и ее солях. Маргаицевокалневая соль, КМпО4 (см. даже»
§ 245». представляв! болыцую аналогию с хлорнокалиевой солью, КС1О*
V м. § 67). Они кристаллизуются в одинаковых формах. Марган-
цовая, НМпОд. и ' . HClOj. кислоты тоже имеют много общ го
обе растворимы в во,ц , легко раз . ir. юн я с .’ .i- ни кислорода.
Сходство с хлором выражается исключительно в высшей степени
окисления, в низших же, равно и в свободном состоянии, марганец, нахо-
дясь в 4-м ряду между хлором и железом, представляет по своим свойствам
переход от хрома к железу.
§ 242. В природе марганец встречается в виде кислородных соедине--
пий, из которых важнейшее — перекись марганца или пиро-
люзит, МпОа. Кроме того, встречается в виде руд: 1) г а у с м а и и т а,
Мп3О4; 2). браунита, МнаО3, и 3) манганита МпаО3 . НаО.
Кроме этих руд известен еще кремнекислый марганец,
MnSiO3, известный под именем орлеца и представляющий розовый
камень.
Марганцовые руды в России находятся на Кавказе, Урале и пизовьях..
Днепра.
Металлический марганец, получающийся из его кислородных руд
восстановлением углем или .алюминием (см. выше, § 208), серовато-
белого цвета, очень тверд, плавится около 1260°, удельн. в. 7,2. В кислотах
растворяется, образуя соли закиси марганца.
О карбиде марганца см. § 151.
Марганец, образует ряд окислов: 1) закись марганца, МпО-
2) о к и с ь, МпаО3; 3) з а к и с ь-о к и с ь, Мп3О4; 4) п е р е к и с ь, МпОа:
5) марганцовистый ангидрид, Мп03, и 6) марганцовый
а н г и д р и д, МпаО7.
Первые два окисла представляют собой основания, дающпе соли
состава — МпХа и МпаХе, где X = С1, Вг и т. д,, или Ха = S04 и т. д.
Перекись марганца, МпОа,— окисел безразличный. МпО3 и
МпаО7 —кислотные ангидриды.
304
Марганец и его сочинения
§§ Z43—24j
Вес окис лы марганца, нагретые с кпе лотами,
дают соли, с о "Тв тствумн: : низшей степени
о кислен и я, т.-е. закиси мз р ганца,
§ 243. Закись марганца, МпО, ш :у«; при н наливании угле-
кислой закиси марганца, МнСО3, —в виде • л>н-: На воздухе
окисляется в бурую закись — окись марганца, Мп .
Гидрат закиси марганца Мп(ОН); ген из рас-
творов солей закиси марганца ед’ чи ш тучами в ви;?. г. . го осадка,
если устранить д суп : / . _ у зоватый
осадок, ' (марганца прп действии воздуха быстро гяется
в п т ш марганца, Мп8О3. Н/л—бурого цвета.
Сернокислая закись марганца, JInS04, получается
при нагревании пиролюзита (перекиси марганца), Мп02, с серной кислотой;
Mn02 + H2SO4 = MnSO* + НаО + О.
При испарении водного раствора могут выделяться кристаллы раз-
личного состава: 1) при температуре около 0° получаются кристаллы
MnSO4. 7ПаО, изоморфные с железным купоросом (см. далее § 261); 2) при
испарении раствора при температуре около 20° (по не выше) получают
кристаллы MnSO4 . 5ЩО, изоморфные с медным купоросом, прп более
высокой температуре выделяются кристаллы MnSO, . 411.0,
Сернокислая закись марганца с серпокислым калием, натрием обра-
зует двойные соли по типу MnSO, . KaSO4 . бНгО.
§ 244. Окись г арганца, Мпа03, встречается в природе в виде б р а у-
п и т а.
Гидрат окиси, МпаО3. НгО, в природе встречается в виде
манганита. Образуется также в виде темнобурого осадка при окисле-
нии на воздухе гидрата закиси маргапца.
Полного гидрата окиси марганца, Мпа(ОН)в, — пе известно.
Соли окиси марганца непостоянны; из них укажем сер п о к п с л у ю
окись марганца Mna(SO4)3, а также к в ас ц ы, например,
K2Mna(SO4)424HaO.
Перекись марганца, МпОа, в природе встречается в виде
пиролюзита ели бурого марганца.
О действии на перекись марганца .соляной кислоты см. § 61, серной
кислоты-—см. § 243.
§ 245. Из соединений, соответствующих марганцовистому
MnO3, н марганцовому, Мпа07, ангидриду укажем марганцо-
в и с т о к а л и е в у ю соль, КаМпО4, и м а р г а и ц о в о к а л и е-
в у io, КМпО4. Первая получается при сплавлении перекиси марганца
с едким кали и бертолетовою солью;
ЗМпО. + 6К0Н + КС103 = ЗКаМпО4 + КС! + ЗЩО.
Образуется зеленая масса марганцовистого калия, раствор которого
уже при кипячении или пропускании в него угольного ангидрида переходит
jj 245 Марганец а его соединения 305
L м а р г а н ц о в о к а л и е в у ю соль КМпО4. Последняя легко
получается в игольчатых кристаллах темного цвета с металлическим бле-
ском, растворяющихся в воде с красивым пурпуровым цветом (м и не-
раль н ы й хамеле он).
Ыарганцовокалиевая соль легко выделает часть своего кислорода
и потому является сильным окислителем, находящим различные применения
в антисептике. В присутствии свободной (напр., серной) кислоты реакция
протекает по уравнению:
2КМпО4 + 3HaS04 = KaS04 + 2MnSO4 + ЗНаО + 50.
Кислород при этом выделяется в виде озона.
В присутствии тулоч* й, а т;.:лк в и игральном растворе, раскисление
идет толысо до гидрата перекиси: 2 частицы марганцовокали<-Пой солп
выдели: толы;-? три ат-ма !>•-• т ?.
2ККи‘ — : _ = i. . К — _ К1 1 -- 3'- '.
Прп быстром приливании на марганцовокислый калий крепкой сер-
ной кислоты происходит взрыв: выделяется мнсто кпел••р.?да и фиолето-
вые пары разлагающейся марганцовой кислоты. Ес.тп же в чистой охла-
жденной серной кислоте растворить чистый КМпО4, избегая повышения
температуры, то получается марганцовый ангидрид МпаО7 в виде масло-
образной жидкости. Он очень нестоек при нагревании, а также при сопри-
косновении с органическими телами, быстро разлагается с выделением
пламени.
Каблуков* Неорганике с кал химия.
20
Г ЛАВА XV. .
Металлы восьмой группы.
§§ 247—263. Железо п его соеданеЕпя. — § 264. Нлккель и кобальт. — §265. Металлы платино-
вой группы. — § 266. Палладий. — § 267. Платина.
§ 246. Металлы, принадлежащие к VIII-й группе (см. таблицу на
стр. 207) представляют переход от элементов четных рядов VII-й к элементам
нечетного ряда I-й группы (от Сти Мп к Си, от Мо к Ag и от W к Au).
Эти металлы по своим свойствам могут быть разделены на три подгруппы:
1) группу железа (Fe, Со, Nil; 2) группу легких платиновых металлов;
рутений, Ru, родий, RI1, и палладии, Pd, п 3) группу тяжелых платиновых
металлов: осмий. Os, иридий, Ir, п платина. Pt.
Группа железа.
•“ Железо, Fe = 55,84.
Т. плавл. ок. 1600—1800°. Т, кип. 2220° при 11 мм. дав. Удсльн.в. 7,86.
§ 247. Железо в свободном состоянии встречается в метеоритах 1),
на поверхности же земли оно находится в виде соединений щ другими
элементами.
Главнейшие железныб руды следующие: 1) Мат-
нитный железняк, (Fe3O4) представляет собою самую богатую
(содержит до 72 проц, железа) и весьма распространенную железную руду;
встречается преимущественно в северных странах, в Канаде, Соединенных
Штатах (в Пенсильвании в Нью-Джерсее), Норвегии и Швеции в кристал-
лических сланцевых породах.
У пас, в России, залежи магнитного железняка находятся на Урале
(гора Благодать, Магнитная гора, Высокая гора, около Нижнего Тагила).
2) Красная железная руда (FeaO3) содержит до 69 проц,
железа. Красный железняк — землистое видоизмснсиие природной окиси
’) В среднем удельный вес земной коры может быть принят равным 2,50, а уд. в. всего
земного шара на основании астрономических данных определен в 5,58. Отсюда следует, что на
земной поверхности скопились удельно более легкие элементы в то время, как более глубокие
слои земли вплоть до центра состоят но преимуществу из элементов более тяжелых. В качестве
таковых являются тяжелые металлы и среди них в особенности железо, которое обраэует и глав-
ную составную часть многих метеорнтой, рассматриваемых как осколки разрешенных небесных
тел.
Железо и его сведшиних 307
— встречается в жилах я залежах в древних породах; известны
:щпе четыре видоизменения безводной окиси железа; а) желез-
. г б л 1? с к — кристаллическая окись железа, значительные залежи
; рой находятся у нас на границе Екатеринославской и Херсонской губ.
Кривой Рог); б) железная с л ю д к а добыва'-тся вместе с ж> л- зным
‘ лескомв Кривом Роге; в) к р о в а в и к, ж и л к о в а т ы й к р а с л ы и
железняк или гематит представляет натечные или почковидные
массы темно-красного цвета к г) плотный красный
е л е з и я к встречается то в виде сросшихся округленных зерен (оолпт-
ная руда), то в виде охры (мумия),
3) Шпатовый железняк (железный шпат), FeCO31 с содер-
жанием 47,2% железа, содержит всегда большую или меньшую примесь
углемарганцовой соли. В впде кристаллической или кристаллизованной
массы он встречается в виде мощных залежей. Шаровидное, пучковатое
видоизменение углежелезной сели носит название с фед о сидерит а.
4) IL-з пшатового железняка действием в< ... жащей уг -
кислоту воды образуется, в качестве вторичных продуктов, б у р и е
ж е л е з и ы е р у д ы (от 1ЬБ л>4 до Н6Р-.>06». носящие, смотря по фзии-
ческим свойствам, название игольчатой ж--л-зной руды, рубиновой слюдки
(пироспдерита) и бобовой руды в т. п.
5) Ф р а н к л и н и т ( Fea03Zn0, MgO ), с содержанием 45% железа.
6) Ж е ле з н ы й или серый колчедан FeSa.
§ 248. Из железных руд при накаливании их углем получается не
чистое железо, а сплав его с углем, известный под именем чугуна.
Химически чис т о е железо в виде сплошной массы можно
получить, осаждая его при пропускании гальванического тока в раствор
смеси железного купороса (FeSOJ и сернокислого магния (MgSO j или
хлористого аммония. Такое железо содержит в собе водород, от которого
его можно освободить прокаливанием. Гальванически осажденное железо-
хрупко, прокаленное же мягко.
Производя электролиз при 100° — 120°Ц и применяя раствор
хлористого железа (FeCla) и хлористого кальция в 1,6 час. воды можно
получить железо свободное от водорода. Твердость такого железа значи-
тельно ниже твердости золота и серебра и немного выше твердости алюми-
ния. Чистое железо имеет цепное свойство скорее намагничиваться и раз-
магничиваться. чем обыкновенное железо, содержащее углерод или кремний.
Это свойство' электролитического железа сп.тьпо увеличивает действие
электромоторов, для которых оно употребляется. Мотор, который дает
0.5 лошад. сил, если его сделать из кремнистого железа, при замене по-
следнего электролитическим даст 1,3 лош. сил,—другими словами, его дей-
ствие увеличится в 2,5 раза.
При действии на соли окиси железа аммиака получается гидрат окиси
железа Fea(OH)e:
Fea(SO4)3 + 6NH.0H = 3(NH4)aSO4 + Fea(0H)6. . .
20*
308 Железо и его соединения § 219
При накаливании его в струе водор.-.ди получается-черный порошок
(ппрофорнческое железо), воспламеняющею-. па воздухе.
Этот порошок содержит безводную закш-ь ж-'.гза FeO. При дальней-
шем нагревании получается серый порош ж чист < железа (на воздухе
не воспламеняющийся). Удельн. в. железа 7,84. Оно плавится при 1550—
1700°.
Различные наблюдатели дают для точки плавл-.чия железа цифры:
1550°, 1587°, 1600°. Наиболее вероятной являете :: .. лпяя.
Чистое железо, п?•л- " , к..т.рых алло-
тропических ) " . . . ет: • т: ; ::д ? : • . . • - . три кристал-
лических видоизменения, называемых а р, и у-ф< рритом. Подобно
сере п олову каждое видоизменение стойко прп известной температуре:
выше 870° стойким .является у-ф е р р и т, ниже 870° он переходит в р-ф е р-
р пт, который прп температурах ниже 780° превращается в а-фе р.ри т.
а-ф е р р и т обладает магнитными свойствами, но пс способен растворять
углерод, Р-феррит не обладает ни магнитными свойствами, ни способностью
растворять углерод, p-фёррит, подобно f-ферриту, не обладает магнитными
свойствами, но способен растворять углерод и образовать с ним твердые
растворы.
Задолго до температуры плавления железо делается мягким и в таком
виде может легко коваться, свариваться и т. п.
Железо легко соединяется «(^многими элементами: серой, фосфором,
мышьяком, галоидами и др. Находясь в воздухе (особенно влажном), оно
легко окисляется (покрывается слоем ржавчины).
§ 249. Сплавы железа с углеродом. Железо способно образовать сплавы
со многими элементами; наиболее значения имеют его сплавы с углеродом.
Чистое железо может образовать сплав, содержащий не более 5% углерода:
если же в железе содержится марганец, то количество углерода может
повыситься.
Главное влияние прибавки углерода заключается в значительном
понижении точки плавления.
При содержании углерода до 2,5% точка плавления понижается до
1200°, дальнейшее увеличение углерода влечет понижение точки плавления
до 1050°.
Присутствие углерода влияет на другие свойства: так, ковкость его
уменьшается по мере возрастания углерода.
Сплавы железа с углеродом делят прежде всего на две большие группы:
чугун, с большим содержанием углерода (а также кремния, марганца
и др.) и к о в к и е продукты (железо и сталь) с меньшим их содержа-
нием.
Чугун- содержит углерода от 2,3% до 5%, пла-
вится пр и более низкой температуре и с меньшей
затратой теплоты, чем ковкое желез о, и быстро
переходит пз твердого состояния в жидкое, как
скоро он ‘нагрелся до температуры плавления,
Железо и его соединена' я
3&J
. ' о р от, быстро твердеет при охлаждении ниже температуры
я.
В твердом состоянии он хрупок.
Ковкие продукты (с содержанием углерода ниже 2,3%), способные
кьваться перед ] давлением, обладают высокой отененью тягучести. Опп
разделяются на две группы: 1) с т а л ь, с содержанием углер . 0,5%
до 2,3%, способную принимать з а к а л к у. и l г ; . : у содержа-
щее углерода менее 0,5% и неспособное принимать закалку.
Для чугуна различают несколько видоизменений; главнейшие из
пих: 1) серый чугун, отличающийся тем, что при застывании его
углерод выделяется в виде графита, располагающегося между части-
цами металла и придающего излому чугуна серый цвет, и 2) белый
ч у т у н, в котором углерод находится не в свободном состоянии, а в виде
соединения с железом. Цвет такого чугуна в изломе белый1).
К иных случаях заводы готовят сплав : . марганца бс д-ржа-
ни (поел тпего до 90%) и углерода по внешнему виду похожий на белый
чугун. Такой сплав носят название Ф в р р о - м а и г а и а.
250. Металлургия железа. Для добывания ч угу па железные руды
накаливают с углем, прп чем последний отнимает л них кп< г род. Пред-
варительно руды по большей части обжигают.
Обжигание ж е л е з н ы.х руд (оно производится в кучах,
стойлах или в особых обжигательных печах) имеет целью удаление воды
и углекислоты, вследствие чего масса делается более рыхлою и пористою
и легче восстановляемою: вместе с тем закись железа превращается в окись,
которая труднее переходит в шлаки. Обожженные, а часто и сырые руды,
в случае надобности, измельчаются толчеями, молотами или валами, затем
более богатые руды смешиваются с бедными в пропорции, устанавливаемой
опытом и дающей наибольший выход металла. Уголь при выплавке разви-
вает требуемую теплоту и играет роль восстановителя (в свободном состоя-
нии или в виде окиси углерода и углеводородов). Для того, чтобы выпла-
вляемое железо собиралось в одну массу, к руде прибавляют известные
вещества (п р и б а в к и), которые, соединяясь с породой, образуют легко-
плавкую стекловидную массу (шлак). Шлак этот, следовательно, служит
для удаления посторонних и отчасти вредных для добротности железа
веществ, облегчает собирание в одну массу выделенных и -сплавленных
частичек металла и предохраняет образовавшийся металл от окисляющего
действия вдуваемого воздуха. Прп недостатке в руде кремнезема приба-
вляется кварц и песок, при недостатке оснований — известняк и плави-
ковый шпат. Смесь с прибавками и флюсами, т.-е. веществами, обусловли-
1) В настоящее время разъяснены мшфго технические вопросы, касающиеся строения чу* -
гуна и стали, благодаря теоретическим исследованиям Розе бума л мн* других*
В настоящее время в сортах железа различают следующие составные части: 1) Различные
виды (а, рт y,) феррита или химически чистого железа- 2) Мартшит (закаленная сталь) или
твердый раствор углерода в железе (однородную смесь углерода н железа с изменяющимся со-
ставом), 3) Цементит (технический белый чугун) — химическое соединение железа с углеродом
состава Р<%С и 4) Перлит — углеродистое железо не однородной структуры, но постоянного
состава (эвтектическая смесь феррита и цементита)*
310 Железо v его соединения§ 250
вающими образовали-' шлака, должна содержать на более 50% железа;
эта смесь с горюч м трриалом назнв лея шихтою.
Выплавка руды пр>>и.г - гея г / чптельно в так называемых
доменных печах. Рис. 118 представляет ст. ринную доменную печь. В по-
следнее время эти печи все более и более вытесияь>тся печами новой конструк-
ции, больших размеров с горячим дутьем, в которых выплавляют до 200 тонн
(12000 пудов) в сутки. Рис. 119 изображает разрез так т доменной печи.
Она представляет собою круглую шахтенную печь, вы-- >п>ю обыкновенно
от 15 до 30 метров, окру- шую галетою спной (кожухам /внутренность
Рис. 118.
печи имеет форму двух сложенных основаннязш усеченных конусов. Стешей
внутренней шахты окружены второю стенкой, образующем кожух, и к
нему уже примыкают наружные стены печи. Между внутренней шахтой
и кожухом оставляется пространство, наполняемое дурными проводниками
тепла (золой, мусором) и позволяющее внутреннем шахте расширяться от
теплоты. Верхняя часть, от d вверх, носит название шахты, часть Ъ — за-
плечиков. Самая широкая часть печи d называется распором.
Ниже заплечиков печь суживается, образуя горна, нижняя часть кото-
рого служит для приема расплавленного чугуна. В горне — важнейшей
части печи, так как в ней происходит процесс плавки — имеется несколько
отверстий с коническими трубами (фурмы), в которые открываются пако-
нечнпки воздухопроводных труб.(сопла е). для вдувания в печь нагретого
: 251
Железо и его соединения
311
ь .муха. Через верхнее отверстие шахты, пли колошник, произво-
: пся засыпание смеси, В прежнее время домепные печи устраивали по
зможности около обрывов, для того, чтобы иметь удобный путь к колошо-
нику.
В настоящее время по болып i
части строится колошник -
в ый подъем, т.-е.вблизи домпы
помещается сооружение, в котором
с помощью подъемной машины под-
нимается руда и уголь на высоту
колошника.
Нижняя часть горна спереди
удлинена и образует так называе-
мый передний горн, ограни-
ченный порогом. Пороге одной
стираны !!< :
образу. • .
lOIJKH 'L.' гремя О
г.тппой и . мг; ... : < : г ;т".у‘н ;
сплавленного чугуна п шлак; .
Горячий воздух поступает в
кольцеобразную трубу О, лежа-
щую вокруг нижней части лечи, и
из нее переходит в охлаждаемые
водою сопла. Колошник снабжен
приспособлениями, позв оляющпм и
его закрывать; руда, кокс и пр.
насыпаются в воронку /, затворы на
минуту открываются, для того что-
бы засыпка могла упасть в печь и
тотчас закрываются, так что домен-
ные газы не имеют другого выхода,
кроме пасадки д, откуда они по
трубам h и I направляются в воздухонагревательные приборы или в топки
паровых- котлов.
§ 251. Доменная плавка. Пуская в ход доменную печь, прежде sefcro
зажигают в торне дрова, потом подсыпают мало-по-малу топлива (в прежнее
время древесный уголь, в настоящее время почти исключительно кокс,
иногда и антрацит, реже сырой каменный уголь), пока, наконец, вся шахта
не будет наполнена горящими угольями. В то же время приводят в действие
дутье и начинают засыпать послойно руду и уголь. По мере сгорания угля
н плавления руды и флюсов, слои постепенно опускаются,, кремнезем и
окислы, соединяясь между собою, сплавляются в шлаки, восстановленное
полужидкое железо соединяется с углеродом и образует легкоплавкий чугун,
который собирается па дне горна; поверх чугуна плавают шлаки, которым
312
Железо и его соединения
§§ 252-251
дают вытекать. Жидкий чугун время от времени выпускается, для чего
пробивают замазанное глиной выпускное отверстие и отводят чугуп по
канавке, сделанной в песке перед печью, в формы. На время выпуска,
чугуна дутье приостанавливается.
Таким образом главнейшие видоизменения, которые происходят
в домне, состоят в следующем:
1) разрыхление руды, 2) восстановление железа гл его окпслов„
3) насыщение восстановленного железа углеродом, г.. называемая
цементация, л 4) плавление углеродистого чу; . шлаков.
Всем этим изменениям руда подвергается пост> пенно, опускаясь в»
более вью . т •
§ гЧугун. ” . _ ;: уГЛе-
род (1 в де графита и xi :ки связанный в виде углеродистого железа),
кремний, серу, фосфор, марганец и пр.
Смотря по содержанию и свойствам углерода, различают б е л ы й
й се р ы й чугун. О различии между этими видами чугуна см. выше § 250.
§ 253. Из чутуна, отнимая от него большую часть углерода, получают
ковкое железо и сталь.
По способу получения различают литую и сварочную
сталь и литое и сварочное железо.
Процесс превращения чугуна в железо называется фришеванном.
Оно основано на выделении большей части углерода и других посторонних
примесей, преимущественно кремния, из чугуна посредством окисления.
Для фришевания употребляется исключительно белый чугун, содержащий
по возможности мало углерода, так как такой чугун ранее плавления де-
лается мягким, долго сохраняет жидкое состояние и поэтому представляет
большую поверхность действию окисляющих веществ; кроме того, химически
связанный в белом чугуне углерод сгорает легче, чем графит серого чугуна.
Получение сварочного железа через фришевание ведется: 1) в горнах
(немецкий кричный способ) и 2) в пламенных или отражательных печах
(пудлингование).
§_ 254. Фришевание в кричных торнах. Для фрпше-
ваяия употребляется белый чугун и.ти же серый, переработанный предва-
рительно на белую разновидность чугуна, так называемый отбельный
чугун; он сплавляется в четырехугольном, углубленном пространство
горна таким образом, чтобы плавящаяся масса подвергалась действию
дутья уже в сплавленном состоянии. Углубление горна выложено желез-
ными плитами; воздух вдувается ъ негр через сопло. Тоночпое пространство
наполняется горящим древесным углем, затем пускается в ход дутье, штыки
чутуна пододвигаются к углублению горна по море плавления чугуна
с передней стороны.
Полученная в горне крица проковывается под молотами, при чем
шлаки (жидкие) отделяются, и в конце концов получается продукт плот-
ного кристаллического сложения, твердый и тягучий, т.-е. хороших ка-
честв, что зависит от хороших свойств перерабатываемых чугунов, чистоты
§§ 2к—256
sKe.irjo и его соединения
313
др еп-то угля п от выделения шлаков. Кричное железо и сталь во многих
случаях может превосходить своими качествами другие сорта железа
и стали, но недостаток кричного способа заключается в его дороговизне;
угар железа, при нем доходит до 10% — 12%, расход горючего материала,
очень ценного, значителен, рабочей силы требуется много, и при вс i этом
процесс в высшей степени медленен: обрабои л крицы гл 6—ю пуд в про-
должается около 6 часов.
Ввиду всего этого кричным способ во многих местностях совершение
оставлен и заменен пудлингованием.
,§ 256. Пудлингование, фришевание в пламенных печах. В стра-
нах, в которых фришевание при помощи древесного угля, вследствие
высокой цены его, обходится слишком дорого, пользуются для этого
каменным углем. Но так как вследствие содержания серы в камен-
ном угле ЕС'бХ' Дсто избегать непосредственного прикосновения послед-
него с а . .. ... 1 а пламенными печами (пудлинговыми печами),
ла поде которых сплавляется чугун. Воздух, которым сожпгается углерод,
приводится в прнкг ва . О чугуном ш ремешиванлем сплавленной массы.
Перемешивание производится или от руки пли мешалками, приводимыми
в движение паровой машиной, или же наконец вращением вс и печи.
Вводимый вместе с пламенными газами кис. род.воздуха, действуя
на расплавленный чугун, образует закись—окись железа, которая отдает
свой кислород углероду чугуна и превращает его в окись углерода, торя-
щую синеватым пламенем. По мере сгорания углерода масса делается менее
плавкой, в ней образуются твердые куски железа, количество которых,
постоянно увеличивается; мешалками эти кускц. собираются вместе и слабо
свариваются; этим же достигается и отделение неизмененного чугуна, на
который продолжает действовать кислород пламенных газов.
§ 256. Получение литого железа и стали. Способ Бессемера. Спо-
соб приготовления стали, изобретенный Д. Вессемеромв Шеффильде
в 1856 году (б цссемерованпе, фришевание дутьем, пнев-
матический способ выделки стали) заключается в том,
что в расплавленцый чугун, непосредственно получаемый из доменных
печей или же переплавленный в пламенных или ваграночных печах, вду-
вается под сильным давлением воздух; требуемая высокая температура под-
держивается, без прибавления горючих веществ, горением кремния, марган-
ца и железа; образуется силикат закиси железа, растворяющий закись—
окись железа и действующий окислительно на углерод и другие посторонние
примеси почти так же, как и при других способах выделения угля.
Фосфор выделяется только при основном способе бессемерования,
сера выделяется в очень небольшом количестве, медь, нлкксль и кобальт
остаются в продукте. Окисление можно вести до образования кузнеч-
ного ж-е л е з а и превращать последнее в сталь, прибавляя чистый,
содержащий много углерода и марганца чугун (зеркальный чугун, фер-
ро-манган), или же окисление углерода не доводят до конца и останавли-
вают процесс на промежуточной стадии, в момент образования стали.
314
Железо и его соединения
§ 256
Вследствие энергического окисления процесс совершается гораздо
скорее, чем в горлах л пламенных печах; ;повременно с окислением крем-
ния сгорает у i ' углерода, блог ; ря имеющейся в реторте высо-
кой темпа-- ~ . L.-" х. . чугуна продолжается не более
10 — 20 мивут; фришевав.? такого ж>- количества чугуна немецким спо-
собом требует около 3 недель, в пудлинговых печах — 3 дней.
Рас. 120.
Лучшим материалом для бессемерования в ретортах с кислой
набойкой (кварц) является серый, содержащий марганец и кремний чугун,
с возможно меньшим содержанием серы и фосфора. При пропускании воз-
духа под сильным давлением в такой расплавленный чугун сгорает сначала
кремний и марганец с небольшим количеством железа и развивает такую
высокую температуру, что ее хватает на поддержание всей массы в жидком
состоянии впродолженпе всего дальнейшего процесса. Содержанием мар-
ганца, окисляющегося почти одновременно с кремнием, процесс несколько
затягивается; точно так же он замедляется в первый период содержанием
графита, который должен сначала перейти в химически связанное состояние,
как и при раффинировании чугуна, а затем только сгорает. В сортах серого
чугуна, содержащих много марганца, большую часть кремния можно,
невидимому, считать соединенной химически с марганцем. В белых сор-
тах чугуна, содержащих мало кремния и углерод, только химически связан-
ный, сейчас же начинается энергическое горение углерода вместе с железом1
и процесс идет еще быстрее, в ущерб полноте выделения посторонних ве-
§ 256
Железо и его соединения
315
рпно при содержании в чугуне
ществ; развиваемая температура оказывается недостаточною для удержания
массы в жидком состоянии, и получается густой сплав стали, перемешанной
со шлаками л не уплотняющейся при проковывании. Так как незначитель-
ное содержание серы вредит стали меньше, чем железу, то бессемерование
даст удовлетворительные результаты при употреблении хороших сортов
чугуна, выплавленного на коксе,
марганца, способствующего выде-
лению серы (но не фосфора).
Прибор бессемерования состоит
из реторты (конвертора) (рис. 120),
сделанной из котельного железа и
выложенной внутри огнеупорной
массой: реторта вращается на двух
горизешгалышх цапфах : i м -
ЩИ зубчат^!'? К".а : т. . . ; -
ВОДИТСЯ В ДВЛЖСН1
соединенными с поршнем гидр: -
влпческого пресса; ко дну реторты
приставляется воздушная камера,
пажи маемая на дно особым меха-
низмом при помощи гидравлической
силы; из камеры воздух входит в
реторту множеством мелких струй
через несколько сопл, каждое обык-
новенно с 49 или 84 отверстиями
(см. рис. 121).
Перерабатываемый чугун сплавляется в пламенных или ваграночных
печах и по желобу вливается, в количестве от з до 12 тонн, в реторту, пред-
варительно разогретую. После этого реторту приводят в первоначальное
положение и пускают в ход дутье, которое должно быть настолько сильно,
чтобы оно не пропускало в отверстие чугуна; воздух должен проходить
через чугун мелкими струями. В первый период процесса (период раффини-
ровамия пли образования шлаков) происходит окисление кремния, марганца,
н части железа, температура поднимается выше температуры плавления
железа, образуется шлак из кремнекислой закиси железа и марганца, и
графит, почти нс сгорая, переходит в состояние химического соединения.
Судить о ходе процесса можно лучше всего по характеру пламени, выходя
щего из горла реторты, по выбрасываемым искрами частицам содержимого,
ио отношению пламени к спектру и, наконец, по вынимаемым из реторты
пробам. В течение первых четырех минут пламени нет, в следующие две
минуты показывается небольшое заостренное пламя, чрез 6 — 8 минут
от начала процесса пламя делается неровным и сопровождается взрывами.
Спектр пламени сначала слабый, непрерывный,' образуемый искрами раска-
ленного металла; затем получается светлый спектр с мгновенно появляющи-
мися линиями натрия и, наконец, светлый спектр с постоянными линиями
натрия, красной линией лития и обеими линиями калия.
316
Железо и его соединения § 2з7
Взрывы указывают ва начало второго периода (период
извержения п к п п е и к я >. в. : чя к т рого углерод сгорает
на счет кпс;: ' - ' ' .л ак. в достаточном
количестве в предыдущий период. Вслодстме обильного и бурного образо-
вания окисп углерода масок вег:;. :г.- . шлака п же-,
леза с силою выбрасываются из юр.кт реторты. . ” 14 от начала
процесса этот второй период оканчивается, лачки;:' . т ; : й период
(окончательного фрйшевапия); <• гегорты пере-
стает вспучиваться, извержения прекращаются и. г: : татков угле-
рода, сгорает много железа. что заметно по выбрасываемому снопу искр;
пламя делается темнее п меньше. Исчезновение пламени и зеленой линии
окиси углерода, взамен которой появляется непрерывный спектр, указы-
вает на то, что весь углерод сгорел, горение же продолжается на счет же-
леза. Этот момент наступает через 18 — 20 минут: в реторте имеется .лишен-
ное углерода ковкое железо.. Если имеется в виду получение стали, как это
обыкновенно и бывает, следует четвертый период (обогащение углем). Дутье
останавливается, реторта наклоняется, и в горло ее вливают расплавленный,
богатый марганцем зеркальный чугуп или ферро-маиган в определенном
количестве, рассчитываемом по требуемому содержанию углерода в стали,
которую хотят получить. Реторта ставится вертикально, и содержимому
ее дают переметаться; для лучшего перемешивания можно на самое корот-
кое время пустить опять в ход дутье. После этого реторту опрокидывают,
и полученную сталь выливают в приемник, а из него при помощи гидравли-
ческого крапа в формы.
Прибавлением ферро-мангапа достигается не только увеличение со-
держания углерода, которого остается слишком мало в металле, но и боль-
шее постоянство состава получаемой стали, так как марганец окисляется
легче углерода и предохраняет последний от выгорания.
Способ Бессемера, при котором внутренняя футеровка кон-
вертора состоит из кремнекислых соединений, не может служить для очи-
щения чугуна от фосфора, и поэтому при нем приходилось употреблять
чугун, не содержащий фосфора, что, конечно, значительно ограничивало
применение этого способа. Но этот недостаток был устранен с введенном
основного способа бессемерования, предложенного английскими инжене-
рами Томасом и Джиль Христом.
§ 257. Способ английских инженеров Th о та з'а и G- i 1 s с h г i s t’a
получения литого железа и стали состоит в примсненпи к аппарату Бес-
семера вместо песчанистой кислой футеровки — футеровки основного
характера из обожженного доломита, MgCO3CaCO3, который при обжиге
переходит в MgOCaO. Вследствие этого изменения, при аналогичном ходе
процесса, кремний, окисленный в SiO2, как кислота соединяется с основа-
ниями футеровки, образуя нейтральный шлак. Поэтому окисленный фос-
фор чугуна, соединяясь с Fe2O3, образует фосфористо-железный шлак,,
который уже не разлагается кремневой кислотой, как это происходит в спо-
собе Бессемера, но, напротив, разлагается отчасти основаниями футе-
8 258-2,0
V
•Железо и его соединения
317
j _ ‘ : .как более сильными, чем Fea03), с поглощением ею фосфорного ангид-
I . и выделением окиси железа. Вследствие этого гораздо, меньше, железа
. рсходит в шлаки, и окись железа может быть в конце процесса восстано-
влена углеродом марганцовистого чугуна. Чтобы не портить дорого стоящей
футеровки, заставляя ее превращаться в фосфорнокислый кальции п маг-
ний, для того же действия, т.-е. поглощения Р? >5. j мм сэм-.-г процесса
вводят некоторое количество извести, образующей с РаО5 шлак, который
затем удаляется после выливания готовой массы.
Шлак этот иод названием томасшлака.в измельченном состоя-
нии, находит употребление в качестве фосфористого минерального удоб-
рения.
§ 25S. По способу Сименса-Мартена литую сталь полу-
чают растворением железа в расплавленном чугуне, при чем происходит
также выгорание углерода. Выделение углерода производится здесь илп
с помощью железных отбросов, или окиси железа, или . : . I и руды. •
Чугун сплавляется в пламенной печи Сименса, и затем прибавляется
через известные промежутки времени железный лом п т. и. до тех пор, нова
взятая из печи пр. 'а не бу. ? иметь волокнист-? п> строения ж-.-леза. Дтя
превращения последнего в сталь прибавляется определенное количество
чугуна.
§ 259. Цементная сталь. Цементная сталь приготовляется продол-
жительным прокаливанием полосового железа с углеродистыми веще-
ствами, часто содержащими некоторое количество азота. Для получения
нормальной цементной стали необходимо брать хорошее железо.
Операция приготовления цементной стали следующая: полосы железа
пересыпаются слоями углистого порошка (цементный порошок) в- глиня-
ных ящаках; эти ящики замазываются герметически и ставятся по два в
печь, отапливаемую каменным углем, реже дровами, и накаливаемую впро-
должение 1—2 недель до красно-калильного жара, после чего печи дают
охладиться и вынимают нз ящиков превращенные в сталь полосы. Два ящика
в печи вмещают до 15 тонн железа. Молекулярное действие выражается
в поглощении железом до 5 процентов углерода без плавления металла.
Цементная сталь получается с очень неравномерным строением и
поэтому ее'нельзя непосредственно подвергать дальнейшей обработке; для
того чтобы сделать сталь однородною, толстые полосы стали вытягиваются
в тонкие прутья, последние в раскаленном состоянии погружаются в воду,
соединяются по несколько штук в пучки, накаливаются до-бела и затем
снова вытягиваются под молотом или прокатными валами.
Цементную сталь чащо раффинируют переплавлением.
§ 260. Тигельная, литая сталь, нашедшая большое
применение для отливки пушек, колоколов, шин и т. п., получается
пер плавлением кричной и пудлинговой стали, мартеновской, бессемеров-
ской или цементной стали.
Сталь плавят в тиглях из'огнеупорного материала на коксе
или пламенем каменного угля в пламенных посудных печах, устроенных
318 Железо и его coeduwuva § 281
вроде газовых печен. Сплавленная сталь отливается в железные формы.
По охлаждении слнткп снова накаливаются и вытягиваются проковкой
или прокатыванием: обработанный таким образом металл н • нт название
ра ффинир ов ан но. й литой сталии считается г>< здо лучше
стали, полученной из того же железа свариванием сырой м<нтн<>н стали т).
§ 261. Кислородные соединения железа. Соли закиси и окиси железа.
Железо обладает большим сродством к кислороду; ; х на воздухе,
особенно влажном, оно покрывается ] оосгапц ' из вод-
ных окпслов я? .юза и солей угольной кислоты. Замечательно. что в с о-
р ш е н н о сухом воздухе п лишенном угольной кислоты железо не
ржавеет.
При высокой температуре железо, окисляясь, образует железную
о калину, состоящую из закис ь - о к и сн железа, Fe3O4.
Для железа известно два ряда соединений; соли закиси, FcO.
и окиси железа, FeaO3.
В солях закиси: FeCL, FeSO4, FeS, FeCO3 и т. п., железо д в. у х -
а т о мн о, в солях окиси: Fea(SO4)3, Fe(N03)3, FeCl3—оно т р е хат о м н о.
Соли закиси образуются при растворении железа в кислотах, напр.,
хлористое железо ЕеС12 получается при растворении железа в со-
ляной кислоте, сернокислая закись железа, FeSO4. 7НаО
(железный к у и о р о с)—при растворении железа в серной кислоте..
Соли закиси на воздухе, особенно в растворах, легко окисляются.
Закись ж слеза, FeO, получается при восстановлении окиси
железа окисью углерода и представляет черный порошок, легко окисляю-
щийся.
Гидрат дакиси железа, Fe(OH)a, получается в виде белого
осадка при прибавлении раствора едкой щелочи к соли закиси железа,
напр., к железному купоросу, FeSO4:
FeSO* + 2КОН = KaSO4 + Fe(OH)2.
Белый осадок закиси железа быстро зеленеет вследствие наступаю-
щего окисления; при дальнейшем действии воздуха он постепенно перехо-
дит в г и д р а т о к и с н ж е л е з а.
2Fe(OH)a + НаО + О = Fea(OH)(S.
Соли закиси железа, хлористое железо, FcCla, сернокис-
лое (ж е л е з н.ы й купорос), FeSOt, и др., очень легко, особенно
в водных растворах, окисляются и переходят в соли окиси. Еще легче такой
переход совершается под действием о к и с л и т с л е й, напр., азотной
кислоты и т. п. Отнимая кислород от других соединений, соли закиси
железа являются восстановителями.
В последнее время все более и более распространяются различные способы выплавки чу-
гуна в электрических печах, что дало возможность приготовить многие цепные сплавы, как-то:
1) сплав железа с 23% винкеля, не намагничивающийся и не ржавеющий на воздухе, 2) с 30% Кин-
келя — обладающий очень малой электропроводностью. 3) с 45% — расширяющийся от нагре-
вания в 20 раз менее, чем обыкновенная сталь, его коэффициент расширения не более такового
для стекла и т* п.
§261
Железо и его соединения
319
О действиях их, как восстановителей,- на соли окиси золота
см. ниже § 270,
X пористое железо, FeCl2, получается при действии на же-
лезо при высокой температуре хлора (железо при этом горит) в виде би цвет-
ных чешуек, при дальнейшем действии хлора и р х ыятггх д пла-
стинки хлорногожелеза FcCl3 ила F-.-j
Водный раствор хлористого же л -за, FeCla, и лучается
прп растворении железа в соляной кислоте. Хлористое железо, соединяясь
с NaCl, КС1, образует соединения состава K2FeCl4, Na2FeCl4M т. и.
Сернокислое железо, железный купорос FeS047H20
выделяется из водных растворов в виде зеленого цвета кристаллов.
Прп нагревании он .v пот теряет 6Н2О и переходит в белый порошок.
Последняя частица г ды удерживается очень прочно.
Об изменении его при более сильном нагревании см. § 92, стр. 101.
Окись . Г . —ОТур..-красный коровок, получаю-
щийся при прокаливании гидрата окиси железа. РОДОВ)*.
В природе она встречается в виде руд — ж л з н о г о б леек а,
красной железной руд ы и др. Г зютдная окись железа, полу-
чающаяся при добывании и о р д г а у з е п с к о й с ордой кпс л о-
т ы (см. § 92), составляет дешевую красную краску -я ум и ю или
к о л к о т а р.
Гидрат окиси железа, Fea(<?H)e, выделяется в виде красно-
бурого осадка при действии едких щелочей на соли окиси железа.-
FeaCle + 6КОН = 6КС1 + Fe2(OH)6.
При нагревании гидрата окиси железа выделяются частицы воды
и получается ряд ангидро-гидратов: FeaO2(OH)2, Fea0(0H)4.
и т. д. Многие железные руды являются подобными ангидро-гидра-
тами, напр.. г э т и т, ро2О(ОН)а, бурый ж е л е з н я к, Fe403(0H)e>
болотная руда, FeaO(OII)4, и т. д.
Известен также растворимый гидрат окиси железа.
Если растворить свежо осажденный гидрат окиси железа в растворах
хлорного железа или уксуснокислого и такой раствор подверг-
нуть диатазу (см. § 170, стр. 19б), то соль железа продиффундируёт через
перепонку диализатора, а в последнем получится раствор водной окиси
железа: ок очень нестоек, при прибавлении капли кислоты или щелочи
из него выделяется студенистый осадок гидрата окиси железа.
При действии на окись железа пли ее гидрат различных кислот полу-
чаются соответствующие последним соли окиси железа, напр.,
Fc2CJe, Fea(S04)3 и т. п.
Соли окиси при действии восстановителей (напр., водорода in statu
nascendi, сероводорода) легко переходят в соли закиси. При пропускании
в желтый раствор хлорного железа сероводорода выделяется сера, а раствор
принимает светло-зеленую окраску соли закиси, железа:
Fe2Cl« + HaS = 2FeCl2 + 2НС1 + S.
32Q
Железо и его соединения
При действии сернистого аммония, (NH4)aS, на с окиси железа
(напр., па Гпоследние сперва переходят в соли киси, из кото-
рых обменным разложением получается сернистое ж . FeS, в виде
черного осадка:
1) Fea(SOJ3 + (NHJ.S = 2FeSO4 + (XIIp.' ; - S.
2) 2FeSO4 + 2(NH4)2S = 2FeS 4- 2(XH; ><•...
X л о p н о e ж e .- F .. ... , - - стоянии
прп депсп . . .. , шести-
гранных чешуек с металлическим блеском. Прп растворении окиси железа
в соляноВ кислоте получается раствор хлорного железа, отчасти подверг-
.шегося гидролитической диссоциации (ср. отношение
к воде А1аС16, § 228, стр. 284).
FeaCle 4- 6НаО = Fea(0H)6 + 6HCI.
При выпаривании л охлаждении раствора получается желтая кристал-
лическая масса состава FeaCIe . 12НаО, растворимая не только в воде,
но и спирте и эфире. При нагревании она разлагается на хлористый водо-
род, окись железа и безводное хлорное железо.
Хлорное железо гораздо постояннее в виде двойных с •лей, которые
оно образует с хлористым калием, аммонием: Fe2Cl6.4КС1 . 2Н2О-
Железная кислота, HaFeOa, аналогичная марганцовистой
и хромовой, в свободном состоянии не известна. Калиевая соль этой
кислоты получается при пропускании хлора через раствор едкого кали,
ъ котором размешан гидрат окиси железа:
Fea(OH)e + ЮКОН + ЗС1а = 2K2FeO4 + ?НаО + 6КС1.
Получается красный раствор, из коего выкристаллизовывается ка-
лиевая соль.
Последняя получается также при нагревании смеси железного порошка
с двойным количеством селитры, мри чем происходит настолько значитель-
ное выделение тепла, что масса раскаливается.
Все соли железной кислоты—соединения нестойкие и, легко подвер*
таясь гидролизу, переходят в соединения окиси железа.
§ 262. Сернистые соединения железа. О д н о с е р п и с т о е же-
лезо, FeS, получается при прямом соединении серы с железом при
действии сернистого аммония на соли железа.
Полугораосернистое железо FeaS3, встречающееся в природе в соеди-
нении с сернистой медью, соответствует окиси железа.
Двусернистое железо, FeSa, встречается в двух видоизменениях:
1) пирита или серного (железного) колчедана и
2) марказита (лучистого колчедана). Последний отли-
чается от пирита тем, что гораздо легче окисляется на воздухе.
Железо и его соединения
: 263. Синеродистые соединения железа. Е?ли в раствор соли закиси
.. и железа прилить цианистого калия, то получаются белые осадки
яеродпстых соединений Fe(CN)a и Fe(CN)3:
FeSO4 + 2KCN = Fe(CN)a - K2SO,
FeaCle 4- 6К1 X = ’У . - С К1'
Эти соединения быстро пзм няются па воздух.-. При пр:ливании
избытка цианистого калия они растворяются, ибо при этом образуются
знойные синеродистые соединения: 1) железистосинеродистый
калий (желтое с и и ь к а л и), K4Fe(CN)6, и 2) ж е л е з о с и н е-
подпетый калий (красное синькали), K3Fe(CN)e.
Fe(CN)a + 4KGX = FeCyeK4
Г 1 Х)3 -f- ЗКСХ = F CyeK3.
Группу CN изображают также
В этих синеродистых соединениях атом железа облад иными свой
чек в д| х вонях окпсп н закпсп женена: при действии кислот
оп не замещается атомами : рода» рые становятся па место атомов
калия, при чем получаются: 1) ж л е з и с т и в о д о р о д п а я. H4FeUye,
и 2) .железоводородная, H3FeCy6. к и с л о т ы.
Эти кислоты напоминают до некоторой степени галолдоводородные, и
в них группа (или радикал) FeCye играет роль элемента: в
ж елезистосинеродистом калии она четырехатом-
па (FcCye)1^. а в железосинеродистом калии—трех-
j томна, (FcCy$)lir.
Соли, подобные вышеописанным, носят название комплексных;
они отличаются от двойных (см. выше § 229, стр. 286) тем, что
в водном растворе они распадаются на другие ионы, чем обе соли, из
коях они образовались: так, железистосинеродистый калий распадается
+
па попы: калия 4(К) и чегырехатомный ион (FeCye)ir, а железосине-
+
родистый калий на ионы ЗК и ион (РеСуе)1П,
Между комплексными солями и такими двойными солями, как квасцы,
существует ряд солей, представляющих переход от одних солей к дру-
гим, так как образуют одновременно и комплексные ионы, и обыкновенные,
в различных пропорциях.
Железистосинеродистый калий может получаться
также при растворении железа в растворе цианистого калия:
Fe + бКСу + 2НаО = FeCy6K4 + 2 КОН + На.
В больших количествах он приготовляется прокаливанием обуглен
яых животных отбросов (крови, рога, копыт и т. п.) с поташом и железом.
Он называется также желтой кровяной солью; из раство
ров получаются кристаллы состава K4FeCy« • 2НаО.
Каблуков. Неоргаяя,еожая химия 21
h
.??? i~lUKK.fi t.b V VOQC JbiH 263 25^?
Железист оси передистово д а родная кислота, U4FcCyG,
белое кристаллическое тмо, растворимое в воде и спирте. Оно легко по-
глощает из воздуха. кислород и, выделяя спнильиую кислоту, переходит
в соль окиси железа, так называемую берлинскую лазурь.
H4FeCy6. Fe4(FoCyf^.
Желе зист о сине р о *.
дистоводородпая ки- Берлинская . • <
слота.
Я дезпстосинеродастый калпй, вступая в обменное разложение с
солями тяжелых металлов, дает различна окрашенные осадки. Из них
мы оста] мся на с о л и о кпс и ж с л е з а елезистоснн е-
родистоводородной кислоты или берлинской л л -
зурн, Fe4(FeCye)3.
Это соединение в виде синего осадка получается, если к раствору
соли окиси железа прилить раствор желтой соли, К4РеСуа:
2Fe3Cle + 3K4FeCy0-— Fe4(FeCy6)3 + 12КС1.
Берлинская лазурь нерастворима в воде и употребляется как краска .
При действии едких щелочей получается гидрат окиси железа и желези-
стосинеродистый калий:
Fe4(FeCy6)3 + 12КОН = 2Fc,(OH)e --- 3K4F Су6.
Ж е л е з о с п и е р 6 ди ст ы й калий (красная кров я-
нал соль, соль Гме л и и a), K3F Сув, получается при действии
хлора на желтую кровяную соль:
K4FeCye + Cl = K3FcCye + KCL
Из раствора получается в виде больших темно-красных кристаллов -
Железосинеродистоводородная кислота, H3FeCye
желтое кристаллическое тело.
Соль закиси железа железосинеродистовод о-
родной кислоты или Т у р и б у л е в а синь, Fe3(FeCye)a.
получается при действии красной кровяной соли на соли закиси
железа..
3FeSO4 + 2K3FeCy6 = Fes(FeGye)2 + 3K2SO4.
Турнбулева синь в воде нерастворима.
Кобальт, Со = 58,97. Кинкель, Ni = 58,68.
Кобальт плав. ок. 1500°. Уд. в, 8,5. Никкель плав. ок. 1500''..
Уд. в. 8,8.
§ 264. Никкель, Ni, и кобальт, Со, близки между собой по хими-
ческим свойствам и сходны также во многих отношениях с железом. Но для
них гораздо постояннее соединения, отвечающие закисным соединениям
железа; так, напр.; закись никкеля NiO и Со О, сернокислые соли*
NiSO47HaO, Со8047Н20; хлористые соеедвнения: NiCl2 и СоС12 и т. д.
2j-ia Никкель и кобальт 323
Соединения закиси никкеля имеют п ' иыпей части зеленый цвет,
а кобальта:—розовый или синий.
Кроме соединения закиси для них г . /.ни соединения окиси R>303,
а. также R3O4 (где R = Ni, (.’• - .- ;.теза.
Соли, соответствуют ; янны. а окись пин-
келя солей не даст.
Ппккель нс изменяется нод влиянием воздуха, вследствие чего его
наносят тонким слоем на другие металлы для предохранения их от вред-
ного влияния воздуха. Ппккель употребляется кроме того в виде спла-
вов с другими металлами; германские никкелевые монеты содержат 25%
никкеля и 75% меди, мельхиор есть сплав меди, цинка и никкеля.
Кобальт, между дрочим. с. ...„/г для приготовления синей краски
(стеклянного сплава), называемой ш м а л ь т о й.
j Из <хмнй кобальта 1 . i <Гр истый к <>-
< а л ьт С"С!2. В безводном состоянии эта с< га, такого же
цвета ее спиртовые растворы. Водные pat : -- и из
них выделяются розовые кристалл’ С *• ’ . ... нагрева-
нию см. § 193).
2) Двойная соль азотистокислых калия л кобальта K3<’'"(NO2)6H2O
получается в виде желтого кристаллического осадка, при действии на
крепкий раствор уксуснокислого1 кобальта азотистокислого калия.
При прибавлении хлорноватистокислого калия к раствору закисной
соли кобальта осаждается черный по’рошок гидрата окиси кобальта Со(ОН)э.
При осторожном прокаливании получается окись кобальта Со2О3, а при
более сильном закись окиси кобальта Со304. На холоду окись кобальта
растворяется в соляной кислоте, но при нагревании раствор выделяет
хлор. Известны также сернокислая окись кобальта Со^ЗО^з и кобальто-
вые квасцы.
Характерной особенностью кобальта является способность образо-
вывать разнообразные комплексные соединения. Подобно железу он обра-
зует кобальтосинеродистый калий K4Go(CN)6 и кобальтисииеродистый ка-
лий K3Co(CN)6.
Из последней соли действием кислот выделяется очень прочная ко-
бальтисинеродистоводородная кислота H3Co(CN)e.
С аммиаком окисные солп кобальта образуют целый ряд сложных
соединений, известных под названием кобальтиаков. Примером их
мотут служить лутеокобальтиаков ые соли формулы [Co(NH3)e]X3
где X = 01,Вт. NO3 и т. п. Ha-ряду с хлористым лутеокобаль-
т и а к о м [Co(NH3)e]Cl3 существует хлористый пурпуре о-
к о б а л ь т и а к [Co(NH3)5C1]C12. В водном растворе первой соли нахо-
дятся ионы [Co(NH3)e]+++n ЗС1—второй же—[Co(NH3)5C1]++h 2С1.— .
Цюрихскому профессору Вернеру, создавшему так наз. коорди-
национную т е о р и ю, наука обязана разъяснением строения ко-
бальтиаков а также и других сложных соединений платины и т. п.
334 Металлы платиновой гриппы §§ 2Е4в, С—265
Из русских ученых много пораб тал в этой области безвременно
окончавш: ?'я в 1-2 г. m :ор ,1. А. Чугаев.
§ 264b. Из соединении в и к к е л я укажем па карбонил
н и к к е л я, NifCO)*, жидкость, кипящую прп 43° и разлагающуюся со
взрывом при 60°. Зажженный горит на воздухе коптящим пламенем. По
лучается карбонил нпккеля при пропускании окпси углерода при обыкно-
венной температуре над свеже восстановленным порошком нпккеля:
Xi - ICO Xi(CO)4.
Реакция обратима, при чем повышение температуры влечет разло-
жение Ni(CO)4 на составные части. Свинствами карбонпла нпккеля можно
пользоваться для извлечения нпккеля из руд помощью окиси углерода.
Полученный по этому способу металл отличается большой чистотой
(99,9% Ni).
Кобальт не образует подобного рода соединений, для железа известен
пент акарбонил железа Ре(СО)5, получающейся при пропу-
скании окиси углерода над порошковатым железом при обыкновенной
температуре. Fe(CO)s—желтая жидкость уд. в. 1,47, кипит при 103°. От
действия света выделяет золотистые кристаллы состава Fea(CO)9. Послед-
нее вещество разлагается при нагревании с образованием вновь Fc(CO)s,
желаза и окиси углерода.
§ 264с. Опыты В. II. Ии I , иi3;i.-in, что при действия
водорода при высоких давлениях (до юо атмосфер и выше) и темпера-
турах (до 168°—236°) на водные рзстверы уксуснокислых и хл-рйетых
солей нпккеля и .кобальта выделяются соответствующие металлы. Ре-
акция не доходит до конца и является обратимой: МсС1й -j- На Me -f- 2НС1;
Me = Ni, Co.
Группа платиновых металлов.
§ 265. К восьмой группе принадлежит, кроме железа, н и к-
келя и кобальта, еще рутений, R п, родий. Rb, пал-
ладий, Pd, осмий, Os, иридий, 1г, платина, Pt. Послед-
ние шесть металлов образуют группу платиновых металлов, которые под-
разделяются на две подгруппы:
1) Легкие платиновые металлы:
Атомный в. Ku = 101,7 R11 = 102,9 Pd = 106,70
Уд. в. 12,26 12,1 11,5
Темп, плавления 2300*. 1940° 1550®
и 2) .тяже дне платиновые металлы:
Атомный в. Оз — 190,9 1г = 193,1
Уд. в. ' 22,48 22,42
Темп, плавления 2700° ' 2300®
Pt = 195,2
21,5
1755°
Палладий 335
К к видно из таблицы, обе подгруппы довольно резко различаются
по атомным и удельным весам.
Они представляют переход от металлов VII группы к элементам
I группы. В химическом отношении рутений и осмий — по своей способ-
ности образовать высшие кислотные окислы— подходят более к жетезу
и марганцу: они образуют следующий pin окислов:
OsO Оз2О3 OsOt ОзО4
Закись осмия. Окись осмия. Двуокись »смпя* Ос*: .• и ангидрид.
. RuO Ru?O3 RuO 2 RuO4
Закись рутения. Окись рутения* Двуокись рутения* Рутениевый ангидрид.
Хотя ангидриды состава OsO3 и RuO3 не получены, но известны
соли соответствующих кислот: о с м и с т о й, Н2ОзО4, и р у т е н и-
с т о й, H2RuO4.
родий п иридий, подобно кобальту, не дают кислородных окпслов,
для них известны только окислы типа: RO. RO*и 1;л>3. где R = Ir, Rh.
Платина и палладий дашт я . рактером. пх
закис с единения (RO) являй. . ... чем окисные
R03.
§ 268. П а л л дий—а ребристо-белый металл, плавящийся при 1ББО*.
Он похож на платину. Самос замечательное свойшво его заключается в
способности поглощать большие количества водорода: накаленный палладпй
поглощает до 940 объемов водорода, или около 0,7% по весу его; при этом
палладий сохраняет металлический вид, но объем его увеличивается на.
1/10 часть. Состав такого водородистого палладия нельзя
считать установленным: ему приписывают формулу Pd3H2, хотя можно
рассматривать такой водородистый палладий, как сплав палладия и соеди-
нения состава Pd2H.
Еще лучше происходит поглощение водорода палладием, если по-
следний служит катодом в сосуде, где происходит электролиз разведен-
ной серной кислоты.
Водородистым палладий на воздухе и в безвоздушяом
пространстве обыкновенно не разрушается, по иногда на воздухе про-
исходит сгорание водорода в воду. Особенно быстро происходит его
сгорание, если палладий нагрет до 100°.
На многие тела водородистый палладий действует восстановительно:
соли окиси железа, напр., переводит в соли закиси нт. л. При нагрева-
нии водородистый палладий выделяет водород.
Раствор коллоидального палладия (см. ниже § 267) обладает способ-
ностью поглощать водород в еще большей степени: 1 объем раствора, со-
держащего 50% палладия, может поглощать до 3000 объемов водорода.
С помощью такого раствора можно непредельные органические соедине-
ния (см. ниже) переводить в предельные.
Из соединений палладия наибольшей прочностью об-
ладают соли закиси PdO.
326 Платина § 267
Хлористый палладий. PdCL, образуется при прямом
действия хлора на палладий, а такж получается по и •парения раствора
палладия в царск-'й. во:: : в виде бурой массы, раенлываюш* лея на воздухе.
С хлористым калием образует двойные с»ли PdCl2.2КС1.
При растворении палладия в царской водке, при избытке последней
образуется раствор п а л л а д и е в о х л о р о в о д о р о д и о й кислоты
H2PdCle, из которого, прп прибавлении хлористого калия, осаясдаются
красные кристаллы, K2PdCle (ср. с хлороплатинатом кал;:я. § 267).
С аммиаком палладий подобно кобальту, родию и и: 1 образует
ряд сложных амметппвых л;::? н: ;:.
§ 967. Платина представл т рыв металл, плавящийся
при 1750е.
В накаленном состояния она, подобно палладию, способна погло-
щать водород (3,8 объема.).
Платина способна сгущать на своей поверхности не только водород,
йо и кислород и другие газы: особенно это легко можно заметить на п ла-
ги но в о й черни (см. §§ 37, 90, 101 п др.),,которая получается в
виде очень мелкого порошка при кипячении раствора хлорной пла-
тины, PtCI4, с содой и сахаром.
При прокаливании так называемого хлороплатината-
аммония, (NHJjPtCle, получается губчатая платина, в виде
пористой губки.
Как губчатая и л а т и н а, так п платиновая чернь,
обладая большой поверхностью (при небольшом объеме), могут поглощать
большие количества газов, при чем последние при сгущении разогреваются.
Наиболее тонко раздробленную платину можно получить распыле-
нием ее под водой при помощи вольтовой дуги; при этом образуется темно-
бурый коллоидальный раствор, способный производить такие яге ката-
литические действия, как и губчатая платина: такой раствор, напр., уско-
ряет разложение перекиси водорода на воду и кислород (ср. § 56, стр. 63).
Шатина не изменяется от действия кислот: она растворяется только
в царской водке (см. § 110, стр. 120).
При выпаривании такого раствора получаются кристаллы двух-
основной пи атинохлоров од сродной кислоты, HjPtCle.2H2O.
При замещении водорода кислоты металлами получаются хлоро-
платинаты, напр., KjPtCle, Na2PtCl6, (NH4)aPtCl6 и т, д.
На нерастворимости платины в кислотах и ее тугоплавкости осно-
вано ее применение в химической и заводской практике для изготовления
тиглей, реторт, чашек и т. п. Но для этой цели употребляют не чистую
платину, а ее сплав с иридием — иридистую платину, от-
личающуюся еще большей стойкостью.
Для платины известны 2 ряда соединений: 1) з а.к и с и, PtO, и
2) окиси, PtO2.
< 267 Платина 327
Хлористая платина PtCl2. (двухлпрпстая платина) получается
л накаливании до 200°—хлорной платины PtCl4. При нагревании с
дким калием образуется гидрат закиси платины Pt(OH)2.
Хлорная платина, PtCl4 (четыреххлорпстая), образуется
в виде желтых кристаллов прп осторожном нагр ваяли плапшох от в о-
дородной'кислоты в токе хвора. Она легко растворяется в воде.
Гидрат окиси платины, Pt( .. 4 ::р, .-бурый осадок,
получается при прибавлении к раствору хлорной платины сперва едкого
кали, а затем уксусной кислоты. Он обладает также кислотными свойствами,
ибо растворяется' нс только в кислотах, но и в щелочах, образуя соли,
напр., платинобариевую, Pt(OH)2(OaBa)3HaO.
Платима и ее аналоги, подобно железу и его аналогам, кобальту п
никкелю, способны образовать сложные аммиачные и синеродистые со-
ли пения.
Если хлористую платину. PtCl> в воде н: ictb >римую, прибавлять
к раствору синеродистого кали;-.. К..'. . .. г и хвое раствор .
и по испарении раствора выделяются кристаллы пати носине С"-
ди ст о го калия, KaPtCy4. зН. .
Из этой соли обменным ра.зл<>же:шем м гуг быть Получены другие
соли, яапр., если прилить к ее раствору азотнокислого серебра, AgNO3,
го получится белый осадок платиносинеродистого серебра,
AgaPtCy4.
Платиновосинеродистый барий, BaPtCy4. Н2О, кри-
сталлизующийся в больших ромбических кристаллах, имеет большое при-
менение при опытах с Рентгеновскими лучами: если нанести на бумагу
слой платиновоснперодистого бария, то Рентгеновские лучи, попадая на
такой экран, становятся видимыми, ибо под влиянием их штативов осине-
родистый барий флюоресцирует.
Платиновосинеродистоводородная кислота,
HaPtCy4, кристаллизующаяся из водных растворов золотистыми иглами,
может быть получена из AgaPtCy4 при действии на него сероводородом:
AgaPtCy4 + HaS = AgaS -J- H2PtCy4.
ГЛАВ А XVI.
Медь, Си = 63,57. Серебро, Ад =107,88. Золото. Аи = 197,2.
Вее эти металлы представляют собой переход от VII ко II группе
периодической системы элементов. В природе встречаются как в свободной
состоянии, так и в виде многочисленных руд.
§ 268. Медь. Из руд меди наиболее распространены: красная
медная руда, СиаО (безводная закись меди), модный б л е с к,.
Cu2S, медный колчедан, CnFeS2, малахит, 2СиСО3 . Са(ОН)2-
и медная лазурь, CuC03. Си(ОН)2.
Получается медь из ее кислородных руд накаливанием их с углем.
Сернистые же руды меди окисляются в сернокислую медь, CuSO4, легко-
растворимую в воде, из раствора которой мель выделяют при помощи
железа. При опускании железа в раствор медных солей медь выделяется,
а железо переходит в раствор:
CuSO4 + Fe = Си + FeSO4.
В последнее время довольно распространен электролитический способ
добывания меди.
В свободном состоянии медь представляет красный металл, уд. в..
8,9, плавящийся при 1083®.
Медь имеет большое применение: в листах для котлов, в гальвано-
пластике и т. п. Она входит в состав многих сплавов, легко образующихся
прямым сплавлением (см. выше § 185, стр. 224).
В сухом"' воздухе медь не изменяется, но во влажном — от действия
кислорода воды и угольного ангидрида — она покрывается слоем зеленой
основной углекислой меди СиСО3 . Сп(ОН)а. При прокаливании на воздухе
медь легко окисляется, переходя сперва в закись меди Сп2О, (красную),
а затем в окись меди, СнО (черную).
Медь даст два ряда соединений: 1) соединения закиси меди,
Си20 и 2) соединения окиси меди, СнО.
Закись меди, Сп2О, может быть получена из хлористой меди,
Си2С1а, при нагревании последней с едким кали или натром.
При действии холодного раствора щелочи образуется гидрат закиси.
§ 268
Медь
329
меда, Cu(HO)1), но последний при нагревании даже в водном растворе те
ряет элементы воды и переходит в Си2О.
Си2С12 + 2КОН - 2КС1 + Сп2(ОН)2
Си2(ОН)2 = СнаО + НгО.
Закись меди, Сн2О, встречается в природе в виде красной мед-
ной руды, кристаллизующейся _ щ ых .кт '"У х. Она полу-
чается в виде красного порошка при нагревании водного раствора медною
купороса, CuSO4, с виноградным сахаром в присутствии винном кислоты
и едкого кали и натра: виноградный сахар при этом окисляется на счет
кислорода, выделяющегося из окиси меди. Раствор медного купороса,
едкого кали или натра и винвокаменнокислого калия плп натрия носит
название «Ф ллипговой жидкости я утщт! .-бляется для количественного
определения виноградного сахара.
(Jк, с _ . _ " ’ . - • _ _ ...
при накаливании недрах опилок на воздухе, а . ... три раз . .
азотнокислой меда, прп нагревании гидрата окнеп меди (см. § 1S7. стр. 226).
Гидрат окиси :[. (ЭДОН)* получается в виде голубою
осадка при действии едких щелочей в i _.< окиси меди, напр., на серно-
кислую медь CuSO4 (см. § 187, стр. 226).
Гидрат окиси меди растворяется в аммиаке. Аммиачный раствор окиси
меди (реактив Швейцера) темно-синего цвета, обладает способ-
ностью растворять клетчатку.
Гидрат окиси меди, Сп(ОН)2, —слабое основание. Это обнаружн
вается в том, что водные растворы его солей окрашивают лакмусовую бу-
магу в красный цвет. Здесь наблюдается то же явление гидролитической
диссоциации, что и для солей алюминия, железа, хрома и др.
Соли окиси меди получаются прп действии на нее различных кислот
о действии серной кислоты на медь см. § 89, стр. 96, азотной кислоты —-
СМ. § 110, стр. 120.
О медном купоросе CuS04.5Н3О см. § 28, стр. 33, § 193, стр. 234.
Азотнокислая медь, Cu(NO3)a. ЗН20, выделяется из рас-
твора в синих кристаллах. Ее нельзя получить без кристаллизационной
воды, ибо при нагревании она теряет одновременно и воду, и часть элемен-
тов азотной кислоты.
Основная азотнокислая медь, Cu(NO3)(ОН). Сн(ОН)2,.
получается при нагревании раствора азотнокислой меди с углекиелгй
медью.
Интересное явление наблюдается, если завернуть несколько влажный
кристалл азотнокислой меди в лист олова (станиоль): олово быстро раство-
ряется, и выделяются бурые пары окис лов азота.
9 Гидрат закиси меди получается де вполне чистым, но содержит в себе различное коли-
чество водорода и кислорода.
330
Серебро
§§ 268а —269
С такой слабой кислотой, как угольная. м<дь образует только основ
цые соли, которые получаются при действии углекислых щелочей на рас-
творы СОЛИ У
О малахите и лазури см. выше _.р. 328.
Медь образует два ряда хлористых г диненпй, хлористую или полу-
хлористую медь, СпаС1а (или CuCl) и хлорную (дву хлористую), СиС12.
Хлористая медь, CuCl — белый кристаллический порошок,
на воздухе быстро синеющий, нерастворимый в воде, растворяющийся
в крепкой соляной кислоте: она получается прп кипячении раствора хлор-
ной ме ти в в; *• тыти • ’ . ’ и соляной кислоты:
С tCl, : nHCl + Си - Сил . — пНС1.
При прибавлении воды к такому раствору выпадает белый порошок
СиаС12. . . - г
Безводная хлорная м е д ь, СиС12, в виде желто-бурого по-
рошка образуется при горении меди в хлоре. Водный же раствор ее, смотря
по концентрации, обладает или синим (разведенный раствор) или зелеиым
цветом (крепкий). Водный раствор получается также при растворении
окиси меди в соляной кислоте, при выпаривании раствора выделяются зе-
леные кристаллы состава СиС12. 2НаО.
При нагревании кристаллы эти теряют вместе с водой элементы соля-
ной кислоты и получается хлорокись меди, Cu2OCI2.
§ 268'.. Всдчзэ.т при высоких делениях (25—100 атмтофер) п
темпер .турах (дз 100°) на с ла меди [Cu(NO3)2 и CuSOJ вытесняет из
них металлическую медь в виде кристаллов, нередко весьма напзми-
ягющпх кристаллы саморсдаой меди (В. Н. Ипатьев).
§ 269. Серебро. Оно встречается или в самородном состоянии, или
в виде серебряного блеска, Ag3S, рогового серебра,
AgCl и др. .
Для того, чтобы серебро выделять из его сернистых соединений, их
накаливают с поваренной солью, NaCl, при чем серебро переходит в нерас
творимое хлористое серебро, AgCl, а натрий соединяется с серой. Благо-
даря своей нерастворимости, хлористое серебро легко отделяется от рас-
твора и затем помещается во вращающиеся бочки, куда наливается вода
п кладется также измельченное железо. При вращении хлористое серебро
приходит в тесное соприкосновение е железом, которое отнимает от него
хтор и освобождает серебро;
2 AgCl + Fe = 2Ag + FeCI2.
Серебро извлекается ртутью, с которой опа дает амальгаму. Нагревая
амальгаму в железных ретортах, ртуть отгоняют, а в ретортах остается
серебро.
Большое количество серебра добывается из свинцового блеска
PbS. Свинец, добытый из этой руды, содержит всегда некоторое количество
§ 268
Серебро
331
. ребра, которое выделяют по способу Натансона (см. § 183..
Стр. 221).
Сплав свинца с серебром, который остается по извлечении свинца
по способу Патпнсона. подвергают накаливанию в отражательных печах
с иодом из рухляка; в печь постоянно вдувают воздух. Свинец прп этом пе-
реходит в окись (глет), которая в виде с -я вы.ь г<-я к чу. "
собирается под жидким гл, ".
Химически чистое сер ” . . 1?.'. л . при 962°.
в пламени гремучего газа оно может перегоняться. Пары серебра — зеле-
ного цвета. Ковкость и вязкость его очень значительны: серебро можно вы-
ковать в листы 0,002 миллиметра толщиной. Оно может быть вытянуто
в проволоку такой толщины, что 1ji километра проволоки весят всего один
грамм.
Серебря1: .я iq • •. в 2 миллиметра г >ываетсл от тя-
жести в 20 кил-гр мм
Кроме обыкновенного серебра, в воде не растворяющегося, известно
еще его растворимое видоизменение: для получения последнего
можно брать 900 куб. си. 10%-ного раствора азотнокислого серебра AgN03
и сразу прибавлять к н-му см сь £: . _'. з - '0-: _ распюр F Stq
с 200 куб. см. лпмонпокне: • го натра: пр • -м н у ••тея л (левый осадок,
который промывают раствором а з о т н о к и с л о т < • а и иония NH4NO3,
а затем растворяют в воде; получается красный, вполне прозрачный рас-
твор, который от малейших примесей различных веществ выделяет раство-
ренное в нем серебро.
Такие же коллоидальные растворы серебра образуются, если, погру-
зивши в воду серебряные электроды, получать между ними вольтову дугу.
Кроме этого видоизменения серебра известно еще золотистое.
Серебро с кислородом не соединяется даже при нагревании: расплавлен-
ное серебро поглощает кислород (до 22 объемов), но при застывании выде-
ляет вновь,
С галоидами оно соединяется легко. В сероводороде оно чернеет вслед-
ствие образующегося сернистого серебра Ag2S.
О действии азотной кислоты см. § 110, стр. 120.
Концентрированная серная кислота при нагревании разлагается
серебром, причем получается сернокислое серебро Ag2SO4, и выделяется SO2.
Окись серебра, Ag20, получается при действии на раствор
азотнокислого серебра едкого кали пли едкого натра, см. § 187, стр. 226.
Окись серебра—темно-бурый порошок, нерастворимый в воде. В ам-
миаке она, подобно окиси меди, легко растворяется.
Окись серебра растворяется немного в воде (1гр. в 2,6 литрах) и такой
раствор гидрата окиси серебра Ag(OH) обладает сильными щелочными свой-
ствами: окрашивает лакмус в синий цвет, из растворов солей таких метал-
лов, как Bi, Zn, Си, Hg, Fe, Со, Сг, Al, осаждает гидраты окисей,
Черная перекись серебра Ag202 получается на серебряной
пластинке при действии сзона.
332
Золото
§§ 269 270
Из солей окиси серебра наибольшее применение имеет азотно-
кислое с е р е б I» о, AgNO3, или так называемый ляпис (или адский
камеи ь); эта соль, имеющая большое применение в ф лографии, приго-
товлении З' рка.1 и г. п.. кристаллизуется в бесцветных и прозрачных, не-
измепяющихся на воздухе, пластинках. Она плавится при 218° и застывает
в волокнисто-кристаллическую массу. Легко растворяется в воде. Из вод-
ного раствора ее от действия многих органических вен:’ тт. папр., вино-
градного сахара, она легко выделяет металлнЧ' сю серебро.
Если к раствору азотнокислого серебра прибавить амм:: кч и немного
едкого калия, а затем виноградного сахара пли формалина (см. ниже орга-
ническую химию), то серебро выделится в виде металл; ; икала
на стенках сосуде.
Хлористое серебро, AgCl, получается в виде белого творо-
жистого осадка при смешении раствора какой-либо серебряной соли с соля-
ной кислотой или хлористыми солями:
AgNO3 4- NaCl = AgCl + NaNO3.
От действия света хлористое серебро темнеет, ибо при этом образуется
соль состава AgaClp особенно легко идет это разложение в присутствии орга-
нических веществ, который поглощают выделяющийся при этом хлор.
В виде минерала хлористое серебро известно под именем рогового
серебра. Оно легко растворяется в аммиаке, образуя двойное соедине-
ние.
Вро лисп". AgBr. и и о листе е, AgJ, серебро, подобно хло-
ристому, в воде и кислотах не растворимы.
Для серебра довольно характерно двойное синеродистое соединение
его.
Циани'стое серебро, AgCN, получается в виде белого осадка
при действии цианистого калия, KCN, йа раствор азотнокислого серебра :
AgN03 + KCN = AgCN + KNO3.
При прибавлений избытка цианистого калия, осадок растворяется.,
ибо образуется двойная соль состава KAg(CN)2. Из раствора она выделяется
в виде белых кристаллов. Она имеет' большое применение при гальваниче-
ском серебрении.
§ 270. Золото встречается почти исключительно в самородном состоя-
нии, вкрапленным в некоторых кварцевых породах. Вследствие выветри-
вания и разрушения этих пород образовался во многих местностях (у нас
на Урале и в Сибири) золотоносный песок. Для добывания из
последнего золота, песок подвергают действию текучей воды, которая уно-
сит песок, а тяжелые крупинки золота остаются на месте, При таком спо-
собе добывания, много золота остается в промытых песках и поэтому в по-
следнее время у нас в России начали прибегать к химическому способу добы-
вания золота. Для этого золото, содержащее пески, подвергают действию
или хлора, или слабого раствора цианистого калия; в первом случае обра-
Золото
333
.:я хлорное золото AuCI3, из которого, действием железного
купороса, осаждается металлическое золото (см. ниже); во втором — при
- аствиы цианистого калия в присутствии кислорода воз-
духа золото переходит в раствор, образуя двойное синеродистое соедине-
ние, в отсутствие же кислорода цианистый калии не произв-диг никакого
действия на золото:
' 4Ан + 8KCN 4- 2Нг0 ± О2 = 4KAu(CN)a + 4К0П.
Полученный раствор пропускают в ящики, наполненные цинковыми
стружками, на которых золото и осаждается,
2KAu(CN)2 + Zn = K2Zn(CN)4 4- 2Au.
Чистое золото —ярко-желтого цвета, ул. . 18.3 ’у" 1062е.
Ойо обладает наивысшей ковкостью: оно может быть выковано в листы,
1
толщиной в----- мил ....... _ лпсты золота просвечивают
5<ЮО
зеленым цветом.
Кислородом оно изменяется л ке при накаливании. Кислоты па
него не действуют: оно растворяется ю ;•> в ц а р с к б й . г к е (см.
§ ПО, стр. 120), а также в хлорной и бромной воде.
При восстановлении золота из растворов его солей, оно может выде-
ляться в столь раздробленном, виде, что образуется раствор коллоидаль-
ного золота. Размеры золотых частичек в таком растворе 0,1 —150 мил-
лимикронов. Прибавление солей вызывает в таком растворе выпадение
золота в виде осадка. Цвет раствора в проходящем свете — голубой, в отра-
женном — желто-бурый.
Такие же коллоидальные растворы получаются, если пропустить воль-
тову дугу между золотыми электродами, погрузив пх в воду, к которой
подбавлены незначительные следы едкого кали.
Золото чистое легко стирается, н для изделий изготовляют его сплавы
с медыо (красное золото) и серебром (желтое золото).
Золотые монеты (американские) содержат 90%, английские — около
91% золота. В России золотые вещи изготовляются обыкновенно 56 пробы,
т.-е. в фунте находится 56 золотников золота и 40 золотников лигатуры
(других металлов —Си, Ag и т. и.).
Золото образует два ряда соединений: соединения закиси золота, АиаО,
и окиси золота, АиаО3.
Закись золота Аи20 получается нз раствора однохлори-
стого золота АнС1 при действии на него едким кали:
2AuC1 + 2КОН = Au2O + НгО + 2КС1.
Закись золота—темно-фиолетовый порошок, при 250° разлагающийся
на золото и кислород.
334 Коллоида-”,, растворы §§ 270—271
X л о р и с т л и т о, AuCl. :: ручается в виде белого, в воде
нерастворимого порошка, при осторожном нагревании хлорного золота
до 180°.
AuCI3 AuCl - Cl2.
Хлористое золото при действии на него воды разлагается по уравне-
нию:
3AuCl = AuCIs 4- 2Ап.
Хл г . . л ипе, соответствующее окиси
золота Аи,О3. получается прп растворении золота в царской водке. Водный
раствор его желтого цвета. При bi ip дкости, получающейся при
растворении золота в царской водке, до кристаллизации, зголучается со-
единение хлорного золота с хлористым водородом HAuGl4, которое может
быть названо золотохлороводородной кислотой. При
дальнейшем нагревании хлористый водород выделяется и получается хлор-
ное золото в виде красно-бурой жидкости, застывающей потом в кристал-
лическую массу,
Хлорное золото способно соединяться не только с хлористым водо-
родом, но и с хлористыми металлами, напр., хлористым натрием, NaCl, и
давать соединения КАиС14, или NaAuCl4. Такне соединения, называемые
х л о р а у р а т а м и, представляют собой нс что иное, как соли золото-
хлороводородпой кислоты НАпС14.
При нагревании хлорного золота с едкими щелочами можно получать
гидрат окиси золота Аи(ОН)3 в виде бурого порошка, который
при 100° теряет воду и дает окись золота Аи2О3.
Золото легко восстанавливается из раствора хлорного золота при дей-
ствии железного купороса, щавелевой кислоты и др. т. п.
3FeSO4 + AuCI3 = Fe2(SO4)3 + FeCl3 + Au
3FeCl2 + AuCl3 = 3FeCl3 + Au.
Золото способно образовывать двойные соли с циапистым калием; так,
при действии па хлорное золото цианистого, калия, KCN, образуется з о-
лото синеродистое кали, KAu(CN)4, выделяющееся пр £ выпари-
вании растворов в виде бесцветных кристаллов состава KAu(CN)4. .’/гНаО.
Эта соль служит для гальванического золочения.
§ 271. Коллоидальные растворы. В § 170, (стр. 195) §§ 267—270 было
указано, что кремневая кислота, золото, платина и др. тела могут образо-
вывать коллоидальные растворы.
Томас Грэм (1861 г.) разделил все тела на две группы: кристал-
лоиды и коллоиды.
' К цервой принадлежат тела, которые легко кристаллизуются, быстро
диффундируют из растворов в чистую воду, легко проходят через животную
перепонку или растительный пергамент. Примером их могут служить:
поваренная соль и другие соли.
jj 271 Коллоидальные растворы 335
Тела второй группы — в большинстве случаев аморфны, пе могут
проппкать через пергаментную перепонку, и способность их к диффузии
ничтожно мала. Примером их может служить: кремневая кислота. гидрат
окиси алюминия, желоза, трехсернистый мышьяк; из орган:.- х тел —
клей, крахмал, декстрин, альбум . . . .. д.
Посредством диализа (см. § 17 ..жв .. . кристалл .иды от кол-
лоидов .
По мере накопления все новых и новых фактов границы между обеими
группами этих тел сглаживались и исчезали: с одной стороны, было най-
дено, что скорость диффузйи разных тел неодинакова: между беспрепят-
ственно проникающими перепонки кристаллоидами и неспособными к ос-
нову типичными коллоидами существует непрерывный рад тел, обладаю-
щих всевозможными скоростями проникновения. Этим стирается граница
между I? .:.: . л и крьСТ.:.-,.: ;-:д
С другой стороны, одно и . ... до может быть и коллоидом и кри-
сталлоидом, смотря по растворителю, в коем оно ... .такс ов<
кислый натрий в в дном растворе не способен к диффузии, (следовательно,
является коллоидом); в спиртовом же растворе прекрасно проникает пере-
понки и должен быть призпап кристаллоидом. Равным об*разом поваренная
соль в бензольном растворе показывает все свойства коллоидов.
Таким образом пе существует особого мира коллоидов, а есть только
коллоидальное состояние вещества: одно и то же тело в зависимости от
растворителя показывает то коллоидальные, то кристаллоидные свойства.
Поэтому необходимо рассматривать всю систему, в коей тело является кол-
лоидом: она состоит из растворителя, пли, как говорят, дисперсно н-
н о й среды, п коллоида, или высокораздробленного и равномерно
распределенного по всему растворителю тела', — дисперсирован-
ной фазы. Как растворитель, так и дисперсированная фаза могут быть
в высшей степени разнообразны. Все тела могут быть при подходящих усло-
виях получены в коллоидальном состоянии: металлы, металлоиды, их соли,
окиси, сернистые соединения и т, д,
Коллоидные системы имеют тесную связь как с суспонсиями механи-
чески раздробленных частиц, так и с истинными растворами.
Как пример суспенсии можно привести очень тонкий порошок золота,
взмученный в воде. Такая система даже невооруженному глазу предста-
вляется неоднородной: в ней заметны отдельные плавающие частицы
золота. При фильтровании все взмученное золото остается на фильтре,
при стоянии же более пли менее короткое время, смотря по степени раздроб-
ленности золота, последнее выпадает в осадок.
Коллоидальные растворы золота (см. § 270) представляют
ряд промежуточных переходных систем от суспенсии к раствору солей
золота, напр., хлорного. Такие растворы прп фильтровании могут прохо-
дить через фильтр, не оставляя на последнем осадка, они кажутся совер-
шенно однородными, только при помощи ультрамикроскопа можно обна-
ружить их неоднородность.
336 Коллоидальные растворы § 272
Коллоидальные растворы отличаются от суспенсий величиной частиц,
находящихся в растворе. Чем мельче частицы, тем прочнее коллоидальный
раствор. Размеры частиц в суспенсиях, золях и молекулярных растворах
заключаются приблизительно в следующих пределах.
Суспеисии содержат частицы.....от 0,1 р и выше.
Коллоидальные растворы..........от 0,1 рр до 1 р.р.
Молекулы в растворах кристаллоидов от 1 рр до 0,1 рр.
Нужно отметить, что коллоидальные частицы не всегда являются
состоящими из собраний молекул; у некоторых химических соединений,
как, напр., белков, крахмала, красок размеры молекул настолько велики,
что они являются настоящими коллоидальными частицами.
Относительно способов получения коллоидальных растворов см. §§ 170,
267 и 270.-
§ 272. К описанным в §§ 170, 267 и 270 способам получения коллои-
дальных растворов добавим следующее:
1. Способ пептизации заключается в том, что на осадок тела,
подлежащего превращению в дисперсированную фазу действуют подходяще
выбранным реактивом, при чем это тело переходит в коллоидальный раствор.
Но это не является растворением в обычном, химическом смысле этого слова,
оно носит иной характер, чем, напр., растворсипе какого-либо окисла в
кислоте: здесь не соблюдаются стехиометрические отношения между раство-
ряющим к растворяемым телами, и, кроме того, растворяемое тело раз-
дробляется лишь до величины коллоидальных частиц, а не молекул или
ионов.
Приведем несколько примеров. Осадок оловянной кислоты при дей-
ствии едких щелочей переходит в коллоидальный раствор. Количество
щелочи при этом может быть в некоторых случаях в 200 раз меньше того,
которое требуется для нейтрализации оловянной кислоты.
Свеже осажденные гидраты окисей алюминия, железа и хрома пепти-
зуются посредством растворов хлористых солей тех же металлов.
Получающиеся прп этом гидрозоли весьма прочны.
2. Конденсационный метод основан на способности ионов
растворенного тела при известных условиях соединяться друг с другом
в большие аггрегаты, достигая при этом лишь величины коллоидальных
частиц. Таким путем получаются коллоидальные растворы золота. К весьма
слабому раствору хлорного золота в присутствии также очень разбавлен-
ного раствора поташа приливают на холоду немного эфирного раствора
фосфора. Через очень короткое время жидкость окрашивается в красно-
вато-бурый цвет, который переходит потом в красный.
Частицы золота в таком растворе имеют размеры от 1 рр- до 6 рр-.
Восстановление того ясе раствора хлорного золота и поташа при нагре-
вании помощью формальдегида дает растворы, частицы золота в коих от
10 рр до 40 рр-.
t
§ 273 Электрические свойства коллоидов 337
§ 273. Электрические свойства коллоидов. Частицы коллоидов, а также
суспенсий несут определенные по знаку и величине электрические заряды.
Положительно заряжены: гидраты окисей металлов, основные краски.
Отрицательно заряжены: металлы, сера, сернистые металлы, мастика,
гуммл-арабик. С переменой дисперсионной среды меняется знак заряда.
Так в терпентине (скипидаре) коллоиды обладают зарядом, противополож-
ным тому, каким они обладают в воде. Если через коллоидальный раствор
пропускать электрический ток, то происходит передвижение частиц коллоида
к катоду или аноду в зависимости от их заряда. Это движение называют
электроос мозом или катафорезом.
Что касается до величины заряда частиц коллоида, то он гораздо
значительнее, нежели заряд иона: заряд одной частицы коллоидального
серебра в 50 р-u диаметра, движущейся со скоростью 2 р в 1 секунду,
равняется заряду 99 ионов хлора.
§ 274. Для коллоидальных растворов характерна их способность
переходить в студень (свертываться) млн выделять (из разбавленных рас-
творов) коллоид в нерастворимой форме. Это явление может происходить
под влиянием механического воздействия-нагревания, прибавления электро-
литов. Выпавшее вещество еще Г. П. Грэм назвал голом. Процесс обра-
зования геля называется к о а г у л я ц и е к (свертывание). Из гидрогеля
при помощи спирта или концентрированной серной кислоты можно совер-
шенно удалить воду. Прп коагуляции водных коллоидальных растворов
получаются осадки, или растворимые в воде, или нерастворимые. Первого
рода коллоиды называются обратимыми, второго — необратимыми.
К обратимым коллоидам принадлежат водпыо растворы желатины,
клея, молибденовой бини, вольфрамовой и молибденовой кислоты и т. д.
К необратимым—оловянная кислота, окиси железа, алюминия; металлы:
золото, платина и т. п,
Обратимые гидрозоли часто совершенно нечувствительны к приба-
влению электролитов, тогда как необратимые по большей части очень чув-
ствительны: прибавление электролита в малом количестве ведет к коагу-
ляции. Обратимые гидрозоли легко приготовить простым растворением
твердого коллоида в воде. Необратимые же гидрозоли приходится приго-
товлять окольным путем (см. выше § 272).
Коагуляция может происходить при смешении двух коллоидальных
растворов в том случае, если золи заряжены противоположными зарядами.
Ка 6 лун о в. Цр&ргзн'лчсская хкмяЯн
22

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
Радиоактивные вещества.
§5 1—3. Радий/—§ 4* Эманация радия. Продолжительность жттзтш радиоактивных веществ.—
§§ 5—6. Превращения а-частиц в молекулы гелия* — § 7. Семейства, урана и тория. —
§§ 8—9. Правило Содди и Фаянса,—§§ 10—11, Изотопы. Работы Астона*
Радий, Ra - 226.
§ 1* В 1896 г, Генри Беккерель нашел, что урановые соеди-
нения обладают способностью испускать особые невидимые лучи (подоб-
ньте лучам Рентген а и катодным)х). распространяющиеся прямолинейно * 2 * 4 5 6
2) Как известно, катодные лучи появляются при прохождении электрического тока через
разреженный воздух пли какой-либо другой газ. Если пропускать электрический разряд черев
трубку, в которой давление газа около атмосферного, то стенка трубки против катода
начинает испускать яркий свет зеленого цвета —опа начинает флюоресцировать. Причина
флюоресценции заключается в лучах, исходящих пз катода (илп отрицательного полюса), так как
в том случае, если между ним п стенкой трубки поместить какое-либо препятствие, то па стопке
появляется резко ограниченная тепы отсюда можно заключить, что флюоресценция возбуждается
невидимыми, псходящпмп от катода лучами.
Эти лучи получили название катодных* Они исходят от катода перпендикулярно к
его поверхности и прямолинейно распространяются вперед*
Наиболее важные из свойств катодных лучей следующие:
1* Катодные лучи, как ужо было выше указало, вызывают флюоресценцию, но не только
у стекла, но и у многих других тел, как-то: кальцита, плавикового шпата и т. д*
2. Катодные лучи, как показал Крукс, могут привести легкие тела в движение, как
будто бы они оказывают на эти тела механические толчки*
3* Они нагревают тела, на которые падают, очень сильно* Если в центре кривизны вогну-
того катода поместить тонкий платиновый лист, то от действия катодных лучей он может распла-
виться*
4. Катодные лучи поглощаются сильно всеми телами* Топкая стеклянная пластпяка^
поставленная на их пути, сильно флюоресцирует, но пе пропускает их сквозь себя* Через очень
тонкие металлические пластинки они могут проходить, так, напр., Герц нашел, что тонкая
алюминиевая диафрагма не в состоянии задержать вполне катодные лучи* Л е п а р удивительно
развил открытие Герц а, искусно построив трубку с очень тонкой (в 0,003 мп; ллметра) алю-
миниевой наружной стопкой, приспособленной для выдерживания внешнего давления. Затем1
он направил бомбардирующие катодные лучи п;ь его оконце, или алюминиевую пластинку, п по-
казал, что они не только могут проходить сквозь нее, но даже обнаруживают свойственные нм
эффекты в обыкновенной наружной атмосфере*
5. Катодные лучи от действия магнита отклоняются, Опи отклоняются также под действием
элехстростатичешюго поля* Если к пучку катодных лучей приблизить полояигтелъно заряженное
тело, то они будут как бы притягиваться; от отрицательно варяж иного тела катодные лучи оттал-
киваются* Таким образом, по своему отношению к магнитным н электростатическим силам катод-
ные лучи ведут себя так, как будто они представляют потоки отрицательно заряженных мель-
чайших частиц.
6. Тела, па которые падают катодные лучи, становятся и сто чин камщповых лучей, которые
открыты Рентгеном и хорошо известны иод именем Х-лучей *
В настоящее время принимают, что те частицы, быстрое движение которых образует катод-
ные лучи, представляют из себя но что иное, как атомы отрицательного электричества, или
электроны*
„ *
масса электрона составляет около g-^ массы атома водорода.
§ 1-2
1'адий
и д-йспзующне па фотографическую пластпику. Газы, через которые опа
проходят, делаются проводниками электричества, поэтому воздух, через
который эти лучи проникают, приобретает’ способность быстро разряжать
электростатические заряды. Последнее свойство, исследованное сс ' пк?
Р е 3 е р ф О р Д О М II СуПруГОЛПГ К !•> р В. Д.1.!- Ги.г.'ЧКН-'ОЬ 1:
личину радиоактивное!к веществ, так как при прочих равных .. х
(напр. упругости воздуу- ..... ___ ...... c.iy
не зависит от-толщины слоя радиоактивного вещества, а толы?, от в-, in
чины поверхности, от толщины слоя воздуха, и радиоактивной способностн-
псследуемого вещества, хотя бы взятого в растворе.
Кюри нашли, что радиоактивностью обладают, главным образом,
соединения двух элементов — урана (папр. '• р-.ч-гоч смоляная руда) и
тория, киторые отличаются наивысших ........ii : и всех элемен-
тов . Они предположили, что радиоактивность пряна. ; рапу и торпю,
:: м. и х г .•? как примесь, н задались целью вы-
делить эти элементы. Главная трудность . . . 13 я.
л; 1 ...... . ' . ' . .. _. . . . .
в том, что с: х иная рул i. • .... с
почти все элементы. Прп выделении этих элементов из остатков от заводской
обработки урановой руды едппс нпым ? п; . - ли, : начале м было опреде-
ление радиоактивности продуктов, получаемыхпрп каждой операции. Посред-
ством химических операций удалось все более и более концентрировать дей-
ствующее начало. Способ определения радиоактивности оказался в несколько
раз чувствительнее спектрального анализа, и только благодаря ему можно
было выделить соединения нового элемента радия, находящегося в крайне
ничтожных количествах: для получения 0,2 гр. хлористого радия пришлось
переработать 1.000 кил огр. остатков 1охпмста.тьекой урановой руды1).
Были открыты несколько радиоактивных элементов: радий, по-
лоний, актиний и др. Из нах мы опишем наилучше исследован-
ный радий.
§ 2. По определен л ям супругов К ю р и, радий представляет собой
элемент, принадлежащий ко второй группе периодическом системы Д. И.
Менделеева. Атомный вес его равен, по последним исследованиям, 226.
} [ста. 1.щческий радий был по/iучен М. К ю р и и Дебьерпом при электро-
лизе хлористого радия, протем катодом служил слой ртути, с которой выде-
лившийся радий образовал амальгаму. При нагревании последней в токе
водорода прп 400—700° ртуть испарялась и получался металлический радий,
похожий па барий, на воздухе очень нестойкий, плавящийся при 700° Ц.
По химическим свойствам радий является аналогом бария и отделяется.
*) С 1912 г. Горный департамент (Bureau of Mines) в Соединенных Штатах занялся вопро-
сом о добывании радия из карнотита, минерала, содержащего уран, ванадий п др., нт 1916 г.
разработаны методы добывания радия, урана и нападая ив карнотита: выделено более 4 гран лов
радия в виде солей. Средняя стонлость 1 грамма е [«лента радия (в виде соли) равна 37.600;
долларов, т.-е. более 70,000 р., считая доллар равным 2 рублям (по курсу 1914 г-)- (См. Вр -
менпик Ледспцовского Общества. 1916. Вып. 1, стр. 49—60.)
22*
340 Радий §§ 2—3
от него при помощи фракционированной кристалл;: г.: тх соеди-
нений, на основа паи то: э, что бромистый радий тр - ли, чем
бромистый барий; это н; "подается и для всех остальк : : ' рця и
радия. Радноакгивность бромистого радия превышает в . - ?ак-
тивность других веществ: 1 грамм чистой соли радия в 1.8. р ано-
активнее 1 гр. урана.
Радий постоянно испускает энергию, причем г» с.” : '.. ляется
в виде тепловой и лучистой энергии:
1, Кюри пока: та, что соли радия слу; т : ь-
плго и п яр‘ р;.!: .г. . • :
Количество тепла, выделяем! г.;;-- ту,- 1 гр.
радия в 1 час, равняется почта L 3 калориям, ины i, оно может
нагреть 138 грамм воды от 0° до 100°.
В течение года 1 грамм радия выделяет 1.203.890 калорий; считая
среднюю долговечность радия (см. далее) 2.000 лет, получаем для энергии;
заключающейся в 1 грамме радия, громадное число: 2. 417.760.600, или около
2,5 миллиардов, калорий.
Если сравним эго число с теплом? выделяемым при горении водорода
в кислороде при образовании 1 грамма воды,—3.830 калории, то увидим,
что энергия, выделяемая при распадении 1 грамма радия, более чем в
630.000 раз превышает энергию, выделяющуюся прп образовании одного
грамма тела, образующегося с напбольши i i т ;г; т .
«Такое громадное количество выделяемой энергии не может быть
объяснено викакой обыкновеип >й химической у жщй, тем более, что ра-
дий остается нсизменяющ! мся в продолжение целых годов. Можно было бы
допустить, что выделение теплоты обязано очень медленному превращению
самого атома радия. Если бы это было так, то можно прийти к заключению,
что количество энергии, затраченной на образование и превращение атомов,
весьма значительно и превосходит все, что до сих пор известно» (К ю р и).
2. Радий постоянно'посылает из себя лучи трех родов: а, р и у.
а-лучи состоят из потока частиц (или корпускул), заряженных поло-
жительным электричеством; а-частицы представляют частицы материл,
обладающие массой и размером того же порядка, что атомы водорода и
других элементов, заряд же их равен 2 единицам положительного электри-
чества.
а-лучи обладают скоростью в 13.000 — 26.000 километров в секунду,
1
т.-е. менео чем скорости света.
В отличие от р-и у-лучей, а-лучи поглощал гея очень значительно
различными телами. Действие «-лучей, исходящ их от препарата радия,
лежащего на открытом воздухе, можно заметить не далее, как на расстоя-
нии 5—-1 сантиметров: следовательно, они вполне поглощаются таким слоем
воздуха. Пластинка слюды, листок алюминия в — миллиметра толщиной
вполне поглощают их.
;; 2—3 Радий i>'4l
р-лучи обладают большей проницающей способностью. Обладая боль-
шой скоростью (от 230 до 280,000 километров в 1 сек.), они могут проходить
через тела, мало поглощаясь; нужно поставить свинцовый экран в з чиллс.-
метра толщиной, чтобы вполне задержать их. По всем своим свойствам они
подобны катодным лучам и г ре бой ПОТОК .ряженных
отрицательным электричеством, пли электронов. Так как электроны
могут обладать различными с. оростямп, т о ^-лучи не явлж я i пол не одно-
родными: различие средн -лучен очень велико: часть этих лучей задержи*
1
вается уже алюминиевым листом в миллиметра толщины, в то время
как другая может проходить сквозь свинец толщиною в несколько милли-
метров.
В г ' ;кность а - м, у-лучн в магнитном илп электри-
ческом поле пе испытывают пикаю :. гя >. пи обладают еще
меньшей эе учи, но их способность пр грев J злич-
ные тела, не поглощаясь, счгнь ьелпка: пх понизнру; . гие можно
наблюдать после того, как они пройдут чрез сл< 8 воздуха в несколько ме-
тров толщиной или » р инку железа в 20 сантиметров толщиной.
^-лучн находятся в такой же связи с 5- учами. в какой Рентгс- ,
невские лучи с катодными, т.-с. у-лучи тождественные Рентгенов-
скими, так как вызываются теми в высшей степени короткими колебания-
ми эфира, которые происходят от удара электронов о какую-либо преграду.
Отклонение лучей в магнитном поле изображено М. К ю р и на
диаграмме (рис. 122), где лучи изображены выходящими из радия (помещен-
ного в свинцовой коробке) и находящимися под влиянием сильного магнит-
ного поля. Направление поля перпендикулярно лучам и плоскости бумаги.
Нужно заметить, что отклонение ct-лучей на диаграмме весьма преувели-
чено с отклонением р-лучей, что сделано для большей наглядности. В пучке
р-лучей не все лучи отклонены одинаково —одни больше, другие меньше;
этот факт указывает на то, что нс все р-лучи обладают одинаковой скоро-
стью.
Проницающая способность различных тел характеризуется толщи-
ною алюминиевых пластинок, уменьшающею их напряженность до поло-
вины;
а . . . . 0,0005 сайт.
Р . . . . 0,05 »
1 ... . 8,00 »
§ 3. Весьма характерны химические действия, вызываемые соедине-
ниями радия. Если приблизить трубочку с б мгр. чистого бремлетого радия
к раствору йодоформа в хлороформе, раствор этот быстро окрашивается в
фиолетовый цвет вследствие выделения иода, желтый фосфор превращается
в этих условиях в красный фосфор, иодный ангидрид разлагается на иод
и кислород. Из водного раствора солей радия выделяется гремучий газ:
50мгр. бромистого радия, RaBr2, дают в сутки 0,5 куб. сайт, гремучего газа.
342
Эманация радия
§4
Под влиянием л г: некоторые вещества окраш.ж . характер-
ные цист.- . . .. " I в коричневый цвет, хлор;.:: тпй и
натрий—в спний цвет.
Лучи радия обладают также характерным физпологшок - ..ткнем:
листья растений быстро желтеют. .::: растений
делаются невсхожими. Кром< тот: лучи обла-
дают, повидимому, целебными - при на-
КС ЯСНЫХ б < -ЗИЯХ.
..'тугих
! . ; —" ‘ .то
j зв( । то, из какого же источника заимствуется эта
энергия,—представлялись вполне загадочными, я
они долго оставались бы таковыми, если бы нс
открытия-Резерфорда, показавшего, что радий
сообщает всем телам, находящимся в его при-
сутствии, радиоактивные свойства.
Радий одновременно с лучами испускает из
себя нечто, что, осаждаясь на других телах, делает последние радио-
активными. Эго явление носит название «наведенной радиоактивности».
Ойо находит собе объяснение в том, что из радия выделяется особое
тело, которому дано название «эманации».
Эманация обладает свойствами газов: она следует закону Бойля-
Мар и о т т а, опа смешивается с окружающим газом и может быть пере-
несена вместо с ним с одного места на другое. Эманация легко проникает
сквозь очень маленькие отверстия и щели, через которые обычные газы
проходят только весьма медленно. Эманация радия конденсируется при тем-
пературе приблизительно —150° Ц. Если пропустить ток воздуха сперва
над препаратом радия, затем сквозь трубку, погруженную в жидкий воздух,
то вся эманация останется в. трубке; если трубку вынуть из жидкого воздуха,
то эманация опять выделится в виде газа. Удельный вес эманации по отно-
шению к водороду равен 111,5 *). Поэтому, если допустим, что эманация
радия, или нитон (как«прсдложил назвать со Рамзай), принадлежит,
подобно гелию и аргону, к группе благородных газов, частицы которых
состоят из одного атома, то атомный вес нитона Nt = 222. По Р с з е р-
ф о р д у 1 гр. радия выделяет 0,6 куб. миллим, эманации.
Наведенная (индуцированная) радиоактивность тел. которая наблю-
дается в присутствии радня, объясняется, по Резерфорду, тем, что
нитон отлагает на телах незначительное количество невидимой субстанции,
которая растворяется только в некоторых кислотах. Эманация пе остается
постоянной: она излучает а-лучи и, следовательно, испытывает некоторое
превращение. По мере этого- выделения а-частиц уменьшается активность
«) Число—полученное Рамзаем непосредственным взвешиванием 572—739 миллнопных
миллиграмма эманации с помо’щью весов, позволяющпх обнаружить 0,000003 миллиграмма.
Эманация радия
313
Таблица I. Семейство Урана.
Радиол теме нт. A-i'HMiii.i;; \\.сч Период(времь| П‘МУРМШ!ДГ|).| Природа пс пускав-I ме.ту лучи Пробег а-ча- СТ” Ц В JBC-ЗД. В—760?- г. t—17° •. | Весовое количчг ни в ранни вес. ji с 1 kilo урана.
Уран I (Ш) 2;-^ 5 < . • « 3 »- ' * •
। | YpauY(UY) А — 1,5 дня — : . 1. "'’x.jp.
Уоая X, (UX,) 234,5 24,6 дня И j
ф | -ЧЗхХС—Ъггр*
Уран Xs (UX/ 234*5 1Д5 мин. р I —
(бровий) 1
ypu.it II (UII) 234,5 10s' лет а ?,$ CTJI, (?,7 Г-I.j акгр. (?)
Пин. fl ( I ) * - - 2x1 . (? 3 ?
1 Р. Д Н .R Р/4 г.’.
1 с ди’.. в ; -s . овес
н . 1 гр радиан)
11 . 1 -Л - *- а - 5,7 X 10”^мдг£ м.

Радий A (Ra.A - Т 3 или. 3 - - - Г/’-.

Радий В {RtBj 1 2Ь / 2 м — 2,7 У 10"*м.трм.
1 Рддпй с (RaC) 214*5 10,5 мин. Ъ Л 7 — 1,* 10^'м.тгрх
"Х Радий С2 1,38 мин. — 1
(Вирг)
P;*i a Ci (BuCi) 214,5 10—* сек. 3 7,08 стм. ’—'
ф Рад1.й В (RaD) 210*5 16,5 лет слаб, р —► 1 । 8Д м тгрм.
Радик Е (RaE) 210,5 5 дней ?>т — 7 Д X 10“®ялгрм.
Раций F [RaF) 210,5 136 дней 3 . 8,77 Стм. । 1 1,9 X 10~'1млгрм.
(Полоний)

Снцнец (РЬ) 2О6/Э । — 1 — 1 j
Таблица II. Семейство Тория.
Радио-эдеме нт. Атом- j ный II с р и о д. Излучение Пробег а-чя- стцц в воздухе. (15^760 мм.) Весовое колтлсство в 1 тонне тория.
Toniiii । 232 13+Ю1* лет а 2,72 стм. 10 млгрк
4' М- Вэторий L । 22а 5,5 лет — 0,42 н грм.
V Мезоторий II. L 228 6,2 едса ₽+‘| — 5Дх10“’м грм.
V Радиоторпй 228 2 года 3 3,9 стм. 0Д5 млгрм.

Торий X 1 224 3,7 дыя 4Д стм. 7,4 х 10“*млгрм.
Эманация тория 1 220 53 сек. а 5,0 стм. J ,2Х1С,“7млгрм.
т Торий А 216 0Д4 сок. а 5,7 стм. 8*1 X 10*^имлгр м.
ТоркЙ В 212 10,6 чая. ж — бДхЮ^м грм.
Торий С 212 60*5 мпя. «++ 4*8 стм. 7,9+Ю*^.г1Л|’рм;
/ 1 ТорийD | 1 208 ЗД мин. Нт — ЛЗхЮ^игрм.
Ф Т фин Сг 212 10—11 сек.? а 8,6 стм. —
844 Эманация радия § 4
эманации, причем зывается, что количество преврати йся эманации
процорцн т льне ’ тый момент ее наличной массе. Н - эманации
радия из 1.000 атомов ч> -рез 4 дня остается 500, через — _;0 п т. д.
Такому закону (называемому экспоненциальны?!) - : уменьшение
активности всех других радиоактивных тел, толы?- изменения
будет различна, и эта скорость является величиной, х : _ля дан-
ного тела. Таким образом на-ряду с различными ф1 . чсскими
константами, как-то: удел. вест : 1 ра ур : Ленин и т. п., нужны
ввести лову: : — ' ; * ...-
Для определения пр- ~ : < - • ; - - -• . : шустр-
определяют характерную величину, или i торая показывай г,
какая часть данного количества (иными словами, какая часть атом •;:) ве-
щества превращается в 1 секунду. Для того чтобы дать понятие об этих
константах, обозначаемых через к, приведем следующую таблицу для эма-
наций, выделяемых радием, торием и актинием:
Эм, радня. Эм, тория, Эм, актиния. Рад: й.
Х=2,08&Л0-» 0,013 0Д8 1.40.10“11
t=3,85 дня. 53t5 сек. 3,9 сек. 1600 л.
Как видно, значения X малы для эмапацпп радия, для эманации жт
торня п актиния они значительно выше.
На основании этих чпсел можно вычислить время, в какое половина
данного количества вещества претерпит превращение^ предыдущей таблице
т обозначает это время.
Для радия т = 1.600 лет: таким образом из 1 грамма радия через:
1.600 лет останется т/2 грамма, через новые 1.600 лет (или 3.200 лет)— */»
грамма, опять через 1.600 л. (а всего через 4.800 л.) остается грамма
неизменного радия и т. д., следовательно, чем меньше остается вещества,,
тем меньшее его количество превращается, и, теоретически говоря, время
существования радия бесконечно велико.
Поэтому для характеристики продолжительности жизни радиоактив-
ных тел, зная X, вычисляют так называемую среднююпродолж и-
тельность жизни элемента, т. е. величину, обратную X —yj-
Для средней продолжительности радия получается около 2.300 лет, для
эманации—около 5,6 дней, для эманации тория—77 сек., а для эманации
актиния—5,6 сек.
Скорость изменения эманации и других радиоактивных тел остается:
одной и той же, каким бы химическим и физическим воздействиям мы ни под-
вергали их: она не зависит от количества эманации, от давления и природы
подмешанного к ней таза, от вещества сосуда, от изменения температуры
в пределах от —180° Ц. до + 450° Ц.
Превращении я-частиц ч мол к/лы гелия
315
Всеми этими свойствами процесс, которому подвергается эманация,
существенно отличается от процесса химического. Как известно, скорость
химических реакции находится в большой зависимости от температуры.
Независимость скорости уменьшения активности у ря.итоактнвтшх веществ
от температуры заставляет предп .. что это i шевенве происходит
не вследствие какпх-и 5о i .. . .... i-.j ........ :твисм
частиц, или атомов, между .1, а . . ; г . ' . • ц сс- ь.
которые происходят внутри самих атомов, иными словами, приходится
допустить, что атомы элементов представляют собой сложные неустойчи-
вые системы, приходящие в распадение, причем они выбрасывают а-частицы.
Получающийся остаток должен отличаться своими свойствами от материн-
ского атома,—таким образом, по Резерфорду, эмапаипя переходит в
я-частицу и остаток, который носит название радия .1; последний, в свою
очередь, юреходлт в радий В. который превращается в радий С; этот
после-” ' бразуег радг.й Ь. и лкм дал-е причем время суще-
ст."01 . я ’ тих тел очень различи . иваясь на описании
продукт'.'!! распад;’ - , мы приведем две таблицы, указываю
щие переход элементов семейства у
и тория, с характерными для к;
элемента константами. (См. стр. 343.)
§ 5. Явление превращения радио-
активных элементов было доказано Рам-
заем и Содди, показавшими, что
эманация радия прп хранении превра-
щается в ТСЛНЙ.
Прибор, служивший Рамзаю и
Содди для доказательства превраще-
ния эманации в гелий, изображен на
рис. 123. Для двух отдельных опытов
они пользовались 20 и 30 грм. чистого
бромистого радия, который был в про-
должение нескольких месяцев в сухом,
твердом состоянии. Бромистый радий
вводился в сосуд А, который припаи-
вался по лилии М, обозначенной пунк-
тиром, к сосуду В с двумя кранами. Из
прибора выкачивался воздух, закры-
вался нижний кран, и в сосуд В вводи-
лась вода., освобожденная кипением от-
воздуха. Оба сосуда припаивались к при-
бору по линии М, означенной пунктиром
рнс. 123.
. В трубку С была впаяна Тонкая
медная проволока, согнутая в спираль, которую можно было нагревать элек-
трическим током. В D помещался фосфорный ангидрид для поглощения водя-
ных паров. Капиллярная U-образпая трубка Е была погружена во время
опыта в жидкий воздух. Эманация и примесь углекислого газа СО 2 сгущались
346
Семействе1 ifpaHa и торг,
в этой трубке и нс падали в спектральную трубку ; К; L сообщался
со ртутным л : и сраженным на рисунке. сперва
пака,. тась тшюм в присутствии кислорода. который . • • .из со-
суда G, п поэтому покрывалась окпсыо меди.,Затеи, к ь • 1 * 7. . выка-
чивался воздух и закрывались все краны. Вода п.рс : тл ?ь из В в Л.
Бромистый радий растворялся и выделял сгущенные в : которые
лереходилив С. Накаленная до-красна спираль могло i - ’ кисло-
род, пары же воды погл-г неь в D. Приливая р . .зодпли
выделившие: ’ : ........ . * : . -образ-
ную трубку. При исследовании " ~ра был ясно иг " гр
гелия. Таким образом, радий переходили гелпй через эман В 1909 г.
Резерфорд своими опытами пот зал, что а-частлца, теряя о t за-
ряд, переходит в атом гелия.
Как показывают измерения, 1 грамм радия в 1 секунду выделяет
3,57 X1010 а-частиц. На основании этого числа можно вычислить, что из одно-
го грамма радия в течение года может образоваться 163 куб. мнллимтр. гелия.
§ 6. Нахождение гелия в минералах, содержащих уран, торий и
радий, получает свое объяснение: гелий, являясь продуктом распада всех
радиоактивных элементов1), выбрасывающих а-частицы, скопляется в
минералах, содержащих эти элементы.
Воздух подвалов и подземных пещер облада-.т бол-ю чем нормальною
ЭЛСКТрОПрОВОДНОСТЬЮ. ЧТО Г-':;,.тся Т;.ц;д;е ив; НН iMU раДИОЭКТПВНОСТИ.
-Эманацию, тождеств- шую с эмм аци й радия, дают также почва и горячие
источники, попадает она в них, вероятно, из недр земли, где она развива-
ется благодаря присутствию различных радиоактивных веществ.
§ 7. Рассмотрение таблиц семейств урана и тория (см. стр. 343) по-
казывает, что при распадении радия получается целый ряд тел, которые
переходят друг в друга, испуская а- или fJ-лучи. Радий является
одним из продуктов распада урана I, а окончательным продуктом распада
рядов как урана, так и тория, а также ряда актиния, таблица коего нс при-
ведена, является свинец.
В третьем столбце помещена величина пробега а- сучен в воздухе.
Определение этой величины имеет очень важное значение, ибо опо дает
возможность судить о величине X, другими словами о продолжительности
жизни радиоактивных элементов, которая, как впдно из таблицы, сильно
колеблется: период полураспада тория 22.000 миллиона лет и 10—11 сек.
у тория С. Прямыми непосредственными наблюдениями ничтожно малые
периоды полураспада определить нельзя, и они вычисляются на основании
открытого замечательного соотношения между величиной пробега а-ча-
стици продолжительностью жизни элементов.
Э Различные гипотезы, предложенные для о бъясве тшя радио активности, желающие могут
найти в книге проф. Со'дди: Радиоактивность, С.-По. 1906, Фр. Соддп. Радий.
11 общедоступных лекций, пер. Н. А. Шилова, Москва 1924; Новые вден в химии. Сборник
№ 1 и Т4ё 4. Казимир Фаянс. Радиоактивность и новейшее развитие учения об
элементах, Пер. Л. С. Поляка. Берлин 1922, То же. Пер. Э. Шпольского. Москва 1922.
Правило (кд()и и Фаяпы
347
Как выше указано, начальные скорости а-частиц у различных
килом.
радиоэлементов колеблются в пределах: от 15.000 —— » > как это найдено
СС'К.
кил. .' 1
у иония, до 22.100--у • эр1. а С 1 - . :............. . —
сек. ‘ ’ It щ
скорости света. В любой о - ... —.. j рас-
стояние, называемое «пробегом.:-; чем больше скорость выбрасьп__ -
стицы, тем величина пробега больше; на пути своего пробега частица
производит все те эффекты, по которым можно доказать ее присутствие: она
тонизирует газ, т.-е. сообщает ему способность проводить электричество,
действует на фотографическую пластинку и, наконец, заставляет светиться
Ф.г' (ресцпрующпе экраны. Как только скорость частицы упадает до неко-
торой предельной величины, до 7.100 килом, в 1 секунду, так за пределами
эгй . ск era ве . ..тине прекращается внезапно,
т.-е. пе может быть обнаружено никакими способами. Поэтому «пробег»
ц-частицы, пропорциональный кубу ее скорости, является важной констан-
той, характеризующей тот вид превращения, при котором выбрасывается
данная а-частица.... кту р . пир ; _______ . :ьп<ччью существования
того элемента, из коего выбрасыва ?тся «-чистишь сущ лвует некоторая за-
висимость: те элементы, у которых начальная скорость, а следовательно,
и величина «пробега» выбрасываемой «-частицы, мала, обладают весьма
продолжительной жизнью, иными словами, их радиоактивная постоянная X
очень мала; наоборот, те элементы, у которых «-частицы летят с большей
скоростью, а следовательно, их пробег больше, разрушаются весьма быстро.
Таким образом, для большинства радиоэлементов можно принять с большой
степенью вероятности положение: чем больше начальная
скорость выбрасываемых а-частиц, тем меньше
продолжительность жизни данного элемента.
На основании измерения величины «пробега» а-частицы вычисляют
продолжительность жпзшх того элемента, из коего ома произошла.
§ 8. Исследования Сод ди, Болтвуда и др. установили тот замеча-
тельный факт, что некоторые радиоэлементы ие отличаются по своим хими-
ческим свойствам, хотя, и обладают различными атомными весами: так
химические свойства иония (1с>) с абсолютной точностью воспроизводят
свойства тория, так что не только пе существует способа разделить эти
два элемента, во до сих пор не удалось изменить относительной концентра-
ции их. Торий и ионий представляют два неотделимых друг от друга эле-
мента. Равным образом, от тория нельзя отделить радиоторви и, по мнению
некоторых исследователей, и уран X.
Второй пример: в семействе терпя выделен новый элемент, мезоторий I,
пз тех отбросов ториевой руды, которые получаются при добывании тория
для ауэровских калильных сеток. Сам по себе мезоторий не испускает лучей,
но непосредственный продукт его распада, мезоторий II, обладающий не-
большим периодом, испускает интенсивные [В- и у-лучи. Дальнейшим
продуктом является радпоторий, испускающий а-лучи.
348
Up I Ын') Содди и Фа-.нсо
§ Г
В химическом отношении мезоторий I на помп п г : i t и не может
быть от л г- отделен. Поэтому к радию, выделенном} . ? лов урана,
содержащих торнн, примешан всегда мезоторий!, нахе минерале.,
пз коего они получены. Содди пока вал, чтоневоз*.? , : мфрак-
цнопированных кристаллизаций смеси хлористых о лль хотя бы
в малейшей степени относительные количества двух : радия и
мезотория I.
Радиосвннеп, или ранги П.Д'-i епх пор не Гы; : _ ~ ::гпа, с ко-
торым он сходен по всем химическим свойствам, поскольку исследив1,
изучены.
I, ' бразом подобные элементы обладают та-
кой степенью химического сходства, что только
благодаря радиоактивности могли быть открыты.
Если бы удалось радий D, ионий или мезоторий I изолировать в достаточно
больших количествах в чистом состоянии, то химики на основании каче-
ственного анализа считали бы их соответственно за свинец, торий и радий.
Только благодаря радиоактивным.методам эти элементы вообще признаны
за новые индивидуумы.
Подобное явление повторяется у большинства радиоэлементов, и имени»»
оно объясняет нам прежние затруднения в расположении радиоэлсмснтсп
в периодической системе.
Ибо в периодической системе, очевидно, имеется лишь
столько мест, сколько существует элементов, которые
можно отделить физическими или химическими мето-
дами от всех других элементов. Поэтому таким элемен-
там, которые химически не разделимы, мы должны ука-
зать общее место в периодической системе.
Химическое исследование всех радио-элементов, которые обладают
достаточной для.этого исследования продолжительностью жизни, показы-
вает, что их можно разбить на две группы.
В первой группе мы имеем, помимо давно известных элементов урана,
и тория, еще открытые при помощи радиоактивных методов полоний (VI гр.),
эманацию радия (нулевая группа), радий (П гр.), актиний (III гр.) и про-
тактиний (V гр.), особые химические свойства которых показывают, что
каждому из них отвечает свое место в периодической системе.
Ко второй группе принадлежат остальные радиоэлементы, которые
обычными методами не могут быть отделены либо от одного из только что
названных радио-элементов, либо от висмута, свинца или таллия, и которы»;
поэтому в качественно-химическом отношении совершенно совпадают с
одним из перечисленных элементов.
Отсюда следует, что несмотря на большое число радиоактивных эле-
ментов число типов элементов не больше того, сколько их уста-
новлено периодической системой.
Для радиоактивных элементов получается таблица III, в коей хими-
чески неразделимые элементы занимают одно и то же место. В таблице Ш
Правило Ссдди и Фаянса
' месте со свинцом находится нс мепсс 7 элементов, на месте вис-
мута — 5 элементов, и почти каждое место от урана до таллия занято
группой из нескольких элементов. Каждую такую группу К. Фаянс пред-
(ожлл назвать плеядой; члены плеяды, по С о д д и, называются из- -
памп. Плеяда охватывает элемент] од < мпческого типа,
§ 9. Оодди (1911 г.1 Т’. ?.........
устанавливающие соотнош. ...... ... ... .-.л-ментов
в радиоактивных рядах и их местом в периодической систем*?:
1. Элемент, возникающий в результате «-пре-
вращения, оказывается смещенным по отноше-
нию к своему исходному веществу во вторую
низшую группу периодической системы (сме-
те и и ‘ ‘ в е группы и ;. в по г о р я з о и т а яв-
ному ряду. I пр: _
2. После ^-превращения имеет место сме nu-
ll и е в б л ж а п ш у ю в ы с ш у ю г р у п п у (н а о д L. i , в '
вправо). (Пра _ К. Ф.. л н
Таким образом в -превращение иония, пржнаджвж к IV группе,
дает радпй, член II гр .. ‘ .а-. . . которого приво-
дит к эманации радия, находя щй свое место в i . й группе.
Наоборот при р-превращзшш мы видим переход от радия I», группы
IV, к радию Е, группы V. Оба эгп «правила» сдвига или смещений прило-
жимы без исключений и к рядам тория и актиния.
Таким образом, когда, вследствие ряда превращений с выделением
•а-чаотнц и р- тучей, элемент занимает вакантное место в периодиче-
ской системе, то получается элемент нового химического типа. Радий,
полоний, актиний, занимающие вакантные места, представляют новый тип
элементов. Но когда новому элементу приходится занять место в группе,
на котором уже находится элемент,™ получается элемент, по химическим
свойствам настолько сходный с первым, что он не может быть от него от-
делен. Эго совершенно не зависит пи от его атомного веса (вычисленного),
ня от той серии превращений, продуктом которых является новый элемент.
Таким образом в IV группе периодической системы па месте, уже занятом
торием—232, мы одновременно находим уранУ—230, уран X—234, радио-
торий RaTh —228, ионий 1э — 230, радиоактиний RaAc —(226). Иначе
говоря, па месте, занимаемом торием, находятся еще б элементов, разли-
чающиеся по своим атомным весам н происходящие из трех различных
рядов превращения (урана, тория и актиния).
Такие изотопы различаются друг от друга главным образом своими
радиоактивными свойствами, продолжительностью жизни, а также атомным
весом, причем продолжительность жизни (период полураспада) изотопов,
испускающих а-частицы, с уменьшением атомного веса убывает, а изо-
топов, испускающих р-лучи, возрастает.
Таким образом, согласно такому представлению, элемент не предста-
вляет простой и однородной материи. Атомные веса должны быть рассматрн-
350
Про вто Содди и Фаянса
ваемы как средние значения для атомов, илв ющл" : *чную массу и
занимающих '‘‘и. 5 : же место в периодически! ( ’ ". Атомный вес.
эл( ан : ‘ второй средней стаи i й величины:
этот вывод щ щует из т их фа их что атом элемента может! \ юить на
себя а-часткду, т.-е. уменьшиться на 4 единицы. после двух
превращений с выделением £• лучей, вернуться к в р: ,н . .ному типу.
Таблица 1П.
ЧЦ ',» riJi OOBuKVi d<)| | Атомный (iqmmn.) L Г . 7 » ...... оПд .... . ........... 4£U\! <HL UtllArlj
—
81 T1 204 Таллпй Актиний С" Act" . (206) Ш
Торий С" Радий С" Thz" RaC т 208 i 210
82 Pb 207,2 Свинец Радий G (урано- . RaG 206 IV
вый свинец) Актиний D Тории В Радий D i ! ThD । RW (206) 208 210
Актиний В Торий В Радий В i , AcB I Th В RaB (210) 212 214
. 83 Bl 209,0 Висмут Радий £ Ы 210 V
Акгпппй С AcC (JU )
1 Торий С Радий С Th Ы 212 I 214
84 Po 210 ! p 1 Полоний ПолошШ (Радий F) Актиний С* Po (RaF) Ac/ 210 (210) VI
Торий С' 1 Радий Актиний А Th"' RaC । AcA 212 i 214 214
Ториц А Радий А । ThA । RaA 216 ! 218
86 Nt 222 Нитон Эманация Актиния ’ AcEm (218) 0
i (Эманация) » Тория $ Радия ; ThEm RaEm ! 220 222
88 Ra22G Радий i Актпштй X AcX : Г222) JI
1 4 T * Торий X Радий Мгзоторий I ThX Ra 1 Mfi I i. 224 i 22K i 2S8 1
89 | Ac 228 Актиний Актинии I Ac (22C) ' 1 II).
Меооторий II [ Ms 1L 228
90 j i Th 232Д Торий Радпсактлпий •Радиоторий j Ro Ac ; RiTh (226) 228 IV
Ионий ! Jo 230 1
Уран Y Уран XV IV- UX^ (230) 234
91 Pa Пр.отоактип. Протактиний Уран (Бревий) j Bk UX2 (Bl) (230) 234
92 U 238,2 Уран Урая II Уран 1 U II U I 234 238
Пзопуты
351
' 10. Изотопы.Молодой английский уч< з лей (Moseley) и др
ллп, что химические свойства элемента зг .... . его атомного веса,
но от эго атомного номера, или порядкового е е- §§ §—g Прило-
жопия П). Атомный помер элемента указыва _ . .ш г своб' дпото,
положительного электричества в ядре . —1
гелия — 2, лития — 3 пт. д. Изотоны— .....от:...... от же
атомный помер, но различный атомный ь-.с.
Теория изотопов подтвердилась па основании работ Содди, Ри-
чардса и др. над атомным весом свинца, выделенного из различных
радиоактивных минералов. Свинец, как показывают таблицы In II, является,
окончательным продуктом распада как урана-радия, так и тория, причем
в первом случаи атомпмй вес для него должен получ: ться равным 20$
( ' [3 радия с ат, в. в 226 выделяются пять «частиц, каждая с атомным
весом 4), во втором атомный вес близок к 208 (ибо из тория с ат. в.в 232,1
от . ... . .... '
от:.. от... от: . х от : кими методами, а атомные веса оказались
....от - - ....._ . : ' .: ~ .
Атомный вс-с евпнп . . от • . г. же урановых рул. . и в луч-
шем случае 05. в X';...........................................л . 2.'.-.л ' от; от (пз норвежского
торцта)—207,,э. Дто1 :ый ясе вес свинца, полученного на цейлонского то-
рианита (68,9% тория и 11% урана), совпадает с атомным весом обыкновен-
ного свинца — 207,2. Отсюда является очень вероятным предположение,
что обыкновенный свинец является смесью уранового и ториевого свинца.
Далее Дж. Дж. Томсон на основании предложенного им метода
изучения спектров положительных лучей нашел, что неон представляет
смесь двух изотопов: одного с ат. в. в 20, другого — в 22. Исследование
с помощью диффузии подтвердило существование двух изотопов неона.
Астон, воспользовавшись методом Д, Д. Томсона для опреде-
ления числа изотопов для различных норадцоактнвиых элементов, нашел,
что элементы: II, Нс, Вс, С, N, О, Г, Na, Р, S, As, J л Os не имеют изотопов.
В таблице IV сопоставлены атомные веса изотопов. В скобках поста-
влены цифры, относительно коих существует сомнение.
Таблица IV. Изотопы.
Порядковый помер. Эшмент. । | Атомный | пос. Число изотопов. 1 Атомные веса изотопов (в порядке ннсходящего процентного содержания).
3 Li 6/Н 2 7, 6
б В 10,9 . 2 11, 10
10 No 20,2 2 21, 22
12 Mg 24,32 3 24, 26, 20
14 Si 28,3 2 28, 29
17 Cl 35,46 2 35, 37
18 Ar 39,88 2 40, 39
19 К 39, W 2 39, 41
28 Ni 68,68 2 68, 60
34. Si) 79,2 6 80, 78, 76, 82, 77, 74
35 Вг 79,92 2 79, 81
36 Кг 82,92 6 81, 86, 83, 88, 80, 78
37 Rb 85,45 2 85, 67
51 Sb 120,2 2 121, 123
64 Хе 130.2 6(9) 129,182,131,134, 136 (124,126,128,130)
80 Hg 200,6 (6) 197—200) 202, 204
353 П-‘§ 11
§ 11. На основании своих псе.юг . Aci :рп ходит к следую-
щему выводу. который он назыв .. правжломцелыхчмсе л:
атомные веса исследованных элементов. исклю-
чением водорода, и . • р о я т п о в с - х -ле м е н -
т о в ' представляют целые числа с точп-' . зо многих
случаях до одной тысячной части. Уклонения от этого о-летают
по мере увеличения атомного веса, но для легких злом- .г . лклонешгя
от правила целых ч ice л крайне малы.
Таким образ" • А . доставили пол ‘ юотезы
II у (Prout, 1815 г.), согласно-коей атомные веса элементов являются
кратными ;.Т"МП< 1 - Веса : . -.-рою.
Астон так объясняет полученные им результаты;
Атом Резерфорда, согласно дополнения, сделанного Л а н г м Го-
ром и Вором (см. далее), состоит из положительно заряженного цен-
трального ядра, вокруг коего вращаются, подобно планетам, электроны,
на расстояниях больших, сравнительно с размерами самого ядра.
Химические свойства.элемента зависят только от его атомного номера,
который указывает положительный заряд ядра, выраженный в единицах <?.
Нейтральный атом элемента с номером N имеет ядро, состоящее из К 4- N
протонов и К электронов, а вокруг этого ядра вращаются N электронов.
Так как вес электрона равен О,0005, то нм можно пренебречь.
Название «п р от о п» было предложено Е. Ре в е рФ рдим для
обозначения атома положительного электричества. Заряд его равен
(только с нротивоп-можным знаке;.;) заряду электрона (а = 4,774. 1G”10
электрост. ед. электричества) (см. § 207). Вес протона равен весу 1 атома
водорода, т.-е. 1,66. lG_2i грам. или 1,008 (О = 16).
Вес атома должен быть К + N, и, если не делать ограничения для числа
X, возможен всякий номер изотопа. Но опыт показывает, что следует сде-
лать некоторые ограничения.
Первое ограничение состоит в том, что, за исключением случая водо-
рода, К никогда не может быть менее N, ибо атомный вес элемента всегда
равен двойному атомному номеру пли более этого числа. Верхний
предел для значения К тоже является ограниченным, ибо до сих пор
но было найдено никаких двух изотонов, отличающихся более чем
на 10% от среднего атомного веса. Наибольшая разница в девять
единиц для криптона.
Протоны и электроны могут быть рассматриваемы как кир-
пичи, пз коих построены атомы. Атом с атомным весом т переходит
в атом с атоме. весом т + 1 при прибавлении одного протона и одного
электрона.
Если оба онп (т.-е. и протон и электрон) войдут в ядро, новый элемент
будет изотопом старого, ибо заряд ядра не изменился (см. рис. 124). В слу-
чае же если протон войдет в ядро, а электрон вступит в наружный
слой, то получится атом с ближайшим номером (ср. изотопы лития
я бериллий).
Изтопы
Если возможны оба случая, то, следовательно, могут получаться
элементы с одним и тем же атомным весом, но различными химическими
(3 >
। А м Изотопа Пития Li i'C
- . L. и-
(3 .. гипотетичен го нжлгиид бериллия Be (7i.
На ряс. 1*24 внутренняя круг аэображает ядро этою, несущее положительные и отрицатель-
ные заряды, ээектроны же, врацмощнеся вокруг ядра, изображены малыми кружками. Число
зтектронов. как видно, разно избытку положительных зарядов ядра над отрицательными
- совсем правильно изображает относительные размеры ядра и элект юв:
как » юе »сч. § ..жен не П) размеры этектрона во много раз превышают
таковые положительного ядра.
свойствами. Такие элементы называются изобарами, п дс ;кчъ ггг ель по из-
вестны между радиоактивными элементами.
Случай водорода—единственный; его атом кажется состоящим из
одного протона в ядре (с одной планетой, или электроном). Это единственный
атом, в котором ядро не состоит из протонов, соединенных вместе. Теория
показывает, что в случае, когда такое соединение происходит, действующая
масса должна понизиться, напр., когда четыре протона связаны вместе
двумя электронами, так что образуется атом гелия, ядро его должно иметь
вес меньший, чем в четыре раза, сравнительно с ядром водорода, что действи-
тельно и наблюдается.
К ц б л v ков. Неорганическая химия»
23
ПРИЛОЖЕНИЕ II.
Теория строения атомов.
§ I. Теория Томсона и Резерфорда. § 2. Понятие о квантах. 3—4. Строение атома водо-
рода. § о. Строение атома ix-лня. § 6. Размеры ядра и электрона. §7. Заряд ядра. § 8. Закон
Мозлея. Пераодическая система. § 9. Строение :томов с большим числим электронов.
§ 10, Строение молекулы водорода. §§ 11—12. Разложение азота и других элементов.
§ 1. Когда исследование радиоактивных тел с очевидностью показало,
что в состав их атомов входят электроны и а-частицы (т.-е. атомы гелия,
несущие 2 положительных заряда), то явилась настоятельная необходимость
для разъяснения явлений распада радиоактивных тел создать теорию
строения атомов, другими словами—построить модель атома.
Дж. Дж. Томсон первый предложил модель атома, построенного из
электронов и положительного электричества, равномерно распределенного
внутри шара, образующего атомы; электроны двига ются по круга м, имеющим
общий центр с атомом, и вследствие развивающейся центробежной силы
отбрасываются в наружный слой атома. Создавая шары с разным числом
зарядов и размещая в них электроны, расположенные по кольцам в опреде-
ленные правильные фигуры, Томсон получил некоторые аналогии с перио-
дической системой элементов Д. И. Менделеева, но опытные исследова-
ния прохождения а-частиц (т.-е. атомов гедия, несущих 2 положительных
заряда) через различные вещества показали, что ядро, несущее положитель-
ный заряд, должно быть гораздо меньших размеров, чем предполагал
Томсон: оно должно быть меньше электрона. Резерфорд предложил
теорию, согласно которой атомы элементов, подобно планетным системам,
состоят из положительного ядра, имеющего массу, равную массе атома и
отрицательных электронов, движущихся вокруг ядра. Чем больше атомный
вес элемента, тем сложнее является такая атомная система, и наиболее
простым строением обладает атом водорода. Он состоит из положитель-
ного ядра (одного протона) (см. выше § 11, приложение I), вокруг коего
вращается один электрон.
В 1914 г. молодой датский физик Бор, исходя из модели атома
Резерфорда и вводя некоторые понятия, связанные с квантами
Планка, показал, что при известных допущениях можно построить
простые атомы и молекулы (водорода, гелия), которые во многих отно-
шениях ведут себя, как реальные атомы и молекулы.
§ 2. Прежде чем приступать к краткому изложению теории Бора,
остановимся несколько на разъяснении того, что разумеют под словом:
кванта.
St 3 Строение атома водорода 355
Когда физика в последнее десятилетие сделала такие успехи, что ока-
,| <-ь возможным изучать движения отдельных атомов и электронов, то
выяснилось, что энергия, выделяемая отдельными атома ми в форме колебании
(т.-е. ввиде лучистой энергии), проявляется ве как нечто непрерыин' . pai-
номерное, но изменяется резкими скачками или, как теперь говорят,
квантами. Атом может испускай, viii .. .н . <___к-.-личество
энергии в виде энергии колебания, или лучистой энергии, называем!
одной квантой энергии, либо две, либо три и т. д. таких квант энер-
гии, но не может испускать ни ’/«, ни l^a. ни 21/4кванты энергии, ни вообще
какого-либо количества энергии, заключающегося между 1 и 2 квантами ее.
К этому выводу физика впервые пришла при исследовании излучения чер-
ного тела, а затем он на пел с^б.. п<' тт-р ждение и в других случаях, где
играют роль колебания, периодические движения атомов, особенно в теории
удельной теплоты. Но эпи кванты шергпж не для всех видов колебаний
елвки. напротив, они тем больше, чем больш пни
(в секунду). Отношение величины такой кванты энергии колеблющегося
'. : _ _ 'ании есть постояв; .В этова ют кон-
стантой Планк а или кв а нт о 1 Действия. В абсолютных
единицах (см., гр., сек.) эта кванта действия равна 6,56.10|_и эрг./сек.
Наиболее важное значение имеет другая величина, называемая'
кв антой лучистой энергии. Она равна Av, тде v—число
колебаний в секунду того однородного луча, к которому данная кванта
относится.
Кванты лучистой энергии измеряются эргами. На кванты можно смо-
треть как па элементарные количества энергии, или атомы энергии. Выра-
жение Av показывает, что кванта тем больше, чем меньше длина волны.
Наибольшими квантами обладают лучи Рентгена, наименьшими — элек-
трические лучи Герца.
§ 3. В § 215а было показано, что чпс.то колебаний в 1 секунду (или
частота) водородных линий в видимой и ультрафиолетовой, части можно
вычислить по формуле Бальмер- Ридберга
где В = 3,29. 1015, а т = 3, 4, 5 и т. д.
Подобные соотношения найдены и для других сериальных спектров.
Одной из ценных сторон теории Бора является то, что она объясняет
вышеуказанную закономерность сериальных спектров.
По теории Бора, отрицательные электроны вращаются по кругам или
эллипсам вокруг положительного ядра, так же как планеты движутся вокруг
солнца, при чем, однако, центростремительная сила здесь происхождения не
всеобщего взаимного тяготения, но является кулоновским притяжением
положительного и отрицательного электричества. Хотя вообще эти круговые
движения электронов должны быть задержаны электромагнитным действием
эфира на движущийся электрон и, таким образом, длительное существование
S3*
:>56 Строение. атома водорода § 3
такой микро-солнечной системы певозм ? . ни на aip . жых.такназыв.
«дозволенных . ' х. известным т ч причина- ?ть электрона
остается все же постоянной, при чем для отдельных орбит характерные
скорости относятся, как 1 : 1 2 : 1i3 . когда [•• орбит, при-
нятых за круговые, возрастают, как 1 : 4 : 9 ; 16 : г' * етствующая
орбита должна определять, наравне со скорость,. • движения
электрона, и, как это следует из предыдущею; хш-- у более
отдаленной орбиты, чем у болей близкой к ядру.
Если эл ” — • третьей а мпмаошх ' ледова-
только, на расстояния 9 от ядра, и если он внешним толчк вырван
этого луча пропорциональна
так, что попадет на вторую орбиту, то он здесь отдаст определенную кванту
энергии, которая излучатся в виде света, и как раз частота к •лебання
/1 1 \ „
---- . При переходе с четвертого круга
3 j
.. . . /114
на второй частотам будет пропорциональна {—--и т. д., как того
\ 2" 42/
и требует объясненная этим формула Бальмера-Ридберга г).
Таким образом, когда электрон перелетает с m-ого круга на второй,
возникает1 излучение с числом колебаний г, равным
р / 1 1 \
V = л — ---— I.
т‘ '
т.-е. как р< ic гем числом колебаний, которое соответствует бальмеровской
сериальной формуле для водорода.
Среди триллионов ядер н электронов, находящихся в одном кубиче-
ском сантиметре в.одорода, очень часто должны иметь место все возможные
случаи движения. Тысячи раз электроны выталкиваются с третьей орбиты
на вторую, другие тысячи раз толчки перебрасывают нх с четвертой или
пятой орбиты на вторую. Результат таких одновременно или последовательно
происходящих движений обнаруживается в виде спектральных линий,
излучаемых водородом. Кроме тех спектральных линий, которые обнаружи-
ваются при переносе электронов с различных орбит па вторую орбиту,
возможны переходы на первую или же иа третью орбиту: в первом случае
получается серия спектральных линий, для коих
v =R (±
\ 1 Ш7
(ультрафиолетовая серия Лимана), а во втором
На основании теории Бора можно вывести следующую формулу для константы
Ридберга: R , где я —отношение окружности к диаметру, •»» —масса электрона,
ft
равная 8,99оД0—21 грамма, вг—заряд электрона == 4,774. 10“10, h ^6,55. 10“i7 (постоянная
Планка). Если мы подставил вместо т, е, h — их величины, то получим 8 27, т*’ё*
число, совпадающее с эмпирически найдетиюИ константой Ридберга,
§§ 4—5 Строение атома во5 Стпоени1’ атома гелия 357
-
(инфракрасная серия П а ш :
них линий была открыта:
Лиманом, вторая в инфр; т
§ 4. По теории Б о р а
роди (а также и других га.
определенного объема. В
чипом расположении
на самом устойчивом. < i
круге) электрон и
нии в 0.55 . 10““
ищется вокруг.
раз в секунду. И > :
атомами tvin \ я ат ..
и другая серия спсктра.ть-
т; '.. Фиолетовой части спектра —
— На ни-ном (см. рис. 125).
ЭЛСКТрОНЫ мда.!-. НЫ Е _ .125.
четвертую.' ... ..
котор.равны 2,й 1 . 1*л 5 для второго, 4,95 . :м. для третьего,
8,80 . для четвертого и т. д.
По нужно иметь в виду, что движение электронов па далеких расстоя-
ниях от ядра, мавр, по десятому пли пятнадцатому кругу, может встретиться
только при наличности исключительных условий.
При нормальном давлении каждая молекула водорода занимает про-
странство, равное кубу, половина длины ребра коего равна 16,5 . 1G”8.
В таком кубике могут поместиться целиком лишь круги от 1-го до 5-го, по-
следний из коих имеет радиус 13,7 . 1G~8 см. Пятый круг соответствует
водородной линии \.(. Поэтому приходится ожидать, что при нормальном
давлении у водорода можно наблюдать только линии Ne, Np и N7.
В гейслеровых трубках, где водород разрежен до 1—2миллим., можно
проследить ультрафиолетовый спектр лишь до 12 лпшш серии Бальмера,
следующие же линии, вплоть до 31-й, были в действительности найдены не в
гейслеровых трубках, а лишь в спектре гуманностей, у которых плотность
газа приходится считать краппе ничтожной.
Таким образом объем атома водорода бывает различен, смотря по сте-
пени разреженности газа. В тончайших небесных туманностях радиус атома
приблизительно в 1.000 раз больше радиуса самого внутреннего кольца.
§ 5, Атом водорода имеет наиболее простое строение (рис. 126).
Атомы других элементов являются более сложными. Ближайшим
по простоте является атом _____
гелия, ядро которого (я-ча- .........
стица) обладает двумя положи- Эя^ктрон
тельными зарядами: поэтому ---------------'
в атоме гелия находится два р1|С. пй?,
наружных электрона. Вопрос о
том, как расположены орбиты, по коим двигаются электроны, является нс
вполне решенным. По Бору оба электрона вращаются около ядра по
Одной и той ясе орбите на расстоянии полукруга один от другого. Радиус
358 Размеры ядра и электрона. Заряд ядра §§ 6—7
орбиты составляет 0,57 радиуса одноквантовой орбиты водорода, а
скорость вращения в 3 раза более таковой для электрона в атоме
водорода (рис. 127). Но нельзя считать установленным, что таково
истинное расположение обипх электронов в нейтральном ме гелия.
.................—.......... Возможно, что ' электрона
Электро»С% О............вращаются-; ч: орбитам,
находящимся i •. пых п.чо-
рио J»? скостях и им- досно-
вание думать ч такая
конфигураггтч ? - 1 7 - . - минтая
Б о р о м.
§ 6. Размеры ядра и электрона. 1L предыдущ ч видно, что радиус
атома водорода при нормальных условиях в среднем близок к 10_3 си.,
т.-е. составляет приблизительно одну стомиллионную долю сантиметра.
Атомы других элементов будут иметь радиусы в несколько раз больше или
меньше Ю-8.
Радиус же электрона составляет около 2.10-'8см.,а радиус положи-
тельного ядра в 2000 раз меньше, т.-е. около 10“16 см.
Чтобы составить наглядное представление о соотношении размеров
частей водородного атома, вообразим,-что атом водорода с радиусом в
1.10~8 см. увеличен до размеров земного шара с радиусом в 6.350 км. Тогда
ядро атома будет иметь радиус в 6 сантиметров, т .-е. величину д текого мяча.
У электрона радиус окажется равным 120 м<: ров. что соответствует величине
большого здания, напр. казармы. II вот эта казарма носится по кругу
около детского мяча, при чем наименьшее расстояние, на котором может на-
ходиться электрон от ядра (на круге 1), т.-е. 0,55.10~8 см., соответствует
здесь приблизительно половине земного радиуса, точнее 3.500 км. Следующие
круги имеют радиусы, равные двум и четырем с половиною земным радиусам.
Как видим, в пространстве, занимаемом атомом,
электрическая материя занимает в действитель-
ности лишь очень небольшое место, а бдлыпая
часть атома остается пустой.
§7.3арядядра.Г.Гейгер и 3.Марсден нашли, что пути многих а-ча-
стиц, вначале прямолинейные, получают иногда очень резкий излом, и вели-
чина этого излома тем больше, чем больше атомный вес того элемента, через
который проходят а-лучи. Для объяснения этого явления Резерфорд,
как было указано, принял, что химический атом занимает довольно большое
пространство. В центре этого пространства находится заряженное положи-
тельным электричеством ядро, вокруг которого на разных расстояниях
вращаются отрицательные электроны. И вот, если а-частица попадает
внутрь такого атома, то она отталкивается положительным электричеством
ядра, так как сама несет положительный заряд. Вследствие этого происходит
отклонение от первоначального направления полета, и величина этого
отклонения тем больше, чем больше заряд положительного ядра и чем ближе
частица подлетает к ядру.
§ 8
Закон Мозлея
359
Опытные измерения величин отклонения позволили вычислить по-
.ivл<1 (тельный заряд ядра, и оказалось, что у различных атомов заряд цен-
трального ядра имеет величину приблизительно равную (для элементов с
атомным весом менее 40, т.-е. до Са включительно) половине атомного веса.
Таким образом положительный <аряд гелия (Не = 4' равен 2, углерода
(0=12) — 6, кислорода (О = Г --- серы (.8 = 32 —У
Если мы расположим эле мен . ..... /атом-
ному весу, то вышеназванные элементы займут * , поряд /• равен
полови пр атомного веса. Первые элементы расположатся в таком порядке:
1~й Н, 2-й Не, 3-й Li, 4-й Be, 5-й В, 6-й С, 7-й N, 8-й О, 9-й F, 10-й Ne,
11-й Na, 12-й Mg, 13-Й А1, 14-й Si, 15-й Ph, 16-й S и т. д.
Таким образом порядковое число (или номер места элемента) в перио-
дической системе равно положительному заряду атомного ядра, или —дру-
гими словами - - ч и с л о п о л о ж и т е л ь а ы х первичных за-
рядов атомного ядра определяет его п < о ря д к о в ое
ч и с л о в п е р и о д и ч в с к о В системе, а также атом н ы й
в е с.
§ 8. Закон Мозлея и периодическая система элементов, и заряде
ядра атома дают сведения сш-ктры вы<ч.к< й частоты (или большого числа
колебаний), иными словами—малой длины волны, которые получаются при
пропускании катодных лучей в рентгеновских трубках на антикатод, покры-
тый исследуемым элементом или соединением; исходящие от него рентгенов-
ские лучи показывают совершенно определенные характеристические линии,
но длина волны-которых от 600 до 3.000 раз меньше длины волны крайних
до сих пор измеренных ультрафиолетовых лучей.
Если подсчитать частоту, т.-е. число колебаний в 1 секунду, спектраль-
ных рентгеновских линий (v) для разных элементов, то найдем, что квадрат-
ные корни из v изменяются во закону:
/7 = С (N—о),
где Лт целые числа 1, 2, 3..., с и а постоянные. Число N совпадает с номером
рассматриваемого элемента в периодической системе элементов; оно есть
порядковое число элемента и для Н равно 1. для Не — 2, для Li — 3, для
Вс — 4 и т. д. до U — 92.
Если нанести порядковые числа элементов по абсциссе и соответ-
ствующие значения 10—*. j/v по ординате, то получим прямую линию:
квадратные корни из числа колебаний (v) суть
линейные функции порядковых чисел элемента.
Этот закон нрем£де всего имеет значение для бесспорного размещения
элементов в систему. Мы видели, что при расположении элементов по атом-
ному весу, невзирая на химические и физические свойства, теллур (127,5)
должен стоять позади иода (126,9), кобальт (58,97) позади никкеля (58,68)
и аргон (39,88) позади калия (39,10), так что здесь нарушен возрастающий
порядок элементов. По закону Мозлея, иод стоит за теллуром, никкель
позади кобальта и калий позади аргона, как этого и требуют свойства этих
элементов.
360 Закон Мозлен
1 н ТАБЛИЦА. Периодическая система элементов. 1,008
Пери* оды, Ряды. 1 2 Группа Группа VIII 1 0 ’ 1 Группа T a b Группа II | a b Группа HI a b । Группа IV 1 a b 1 Группа V a ’ b Группа VI । a b 1 Группа VII a b
I 11 S Не < 4,00 3 Li 6,94 4 Be । 9,1 _.i i в 11,0 ! 6 C 12,00 7 N I 14,01 8 0 16,00 9 F 19T0
10 No 11 Na 23,00 12 Mg 1 24,32 13 Al 27,1 14 Si , 28,3 15 P | 31,04 , 16 s , 32,06 i I „ । 17 Ci 35,45 1.
Ш 3 18 Аг 39,88 19 К 39,10 20 Ca 40,07 31 Sc 45,1 22 Ti 48Д 23 V 51,0 24 Or 52,0 । 25 Mn 54,3
4 2» IV 27 to 28- N? 55.nl 58 97 58,68 29 Си 63,57 30 Zn 65,37 31 Ga 69-9 32 Ge 72,5 38 As. 74,96 34 Se 79.2 35 Br 79,92
TV 5 Зв Кг 82,92 87 Rb 86,45 88 Sr 87,63 89 Y 88,7 40 Zr 90,6 41 Nb 93,5 42 Mo 96,0 > 48 —
6 44’Ии 15 Kb 46 Pd НИ.7 102,9 106,7 47 АГ 107,88 48 Cd 112,4 49 In 114,8 50 Sn 118,7 51 Sb 120,2 52 Те 127,6 53 J 126,92
V 7 54 X 130,2 IFcs 132,81 56 Ba 137,37 57 la 139,0 58 Ce 5» Pr 60 Nd 61 - 62 Sm 63 Eu 140,25 140,9 144,3 150,4 152,0
8 64 G4 05 Th 00 Dy G7 Но 68 Er 69 Tu I 70 Yb 71 Lu 72 Tn II 157,3 15!l,'.! 162,5 163,5 167,7 168,5 173,5 175,0 (Hf) 73 Ta 181,5 74 W 184,0 75 -
9 70 (N 77 It 78 Pt Ilin,'.) 193,1 195,2 79 Au 197,2 80 Hg 200,6 81 T1 204,0 82 Pb 207,20 83 Bi ?09,0 84 Po (210,01) 85 —
10 86 Em (222,0) 87 - 88 FU ?26,0 89 Ac 1 (227) 90 Th 232,15 91 Pa (230) 9Й U 238,2
Рядом с символами юмситов указаны порядковые номера, под ними — атомные веса.—Между таллием (81) и ураном (92) почти каждое
место системы занимают несколько, большей частью радиоактивных, элементов. В таблице даны символы тт атомные веса только наиболее устой-
чивых (распространенных) элементов каждой плеяды,—Некоторые обыкновенные элементы являются смесями нескольких изотопов (смешанные
элементы), атомные веса которых даны в. табл. 4.
§ 9 Строение атомов с большим числом электронов 361
Расположение элементов на основании этих спектров свободно таким
образом от тех ошибок, которые получаются, если в основание положить
атомные веса. Но оно дает возможность также уверенно узнать, сколько и
какие элементы еще не открыты. Именно между церием и танталом лежит
группа редких земель, свойсiв • которых столь схожи, что в старой п> риод; -
ческой системе (см. табл, на стр. 207.) для них иет определенных мест,
и определить промежутки в системе благодаря этому невозможно. II-.-
порядкового числа церин 58 и тантала 73 сл'-дует. г между -гими эле-
ментами должны находиться еще 14 других. Из них известно 12. недостает,
следовательно, двух, которые, долиты быть открыты и должны носить
характер редкоземельных металлов. Одним из этих элементов должен бы
быть туллий II. Кроме того, отсутствуют еще оба гомолога марганца
(43 и 75). гомолог ипда (S5), и цезия (87). как это показывает нижепоме-
щенная таблица периодической системы, в которой около знака соответ-
ствующего элемента поставлен" его порядковое число (см. стр. 860).
§ 9. Строение атомов с больший числом электронов. Переходя к во-
просу о строении . •' ьшими атомными номерами, уь-.ч ,нем. что в на-
стоящее время 1.1924 г.) известно несколько атомных моделей, предложенных
различными авторамп, и >то у 'р/ :• ... ; чт<> не только нет
уверенности, но не существует точней крип рия. юворящ» го в пользу топ
или другой модели. Есть основание предположить, что э.р ктроны располо-
жены около ядра по кольцам (или же сферам), но относительно числа колец
и электронов на них нельзя сказать ничего достоверного.
При построении атомной модели нужно было принять во внимание, во-
первых — периодичность свойств элементов во-вторых — (атомность) ва-
лентность элементов, которая возрастает is первом ряду от 0 до 7, при пере-
ходе от нулевой группы элементов к VII. Руководясь такими соображе-
ниями, В о р дал для первых 24’элементов схему распределения электронов
в отдельных кольцах. Впоследствии .эта схема была исправлена и допол-
нена Кесселом.
Атом водорода имеет один электрон, атом гелия —два, они образуют
первую сферу (или 1-е кольцо). С лития начинается второй слой, в котором
находится один электрон, у бериллия во втором слое—2, у бора—3, у
углерода.—4, у азота—5, у кислорода—6, у фтора—7, у неона—8 электро-
нов. Затем идет третий слой, в котором число электронов возрастает
опять от 1 у натрия до 8 у аргона. Затем идет 4-й слой, в коем наблюда-
ется тоже возрастание от 1 у калия до 7 электронов у марганца.
По Косс ел ю существует большое различие’в свойствах атома,
которые зависят от наружного и внутренних рядов электронов. В то время
как свойства атома, зависящие от внутренних рядов электронов, изменяются
последовательно от элемента к элементу, как это показано М о з л о е м
(см. § 8) для чисел колебаний Рентгеновских лучей, свойства элементарных
атомов, зависящие от внешнего слоя электронов (прежде всего химические
свойства), изменяются периодически. Электроны внешнего слоя (или валент-
ные) наиболее легко отделяются, и число их определяет число единиц поло-
362
Строение молекулы водороде. § 11
жительной валентности (атомностн)атома;;лк. оно равно вулюв атоме гелия,
единице’—у одновалентного атома лития. 2 у двухатомного бериллия и т. д.
Число внешних электронов в атомах неона и аргона равно 8. Ни аргон, ни
неон не вступают в химические соединения, т.-е. они не проявляют никакой
положительной валентности, следовательно, ни один из их внешних электро-
нов не может быть отделен ни при каком химическом процессе, а это указы-
вает на то, что слой из 8 электронов очень устойчив.
Таким образом, сочетание из 8 электронов, образующих внешний слой
благородных газов, обладает наивысшей устойчивостью, Слой же в 1 элек-
трон является наименее устойчивым. и из него легко отделяется один элек-
рон (т.-е. образуется i сколько устойчивее слой из 2 электронов
и т. д.; слой из 7 электронов стремится прибавить к себе один электрон,
для образования устойчивого сочетания из 8 электронов; слой из 6 электро-
нов стремится прибавить к себе 2 электрона, но с меньшей силой, и т. д.
Основываясь на таком представлении о строении атомов, К о с с е л ь
очень просто объясняет многие химические явления ив частности комплекс-
ные химические соединения. Образование соединения можно объяснить,
рассматривая чисто электростатические силы. Так, напр., процесс образова-
ния хлористого натрия (NaCl) объясняется следующим образом: сперва
электрон из внешнего слоя атома натрия отрывается от атома и присоеди-
няется к внешнему слою из 7 электронов атома, хлора. Таким образом полу-
чается два иона Na+ С1~; оба они имеют устойчивые внешние слон из 8
электронов. Ионы, несущие противоположные заряды, притягиваются друг
к другу п образуют молекулу NaCl.
§ 11. Строение молекулы водорода. Нейтральная молекула водорода
должна состоять из двух ядер, находящихся на определенном расстоянии
друг от друга, и из двух электронов. По Бору, когда два атома водорода
о сталкиваются между собой, получается
; система симметрии, , в коей электроны
I обоих атомов движутся по одной общей
• орбите вокруг линии, соединяющей центры
! ядер обоих атомов. При этом сила от-
талкивания между ядрами уравновеши-
Х7х ; _ Д-\ вается силой притяжения, с которой оба
электрона действуют на каждое из ядер
-----j......(рис. 128).
j По расчетам II. Бора радиус орбиты,
по коей вращаются оба электрона, равен
: 0,95 радиуса первой (одноквантной) ор-
о биты в водородном атоме, а расстояние
Р1[С j.2g обоих ядер в 1,16 раз больше диаметра
этой орбиты. Таким образом радиус круга
равен 0,52.10—8 см. расстояние ядер 1,22.10“3 см. Число оборотов
электронов в секунду равно 1,10 числа оборотов электрона в атоме
водорода.
§12 • Разложение азота, и других элементов 363
Нельзя йе указать, что против такой модели молекулы водорода воз-
южны возражения, указывающие на ее неустойчивость. Что касается до
строения молекулы других атомов, то вопрос этот нельзя считать достаточно
разработанным.
§12. Разложение азота и других элементов. В 1919 г. Резерфорд
ОПИСаЛ ОПЫТЫ, ИЗ КОИХ МОЖНО ОЫЛи ЗаКЛЮЧНТЬ. ЧТО ПрИ СТОЛКНОВЕНИИ 3-.IV-
чей с атомами азота из последних выталкиваются частицы меньшой массы,
которые по всей вероятности можно отождествить с я драил . ; да (про-
тонами).
Метод, который позволил Резерфорду подметить вышеописанное
явление, заключается в следующем. Дальностьп о лета в воздухе я-частиц,
выбрасываемых радиоактивными телами колеблется от 3 до 7 см. и более
в зав» им.••• и от х v . , р г : «-час цц мо. во обнаружить,
помещая на их пути экран из цинковой обманки. Тогда каждая «-частица
дает вспышку (искру; на Т"М хи стс экран.'., и- со. Таким
образом на экране наблюдаются в разных местах вспышки: происходит так
назыв. сидит и л л я ц и я экрана, но только в том случае, если держать
экран на расстоянии з— 7 см. <! источника а частцы. каким в опытах
Резерфорда является радии С (RaC).
Но более точные наблюдения, произведенные Резерфордом, по-
казали, что и на гораздо ббтыпкх расстояниях, до 30 см., наблюдается,
правда, слабая и редкая сцинтилляция экрана. Дальнейшие исследования
показали, что эти сцинтилляции вызывались ядрами водорода (протонами),
когда они выбрасываются из атома при центральном ударе я-частицы
об ядро водородного атома.
Как показали расчеты Дарвина, скорость, которую приобретает
ядро водорода в наиболее благоприятном случае центрального удара,
в 1,6 раза более скорости налетающих а-частпц с массой, в 4 раза большей,
а потому пробег выбрасываемого водородного ядра должен быть в 4 раза
больше такового для а-частиц.
Это и было подтверждено Марсденом, который нашел, что в то
время как пробег я-частиц в водороде при атмосферном давлении составлял
24 см., при тех же условиях можно было наблюдать сцинтилляции на экране,
на расстоянии свыше 80 см. Что эти сцинтилляции вызываются весьма бы-
стрыми водородными атомами, Редер форд показал путем измерения
отклонения этих частиц в электрическом и магнитном поле. Подобные же
Н-частицы с большим пробегом наблюдали при пропускании а частицы
через тонкий слой какого-либо водорода, содержащего вещества, напр.,
воска.
Чтобы создать такую Н-частицу, я-частица должна совсем прибли-
зиться к ядру, при чем последнее получает настолько мощный толчок,
что оио вырывается из атома, независимо от того, связан ли последний
своими внешними частями химически или нет. Но нужно принять во внима-
ние, что подобные центральные столкновения происходят очень редко:
&
36 i Разы женин азота- и других элементов - § 12
по Резерфорду, на каждые 100.000 а-частиц, из коих каждая, в свою
очередь, на протяжении 1 см. в водороде сталкивается с 10.000 молекулами
водорода, возникает только одна Н-частица с большим пробегом. Таким,
образом только при одном из 1и9 миллиарда столкновений с молекулами
водорода а-частица проходит настолько близко от ядра, что в состоянии
выбросить быструю Н-частицу (протон).
Когда Резерфорд при своих опытах заменил водород азотом, то
оказалось, что в чистом сухом азоте образуется гораздо больше Н-частиц.
чем можно было ожида гь. Р чпг* м кислороде или углекислом газе хотя и
образуются тоже благодаря всегда имеющейся возможности водородные
ядра, нов азоте протонов появляется вдв<р г |ьш> . Лрнчпн<>п о г явления
не'могло быть количество содержащейся в азоте влаги, так как оказалось
безразличным, был ли азот возможно лучше высушен или нарочно сильно
увлажнен. Единственно мыслимое объяснение заключается в том, что я д р а
азота содержат также водород: при нейтральном
ударе а-частицы ядро атома азота распадается,
и из него выбрасываются водородные ядра. Следует
принять во внимание, что общее количество азота, распадающегося под влия-
нием а-частиц, чрезвычайно мало. Действительно, в среднем только одна
а-частица приблизительно пЗ 300.000 может подойти достаточно близко
к ядру азота, чтобы освободить атом водорода с энергией, достаточной, чтобы
его можно было открыть прп помощи сцинтилляции. Если подсчитать число
а-частиц, испускаемых одним граммом радия в год. и принять во внима-
ние, что лить одна из ЗСЮ.ииО а-частиц, может выбить водородные ядра
азота, то в год получим прп 1 грамме радия 0,0005 мм3 (5.10“4), т.-е.
для получения пузырька водорода с булавочную головку необходимо
ждать 2.00р лет (!). -
В 1921 г. Резерфорд опубликовал статью с описанием новых
опытов по разложению элементов.
Так оказалось, что под действием а-частиц из RaC с пробегом в 7 см.
атомы бора, фтюра, натрия, алюминия и фосфора
выделяют водородные ядра с большим пробегом. Атомы Li, Be, С, О, Si,
S, 61, К, Са, Mg, Ti не поддались ударам а-частиц и не могли быть раз-
ложены; также не удалось разложить тяжелых.атомов: Mn, Fe, Си, Su.
Agn Au.
Все вновь разложенные элементы принадлежат к классу элементов
с нечетным атомным номером и нечетным атомным весом. Невозможность
разложить атомы тяжелых элементов объясняется, невидимому, тем, что во-
дород в их ядрах теснее связан с пассивным ядром, и а-частица под
действием сильных отталкивательных сил ядра не может достичь цели.
Интересно, что при столкновении ядра с а-частицею распадается
первое, а-частица, благодаря своей изумительной прочности, остается,
невидимому, невредимой.
s 12
Разложение азота, н других элементов
Резерфорд отмечает, что атомные веса всех разложенных им
в ментов не делятся на 4. п делает отсюда заключение, что в состав таких
(томов, кроме гелия , ВХОДИТ водород.
В самом деле;
ДЛЯ В .... ЧГ"МНЫИ В' С 11 _ . 4 —
У? N ... 14=3.4 — а
» F . . . . > 19 = 4.4 - 3
Nil. ... : » 23 = 5.4 + 3
» Al . . . » » 27 = 6.4 + 3
Ph . . . » » 31 = 7.4 + 3
Водород этот, И" мнению Резерфорда, может вращаться в виде
спутника около самого ядра; таким образом, он допускает', что положи-
гельные заряды, в противоренш закону Кулона, на очень небольших
расстиявш х : . - ' : .
Если представить себе водородное ядро на орбите вокруг гелиева
ядра, то можно представить себе две следующие картины;
1. а-частица, налетая на водородш.».- ядро, сбивает его с орбиты и
выбивает из атома, при чем Н-частица улетает по направлению удара
з-частицы.
2. а-частица, ударяя по Н-ча.стице, толкает ее в сторону гслиева.
ядра; Н-частнца проходит близко от ядра и под действием сил притяже-
ния изменяет свой путь настолько, что, как комета солнечной системе,
огибает ядро п улетает из атома в направлении, противоположном удару
а частицы.
Опытные данные подтверждают обе возможности. Так, прп ударе
потока а-частиц об алюминиевую пластинку из псе вылетают протоны
как по направлению потока а-частиц (с пробегом 90 см), так и в противо-
положном направлении, правда, с несколько меньшим пробегом (67 см).
Если действовать на А1 последовательно а-частицами разного про-
бега, то легко на опыте убедиться, что энергия удара а-частицы с пробе-
гом в 49 см. есть низший предел, при котором она уже не может разбить
алюминиевого ядра.
Если пересчитать энергию этого низшего предела на потенциал в
вольтах —- необходимый, чтобы током электронов произвести то же дей-
ствие, оказывается, что разложение атома алюминия было бывозможпо лишь
ври разности потенциалов в 6 милл, вольт.
Между тем, для того, чтобы вырвать из самых глубоких недр электрон-
ной оболочки атома, с так называемого кольца К, один электрон, требуется
всего лишь 2.200 вольт: так велика разница в силах, скрепляющих отдель-
ные части ядра между собою и привязывающих к ядру его внешнюю элек-
тронную оболочку.
В высшей степени интересен факт кажущегося противоречия с законом
сохранения энергии, наблюдаемой при распаде атомов.
866
Разложение азота и других элементов
§ 12
Так, ча стопа Н. вылетающая из атома А1, имеет энергию в 1,4 раза
Сблыпую, чем энергия выбившей ее а-частицы. Избыток энергии
приходится приписать выделению энергии внутриатомной. Таким обра-
зом реакцию искусственного разложения атомного ядра надо признать
экзотермическою, подобно тому, как мы это имеем и при самопроизволь-
ных радиоактивных превращениях1).
1
Ч Желающим ближе ознакомиться с вопросом о строении атомов укажем:
Резерфорд. Строение атома и искусственное разложение элементов. 1923.
Проф. Л. Грец. Теория атома в ее новейшем развитии. 1922.
М. Борн. Строение Материи. 1922.
Проф. Л. А. Чугаев. Природа и происхождение химических элементов. 1923.
Я. И. Френкель. Строение Материи. 1923.
Зоммерфёльд. Спектральные линии и строение атома. 1924.
Ж. Перрен. Атомы. 1924.
ПРИЛОЖЕНИЕ 111,
Краткий очерк органических соединений.
4; 1. Вее до ле, $ 2—3, Углеводороды предельные, §§ 4—5. Углеводороды непредельные >
6—7. Углеводороды ароматического ряда, § 8. Полиметиленовые .углеводороды. Нафтены.
§ 9. Нефть/ § 10, Гал он доеаме шейные углеводородов. §§ 11—13. Спирты* § 14. Фенолы,
§§ 15—16. Альдегиды* § 17, Кетоны, § 18. Кислоты. § 19, Тела смешан ной функции.
20. J ”п?г. § 21. > V' 22. А 1. J 23. А: .... § 24. Лживо кислоты.
С 26= А ‘ " 30. Белковые тела и продукты их распада,
-• . '-'4. 11’. • л?!’1/ 'рия.
§ 1. Органическая химия- или химия углеродистых соединений, по-
ручила - му, чт? вещества, . .тужившие вначале предметом
изучения Г1 у ? : чип, ЯВЛЯЛИСЬ продуктом жизнедеятельности
животных или растительных oj ami л . 1 . цгже теория так на-
зываемой жизненной силы, по которой га чут получаться только
под влиянием особой силы, присущей живым организмам. Но эта теория
должна была пасть после того, как опыты Велерав 1828 году над полу-
чением мочевины из циановокислого аммония (NH4CNO), опыты Берт л о
над синтезом жиров и опыты многих других химиков показали, что получе-
ние органических веществ подчиняется тем же физико-химическим законам,
какими управляется синтез веществ минеральных. После этого нет основа-
ния деления химии на органическую и неорганическую (или минеральную),
но оно все-та;ш удерживается ввиду многочисленности тел, содержащих
в своем составе углерод. Ввиду важности изучения соединений углерода,
имеющих громадное значение как в технике, так и биологии, органическая
химия привлекла и привлекает к себе внимание большинства химиков,
благодаря работам которых мы имеем довольно стройную систему класси-
фикации органических соединений. Благодаря этой системе, несмотря на то,
что число органических соединений может считаться тысячами, мы можем
обнять одним общим взглядом большинство органических тел.
Органические тела могут заключать в своем составе кроме углерода
все другие элементы, по наиболее изученными являются соединения, в состав
которых входит углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор и т, п.
§ 2. Мы начнем описание углеродных соединений с углеводоро-
дов (некоторые из них описаны в §§ 154—157). Число углеводородов очень
велико, и общая их формула может быть выражена так: CnHm, где tn всегда
число четное.
Углеводороды очень разнообразны, но их можно разместить по груп-
пам рядами, заключающими сходные между собою углеводороды, При подоб-
ного рода классификации, разместив сходные углеводороды по возрастаю-
щим молекулярным (или частичным) весам, напр., СН4, С2Не, С3Н8, C4Hi0
368 У глввоооробы, предельные 2—3
п т. д., мы заметим, что каждый последующий углеводород отличается по
составу <>т свое. > предыдущего на постоянную разность СН±. т.-с. если
мы к одному углеводороду приложим 1 атом углерода н 2 атома водорода,
то получим следующий, и т. д. Подобного рода ряд углеводородов называется
гомологическим, члены ряда—г о м о л о г а м п. а СН2-—г о м о-
логическою разностью.
Нетрудно видеть, что состав членов гомологически ряда выражается
одной и той же формулой, напр. состав вышеприведенных водородов
может быть вьц . ' 1 Н + Принимая я =1. мы кожрпш СИ»,
если и -- 2. получаем CtH( ит. д. Таким образом все углеводороды могут
быть размещены в с. о'’(у!-.ци.» 1>м /г '-ню ряды Св H2n+a, Си IL,.
С„ Н^-,, СоН2я-4 и т. д.
Подобного рода классификация во многом помогает разобраться среди
массы органических соединений, но ее одной недостаточно, ибо в органи-
ческой химии мы встречаем много тел, обладающих одинаковым составом,
но различными свойствами. Такие тела носят общее название изомеров,
и явление изомерии получило свое полное объяснение только после
того, как в органическойхимйивозникла и развилась теория х и м и-
ческого строения. Возьмем ряд углеводородов. В § 157, стр. 176—178.
рассмотрены формулы строения первых членов гомологического ряда
насыщенных углеводородов (метана, этана, пропана, бутана и изобутана),
я мы здесь приведем только строение п* пт на и др. Для пентана, С5Н12
по теории волможны три мзом р. :
1) сн8. сн2. сна. он,. сн8
он.
• 2) СН >0Н' СНз ' 0Нз
СИ* СН8
' СЦ< "^СНз
В действительности известны углеводороды такого строения.
Для гексана, CeHls, возможно уже пять и т. д. Число изомеров быстро
возрастает по мере увеличения числа атомов в частице, так что для угле-
водорода возможно 802 изомера. Таким образом теория химического
строения дает возможность не только объяснить причину образования изо-
меров, но и позволяет предсказать число изомеров, если известна формула
углеводородов.
§ 3. Число предельных углеводородов насчитывается десятками.
В следующей таблице мы приведем только несколько с удельным весом
(в жид. сост.) и температурою кипения.
Точка кип.
СН4 Метан . ....................... -164°
С2Нв Этан ....................— 89,5°
С3Н8 Пропан ....................... — 38°
С4Н10 Бутан . .................. +1°
С5НП Пентан норм................ +38°
У глее 1доро)ы непредельные
369
Свн14 С7Н16 с,н„ Гексан норы Гептан » Октан » Точка кип. -71° - ?8.°4 (1„ = 0,663 d0 = 0,7006 dtf = 0,7185
с»н20 Нонан » == 0, i Зо
СггЩе Додекан норм -- г14в d0 — 0,7655
Гексадекан » . . . . -г -87е -= .7754
Первые три члена газообразны при обыкновенной температуре. Угле-
водороды до C16H3anpH обыкновенной температуре жидки. Начиная с гекса-
декана, плавящегося при 18°, ов® являются уже твердыми телами.
Углеводороды насыщенные носят еще название парафинов, и высшие
члены составляют главную часть пенсильванской нефти (см. далее § 9).
§ 4. На-рядус предельными углеводородами общей формулы С,НЛ+2
сущесттвот углеводороды общей формулы С, Нь. Эш уi вод,'роды назы-
эаются^хглеводородамв этиленового ряда, или олефинами. Важ-
нейшие углеводороды этого ряда следующие. Этилен С2Н4. Пропиле I U3He.
Бутилен С4Н», Амилен CSII> ?. Гексилен С6Н12. Гептилен С»И14 ит.д.
Олефины являются угл-.т д< родами Пгпредельными, или не-
насыщенными, ибо при действии па них хлора плп брома они энергично
присоединяют эти элементы. Напр., при действии брома на этилен получа-
ется бромистый этилен, С2Н4Вга, по уравнению: С2Н4 + Вг2 = СаН4Вг2.
1 Строение этилена изображается формулой -СН2 = СН3, или ОН,: СН2.
т.-е. в частице признают существование двух трупп СНа. Две черточ-
ки (=) или 2 точки (:), находящиеся между атомами углерода, обозна-
чают так называемую двойную связь. Они показывают, что этилен
есть соединение непредельное, способное присоединить еще к каждому
атому углерода по атому водорода, хлора и т. п.
Таким образом строение бромистого этилена изобразится следующей
формулой: СНаВг . СНаВг(см. стр. 179). Что касается до гомологов этилена,
то они могут быть получены через замещение в нем атомов водорода груп-
пами СН3, С3Н6 и т. д. Так, пропилен имеет строение СНа : СН . СН3 и
может быть назван м е т и л-э т и л е н о м.
Что касается.до бутилена, С4Н3, то тут возможны три изомера. Мы
.можем заместить в этилене один атом водорода группой этила, С2Н5, и тогда
получим СН2 : ОН . С2Н3, этил-этилен, или нормальный бутилен, но
возможно также заместить два атома водорода двумя группами метила, СН3,
причем это замещение можно произвести или в одной группе СН2,
и тогда получим СН2С^цЗ (несимметричный днметил-этилен, изобутилен)
или в обеих группах СН3, и тогда получается СН3СН : СН . СН3 (симметрич-
... ный днметил-этилен, псевдобутилен). Нетрудно подобным же образом вы-
вести формулы строения: для пентилена (амилена, С5Н10) возможно Б изо-
меров, для гексилена — еще более и т. д. (О получении и свойствах
этилена см. § 155, стр. 175.)
каблуков. ТТсоргапяче^хя ммяя-
24
370 ' Углеводороды непредельные §§ 5—Б
§ 5. За углеводородами этиленового ряда следуют углеводороды общей
формулы СаН?..2. И- рвым членом этого ряда будет ацетил- н С2Н2, о полу-
чении кот- -р- -го см. § 154 стр, 174. Ацетилен является тел- • . еще более дале-
ким от насыщения, чем «ц/лн: частица, ацетилена мелют присоединять
к себе 4 атома брома:
СгНг 4- 2Вгг = СгН»Вг4 СНВг, . СНВг,.
Ему придают такую формулу строения СН = СИ. Три ч-уя ? три точки
между атож.. - ж ' .а аг - ю связь и
означают, что каждый атом углерода соединен с другим атомом углерода
тремя -.дитпщамтт. средства и си-. --'.•и врпсо- дпцть ощ,- 2 атома водорода,
хлора, брома и т. п. Формулы гомологов ацетилена могут быть выведены
совершенно таким же путем, как и формулы гомологов этилена. Так,,
второй член гомологического ряда есть аллилен, пли метил-ацетплся,.
СН3. С = СН; в третьем ряду известны два изомера: 1) этил-ацетилеп,
ОН = С . СаН5 и 2) диметил-ацетилен, СН3.0=0. СН3. Не приводя
дальнейших гомологов ацетилена, вообще мало исследованных, укажем,
что нс все углеводороды Cn Hfn.a являются гомологами ацетилена, т.-е.
обладающими одной тронной связью; так, напр., кроме вышеописанных,
возможен еще углеводород формулы С4Нв, випнл-зтплеп.строе? пе которого
изображается так: СНа= СН . СН —СНа. Т' " . . -л-' вместо
одной тройной связи находя гея дю .; йных. Зам -щая атомы углеводорода
различными группой!! С113. J1-. г3Н7 и т. д., мы получим ряд гомологов,
заключающих две ;е ни1 связи. Эти гомологи могут быть названы
диэтклгн-'вымп производными, в отличие от гомологов ацетилена.
§ 6. Не останавливаясь на рассмотрении углеводородов CnHfn..i,
СяН.л,е и других, принадлежащих к непредельным, переходим к беп-
золу, С6Не, и к его производным. Подобно тому, как все вышеописанные
углеводороды, известные под названном углеводородов жирного ряда,
можно рассматривать как производные метана, так существу^ целый
ряд углеводородов, производных бензола. Все они составляют особую
группу так называемых ароматических углеводородов. Бензол, СД16, по
своей формуле является телом непредельным, но по свойствам он отличается
от ненасыщенных соединений; так, при действии на него брома последний
не присоединяется к нему при обыкновенных условиях, а дает продукт
замещения—бромбензол, С6Н5Вт, по ур-шо. CsHe -> Вга = С6Н5Вг 4- В В г.
Особые исследования показали, что все атомы водорода в бензоле находятся
в одинаковых условиях, а потому строение бензола можно изобразить
схемой.
СН СН
, снАсн , тт сьАон
L cbI^Jch il cb^Jch
CH CH .
Углеводороды ароматического ряда
371
-. шестиугольником, в вершинах которого расположены группы ОН.
к расположены связи, соединяющие атомы углерода между собою.
точности неизвестно. Поганот .. е у и. , in ciara это я, что д
и простые связи расположены по-очередп<>. как показывает формула II.
Шестиугольная схема позве ........................................................ш.. рдев-
шиеся па опыте, Напр., она у;.. .. . г . • . -
щнхея через замещение двух атомов И, должно быть равно, 3. Эго видно
из следующих трех схем,
СВ CR CR
СД 1 glCH СВ . ')] и иг си
СП э < СП \ 4 / СВ'/ З'СН - '
сн ГН СВ
0] . . A ' . Г ч Пара.
R, обозначает одноатомный, или од. .ли-, жиг, ... . . Вг, С1, или же
целую одноатомную (одновалентную) группу элементов, папр. СН3, NO3,
NHg, ОН и т. п.
Действительно, для всех дв у замещенных бензола известно 3 изомера;
их различают названиями: орто (1,2) или (1,6), мета (1,3) или (1,5) и
пара (1,4). Из формул видно, что положение (1,2) = (1,6), (1,5) = (1,3).
Гомологи получаются через замещение атомов Н группами СН3,
С2И5и т. д,, или же нескольких атомов этими группами. Число возможных
изомеров еще более, чем для пропзгм пых метана. В следующей таблице
находятся только наиболее известные из них.
Бензол........................... .............СИНО
Толуол (или метилбензо.1)......................С6Н5 СН3
Ксилол. ................................ ... С6Н4 (СН3)а
Этилбензол.................................. C6HSC2H5
МеЗИТПЛСН Im- п тт .пгт ч
> Трпметплоензол...............СД13 (СН3)а
Леев доку мол 3 33
Бензол, С6Не, образуется при пропускании ацетилена через раска-
ленные железные трубки и добывается при дробной перегонке каменно-
угольного дегтя. Легкое масло (так называется отгон, переходящий до 180°)
содержит бензол па-ряду с ого гомологами —толуолом л ксилолом.
Совершенно чистый бензол получается при перегонке бензойнокнелого
натрия с едким натром или натронной известью.
С6Н5СО ONa Д Na(OH) = СйПе + СОяХа2
Вепзойпокиелый Едкий Бензол. Углекнелнй натр,
натрий. натр.
24*
372 Углеводороды ароматического ряда § 7
Бензол представляет бесцветную ароматического запаха жидкость,
кристаллически застывающую при 0° и кипящую при 80,5°. Точка пла-
вления кристаллов + 6,4° Ц. Удельный вес при 20° 0,8799. Бензол горит
светящим и коптящим пламенем.
Толуол, или метилбензо л, СвН6СН3, образуется при сухой
перегонке толуанского бальзама, от которого он п ведет свое название.
Его точка кипения лежит при 110.4°.
Для углеводорода С8Н1() возможны (п известны) четыре изомера,
во-первых — 3 изсмзрных даметилбензола CeH4(CH>)s, пли ксилола:
орто- мета- и пара-ксилол (точка кипения изомерных ксилолов лежит
между 138 и 142°) и, во-вторых, — этилбензол, С6Н5. С3Н5.
Для высших гомологов число изомеров еще более.
§ 7. Толуол можно рассматривать как бензол, в котором один атом
водорода замещен метилом, или же как метан, в котором 1 атом водорода —
фенилом (так называется группа С6Н6), и тогда его можно назвать фенил-
метаном.
Фенилом можно еще заместить атомы водорода не только в метане,
но и в этилене, и тогда получим фенилэтилен СвН5СН = СНг (стирол),
непредельный ароматический углеводород с двойной связью. Замещая
в ацетилене 1 атом водорода через С8Н5 (фенил), получим С6Н5С = СН,
феннлацетилец-углеводород с тройной связью. Мы можем это произвести
и с гомологами ацетилена п этилена. Вводя 2, 3 и более фенильных группы,
мы получаем самые разнообразные по строению и по составу углеводороды,
причем эти углеводороды будут сохранять в себе основные свойства того
жирного углеводорода, производными которого они являются: так про-
изводные предельных углеводородов неспособны к реакциям присоедине-
ния, производные углеводородов этиленового ряда способны присоединять
2 атома брома, производные ацетиленового ряда присоединяют 4 атома
брома. Укажем, наконец, что на-ряду с фенилметаном, или толуолом, изве-
стен дифенилметан CH/CeHj)^ трифенилметан СН(СвН5)3, тетрафенилме-
тан С(СвН5)4; на-ряду с фенилэтиленом существует дн фенилэтилен С«Н5СН =
= СН . С6Н5. На-ряду с фенила цетил еном СвН5С = СН имеется дифе-
нилацетилен С6Н5С = СС6Н6. Особое место в ряду ароматических углево-
дородов занимает нафталин, С10Н*, и антрацен, С14Н10. Строение их выра-
жается так:
СН СН СН СН СН
/\/\
CHI I ICH и CHJ IIP |CH
chI^Joh и chI^H Jch
CH CH CH CH CH
нафталин антрацен.
Нафталин, Cx0H8, добывается из тех частей перегона камен-
ноугольного дегтя, которые переходят от 180° до 250° из так наз. тяже-
лого масла, Он выделяется из него в виде кристаллов, которые, после
отделения, очищают возгонкой или перекристаллизацией из спирта. На-
§8 j мт^енивые у.лсвооороды. Нафтены. Терпены 373
фга.шн кристаллизуется в виде белых блестящих табличек, которые пла-
вятея при 80° и кипят при 218°.
Ои имеет своеобразный дегтярный запах и жгучий вкус. В воде он
нерастворим, трудно растворяется в холодном алкоголе, легко—в горячем
алкоголе и эфире.
Антрацен, С14Н10, представляет белое кристаллическое тело.
Легко возгоняется. Добывается из каменноугольного дегтя. В технике
служит исходным материалом для п лк.—али-
зарина.
Углеродный скелет антрацена представляет собою два бензольных
кольца, связанных при помощи цепи из двух атомов углерода. Ито и дру-
гое бензольное кольцо сохранило в антрацене все свои характерные реак-
ции.
§ 8. Полииетипеновыми углеводородами называются углеводороды,
углеродные атомы которых об; .. замкнутую цепь, причем каждый
атом у: у г ..... : II л:у.:м- р.
СН., СН.—
Н.1-------.1 Н. i И — II,
гриме шлеи. и грам»
-СН,\ СН.
.п -ц.;"2 "-r
Н.С <н,
* (И.
гексамет плен
или
гексагидро бен зол*
Название «полиметиленовые углеводороды» образовано от двухатом-
ного радикала СН2, который называется метилен. Гексаметилен, СвН12,
называется еще гексагидробензолом, истому что он может быть получен
из бензола присоединением к последнему 6-ти атомов водорода:
СеН6 -? 6I-I = СвН12.
К этой группе принадлежат нафтен ы. Так названы проф. В.- В,
И ар ко в пик ов ы н углеводороды СпН^,, входящие в состав бакин-
ской нефти. Из нее выделен ряд от С6Н10 до С15Н;.Э; все они имеют замкну-
тую группировку углеродных атомов и потому к реакциям присоединения
неспособны, j
§ 8-а. Терпены—углеводороды формулы С10Н1в—распространение
в растительном царстве, входят в состав эфирных масел, имеют широко
практическое применение (скипидар, для приготовления лаков и т. под.)'
Температура кипения лежит между 140—190°. В воде нерастворимы, в
спирте же и эфире легко растворяются. Делятся на две группы:
1. Моноцпклические (лимонены) содержат одну замкнутую цепь
и две двойных связи, и
2. Бициклические (пинены) с двумя замкнутыми цепями и одной
двойной связью.
Пинены входят в состав скипидара.
374
Нефть. I'aimtOoJVMevtritM'bm углеводороды .§§ 8 -10
Из каучука при растворении его в хлороформе и последовательном
приливании к раствору спирта, оса•,вдается белое аморфное тело состава
(С10Н1в)х — ПОЛЛТгр ' п.
§ 9. Нефть (го р н о с м а с л о, 01. Petrac) об легко горя-
щую жидкость, залежи которой находятся в различных -ах земного
шара, преимущественно в различных каменистых ело л.
Самые значительные источники нефти находятся : ш ; Пенсильва-
ния (Америка); в России—в Баку и Грозном; г. Румын ’. . 1 типе пт. д.
Смотря по пропсхолп»*-пъ>. с. ?ав пофиг несдан.-ы : а р и к а. и-
ская содер-.кит г.щ . ' - :. а кав-
казская — непредельные (до 190%); а, именно, цнклопентапы и гекса-
гидр опропзводные бензола и его тмилогов \.н;’фг aiy). Нафтены найдены
и в американской эефти в свою очередь, в бакинской нефти, хотя и в ни-
чтожном количестве, находятся продельные углеводороды. Кроме углево-
дородов, в нефти находятся еще кислоты, фенолы, азот и серу содержа-
щие соединения. В кавказской нефти больше высококкпящих частей,
чем в американской, а потому она дает большее количество смазочных
масел и притом высокого достоинства. Из американской пефти при помощи
фракционировки, обработки серном кислотой, едким натром и новой фрак-
ционировки, получаются различные продукты, как то: 1) п етр о л е li-
ный или нефтяной эфир — фракция кипит от 40 до 70°, содер-
жащий, главным образом, пентан и гексан, применяется как растворитель:
2) бензин (н < ф тян о й) 70°—126°: 3) л и г р о и и 120° 135°;
4) керосин, 150°—Зой0, с ул. весом о.7а 0.83. в нем находятся углеводо-
роды,. содержащио от (9 ||40 до С16Н34. Вышекппящче фракции перераба-
тываются на ;с о л я р о в ы е и смазочные м а с л а, а остаток,
очищенный перегонкою перегретым паром, идет в продажу под названном
вазелина. Высоко кипящие части нефти (нефтяные остатки) употре-
бляются также для нагревания паровых котлов. Из кавказской нефтп ке-
росина выгоняется всего лишь около 30%, а из американской до 60%.

П а р а ф ф и и. Так называется смесь твердых предельных углево-
дородов, остающихся в реторте после сухой перегонки бурого угля, торфа
п др. Находится и в нефти. Температура плавления его колеблется от 40
до 80°.
Озокерит (нафта гиль, земляной воск), также
смесь твердых предельных углеводородов, находится в природе окрашен-
ным в разные цвета. Перерабатывается на параффнн, а чаще на церезин.
§ 10. Исходя из углеводородов, можпо получить все остальные ор-
ганические соединения. Так, прн действии на них галоидов, мы можем
заменить один или несколько атомов водорода, напр. из метана, СП4, мы
можем получить СН3С1, С'НаС1г, СНС13и СС14 (см. § 157, стр. 176), из бен-
зола, СвН6, мы можем получить СвН5С1, С6Н4С1г, С6Н3С13, С6Н2С14, СеНС13
и СвС16. Если замещен один атом водорода, мы получаем однизамещенное,
два—двухзамещенное, три—трехзамещенное и т. д. Вместо С1 может
£ 11 Спирты 375
5 ль Br, J, F. Число замещенных углеводородов может быть очень велико,
л тут возможны, как нетрудно видеть, случаи изомерии.
Хлористый мсти л, 0Н3С1; — горючий бесцветный газ эфир-
ного запаха. Йодистый я т и л. CI1SJ, и подпетый этил, C2H.;J. —
жидкости. Температура киш : . г - 11° 1 H-J —7?°.'
Хлороформ, СНС!а. ... . . . ;ь.
сладковатого вкуса, уд. ве . чка кипения лежит при 62°.
От действия света и воздуха молекула хлороформа бысхре рае: ;ся.
причем образуется удушливая хлорокись углерода, СОС1а (фосген), хлор,
соляная и угольная кислота.
Трпбромметан или бромоформ, ОНВг3, бесцветная, похожая
па хлороформ, весьма тяжмая жидкость. Уд. вес — 2,904 ирн15°.Бромо-
форм кипит при 148е. При охлаждении льдом бромофор] к _ ЮКИ за-
стывает и плавится после этого снова при — 7°. Т ринод м в т а н пли и о д о-
ф ср:. . ..... .... 1Ь
в прису . ' ж.:;." галлов.
§ 11. Исходи из валлондозамещенных, можно получать сое ья,
известные под названием гпиртов или а л к о г и л е п. у ртами
называются соединения, происшедшие из утла . дов через к-щепис
одного млн нескольких атомов водор> да г и д р > к с и л о-:, или вод-
ным остатке м (О — Н). Строение метилового спирта изображается
II
следующей схемой СН3(ОН) пли же Н -С -О—Н
I '
Н
Эта схема показывает, что из 4-х атомов водорода 3 непосредственно
соединены с атомом углерода, а четвертый соединен посредством атома
кислорода. Следовательно, не все атомы водорода обладают одинаковыми
свойствами, и действительно, при действии металлов натрия или калия, мы
можем легко заместить гном, водорода этими металлами п получим, напр.,
соединение CH3ONa, остальные же атомы водорода останутся нетрону-
тыми. Такое строение спиртов выводится на основании способов их
получения. — Параллельно ряду предельных углеводородов мы имеем
ряд предельных спиртов общей формулы
СЩ^ОН).
Точка кипения.
Метиловый спирт Этиловый .Пропиловый Бутиловый Амиловый н т. д. Цериловый Мерицнловый СН..ОН 65й СЛЦ.01-1 78° (2 изомера) С3Н7. (ОН) . (4 изомера) С4Н». ОН (6 изомеров) С5НП.ОН С3?Н550Н плав, при 79° C30H6iOH » » 85°
376
Спирты
§11
Замещая 1 атом водорода гидроксилом в углеводородах этиленового
ряда, мы получим ряд непредельных спиртов.
Спирты одноатомные разделяются на первичные, вторичные и третич-
ные. Для того чтобы показать, в чем заключается раз it: па между этими
спиртами, рассмотрим предельный спирт, принадлежа щ it к 4-му ряду,,
т.-е. происшедший от углеводорода С4Н10. Таких изох : .< углеводородов,
существует 2:
1) СН3.СНа.СН2.СН3 в
СН \
2) лд / CH.CHj. Прп замещении атомов водорода гидроксилом мы
можем получить из первого углеводорода 2 изомерных спирта::
1) СН3.СН2.СН2.СН2.ОН и 2) СН3.СН(ОН).ОНа.СН3, из второго углеводо-
рода тоже 2:
3) СН.СН2(ОН)и 4)^>С(0Н)СН3.
Рассматривая формулы этих спиртов, мы видим, что в первом и третьем,
находится группа СН20Н, это — си и рты’первичные, во втором
группа ОН(ОН), это — спирты вторичные, в четвертом спирте —
группа С(ОН), это — спирты третичные. Общая формула для
R\
первичного спирта ПСИ2ОН, для вторично!> /СН.ОН и для третичного.
Il
R' \
R"— С.ОН, где R=CH3, CSHS, С3НТ и т. под.
R /
Из одноатомных спиртов наиболее известны метиловый, СН3 (ОН), и
этиловый спирт, С2Н6(ОН). *
Метиловый спирт, СН30Н, находится в свободном состоянии
в плодах разных видов Heracleum. Он образуется при сухой перегонке
дерева и содержится, поэтому, также в сыром древесном уксусе, из которого
его добывают дробной перегонкой.
Сырой древесный уксус нейтрализуют едкой известью и перегоняют
Vio жидкости. Перегон освобождают от воды многократной перегонкой
над едкой известью, так что в отгон переходит только метиловый алкоголь
и ацетон. Смесь этих последних обрабатывают хлористым кальцием, с ко-
торым метиловый алкоголь образует кристаллическое неразлагающееся
при нагревании соединение. Таким образом метиловый алкоголь отделяют
от ацетона. Если соединения метилового спирта с хлористым кальцием?
подвергнуть перегонке с водяными парами, то оно разлагается, п метило-
вый спирт, наконец, переходит в перегон. Многократной перегонкой над
едкой известью его освобождают от воды.
Метиловый спирт образует бесцветную, легко подвижную, горючую,
жидкость, с характерным запахом и жгучего вкуса. Точка кипения 66°._
Уд. вес=0,7997 при 15° Ц.
§ 12. Этиловый спирт, алкоголь, винный спирт, С8Н3ОН, находится
в свободном состоянии в плодах многих растений и образуется при спир-
тов ом брожении сахаристых в ещсств.
Спиртовое брожение происходит в присутствии дрожжей (Sacharo-
myces cerevisiae), Дрожж грибки вырабаты: i уг особого рода фермент,
называемый «зимазой», который превращает виноградный сахар в алкоголь
и угольный ангидрид:
CeHI3O6 = 2CaHs(0H) -г 2СО2.
Виноградный Этиловый
сахар. алкоголь.
Нужно заметить, что сахар не целиком переходит в спирты и угле-
кислоту. как это показано в уравнении; около 6% его переходит при
брожении в другие вещества, как, например, в глицерин п янтарную
кислоту.
Когда в подвергаемой брожению жидкости алкоголя накопится
столько, что он составляет от 14 до 16 весовых процентов ее, то брожение
прекращается, так как дрожжевые грнбк от размножаться, и
зимаза теряет способность разлагать сахар. Дрожжевой грибок также уби-
вается, т.-е. его зимаза перестает действовать, если жидкость нагреть
выше 60°.
Не все виды сахара способны непосредственно распадаться от действия
дрожжей в смысле указанного уравнения. Непосредственно бродит вино-
градный сахар, фруктовый сахар и мальтоза (см. далее § 21), тростниковый же
и молочный сахар получают способность к брожению, если их нагреть с
разведенными кислотами, инвертировать (см. далее § 21). Но и при про-
должительном нагревании с водой, а равно п от действия дрожжей они по-
лучают эту способность, так как выделяемая дрожжами энзима, инвер-
тин, производит расщепление тростникового сахара. Последний присоеди-
няет одну молекулу воды, причем он распадается на два, непосредственно
бродящих вида глюкоз (смотри сахар).
Для получения алкоголя можно также пользоваться содержащимся
во многих'растениях крахмалом. Если содержащие крахмал тела обработать-
при несколько повышенной температуре водной вытяжкой ячменного солода,
то содержащаяся в этом последнем энзима — диастаз, производит осахари-
вание крахмала (образует мальтозу и декстрин). Мальтоза распадается,
от дрожжей на алкоголь и углекислоту.
Полученный брожением этиловый еппрт затем перегоняют при помощи
особых аппаратов (ректификаторов и дефлегматоров), дающих возможность,
доводить крепость спирта до 96°. Дальнейшего обезвоживания достигают
при действии осушителей, как-то безводной извести, сплавленного поташа
ит. п,; следы воды удаляются перегонкой над небольшим количеством
натрия, который, хотя и реагирует со спиртом, но прежде действует на
воду. Этиловый спирт кипит при 78°, застывает же при температуре’
ниже —100°.
378 Спирты § 13
§ 13. Если в угт '’городе мы заместим один ато u- ,’opi. ;а гидрокси-
лом (О—Н), то полу ! одноатомный спирт, если два — • двухатомный,
или г л и к л ь: примером может служить этил и г л и к о л ь,
СН2(ОН).СП2(ОН), если три —то трехатомный спирт, или глин е р и и,
напр. CH2(OH).CH(OH).CHa(OH), если четыре—то четырех-> шын спирт,
напр. эритрит, СН2(ОН).СН(ОН)СН(ОР1).СН2(ОН), если к ть. то шести -
атомный спирт: маннит, (’ II 2( О Н)СН( О Н) 4С Н a(011).
Глицерин, СН,(ОН).СН(ОН).С.Н2(ОН) или C8llsp4b3. i- цн'частся
в растительном и животном царет « вид сложных эфиров ( . ’ ' § 20)
различных та р пх кислот. Жиры и нелетучие .масла
рас . : шх состоят бо.: . . ь» «таких «фиров гл ню.
Добывается он из жиров по общему способу разлож ппя эфиров, из кото-
рых желают выделить спирт, т.-е. для этого обрабатывают жиры водою
или основаниями (ХаОН, Са(ОН)2и т. п.); прп этом происходит обменное
разложение, как между солью и основанием; металл основания, становясь
на место углеводородной труппы глицерила, дает соль с жирной кислотой,
и глицерин выделяется. Пусть R будет одноосновная кислотная группа
(напр., СаН3О2, Сзл11310.2 и т.д.), тогда эфир глицерина (жир) будет
изображен формулой C3II5R3. Уравнение разложения жира будет
таково;
С3Н5В.3 + 3NaOH = С3Н5(ОН)3 + 3NaR.
Обработка ведется при нагревании. Если взята натровая или калиевая
щелочь, то получающаяся соль жирп>. й их л< г из; ыви< гся мылом, а самый
.процесс — обмыливанпем жпров. Так как в жире глицерин соединен с'
несколькими кислотами (стеариновой, пальмитиновой, олеиновой) (см. да-
лее § 18), то обыкновенное мыло, следовательно, будет представлять смесь
щелочных солей этих кислот. Оно растворяется в спирте, вода частью его
растворяет и разлагает, выделяя щелочь. Растворы извести, поваренной
соли выделяют его из растворов, почему жесткая вода и не дает попы
с мылом.
Глицерин так же получается как побочный продукт при фабрикации
стеариновых свечей. Растопленный жир с водой и небольшим количеством
извести нагревают перегретым паром в особых котлах; при нагревании
и под высоким давлением вода разлагает жир:
C3H5R3 + ЗН2О = CSH5(OH)3 - 3RH;
получаются с одной стороны свободные жирные кислоты (с примесью
известковых солей), с другой—водный раствор глицерина. Раствор этот
выпускают из котла отдельно от мыла и сгущают водный раствор глице-
рина выпариванием.
Чистый глицерин есть густая бесцветная жидкость сладкого вкуса.
Перегоняется он около 28о°, .частью разлагаясь. Застывает с трудом в
кристаллы, плав, при 20°. Хорошо растворим в воде и в спирте. С кислотами
дает сложные эфиры. Глицерин есть трижды спирт, каждый его водный
остаток реагирует независимо от других, поэтому глицерин может обра-
}}§ 13—14 Фенолы 379
зевать три ряда эфиров. Напр. с уксусной кислотой глицерин образует:
1) моноэфпр’, 2) диэфир, 3) полный эфир.
С3Н5(ОН)3 - <\Я,О, = С3Нв(ОС2Н30)(0Н)а + Н2О
моыоацешн.
С3Н5(ОН)3 - 20,1 . = С3Н5(ОС,Н3ГП2(ОН) + 2НгО
С,Н5(ОН), + 3CtH40, = D,He
Из эфиров глицерина особенно замечательны эфиры жирных кислот,
стеариновой, пальмитиновой, олеиновой, составляют; ге жиры, и чем уже
говорилось, и эфир азотной кислоты, так называемый пнтроглице-
р п н, CjHjfONO^a (см. выше § 110, стр. 121).
Маннит, СНг(ОН).СН(ОН).СН(ОН).ОН(ОН)СН(ОН)СН3(ОН). Кри-
сталлит-... . . ло. В воде растворю гея, в спирт! и э ре не раство-
ряется. С'’’ . л .за। ии. Полу-
чается из так называемой «манны» (засохший сок особого вида ясеня Fraxinus
oruus).
§ 14. . ’ . . щ ни- одного или нескольких
атомов воде] 5 . . ге ароматических углеводородов г дро-
ксилами, нос название фенолов, напр., о бык я (веяний
фенол, или ка ри о л а я кислота. СДЦоН). фен-лы могут быть
двухатомные и трехатомные п т. д., если с t кат 2. 3 и г. >л гидроксилов.
Фенолы по химическому характеру занимают промежуточное по-
ложение между спиртами и кислотами: подобно спиртам они образуют
эфиры (см. § 20), папр. аннсол, С6Н5ОСН3, в то же время, обладая харак-
тером слабых кислот, с основаниями образуют соли.
При действии азотной кислоты, галоидов они легко замещают атомы
водорода в бензольном ядре, напр. при действии на карболовую кислоту,
СеН5(0Н), азотной кислоты могут образоваться: 1) мононитрофеполы,
€eH3(NO2)(OH)—3 изомера; 2) дгшитрофенолы, G0H3(N02)3(OH)—несколько
изомеров, и 3) триннтрофеполы, CcH2(N03)s(OH)—несколько изомеров, пз
коих одни (ОН : 3(NO2) = 1 : 2 ; 4 : 6) (см. формулу на стр. 371.) носит
название пикриновой кислоты.
Из одноатомных фенолов укажем: фено л, пли карболовая
кислота. Добывается пз каменноугольного дегтя. Находится в моче чело-
века и травоядных. Бесцветные кристаллы; темп, плавл. 42°; теми,
кип. 181е.
Крезолы, С9Н4(СН3)(ОН) находятся в каменноугольной, а также
в буковой смоле. 3 изомера: орто-, мета-, пара.
Тимол С6Н?(СН8)(С3Н7)(0Н) (1 : 4 : 3) содержится в масле тимиана
(Thymus Sc гр ilium) и применяется как антисептическое средство.
Н а ф т оды — производные нафталина, получающиеся через заме-
щение одного или нескольких атомов водорода в ядре нафталина гидрокси-
лами (ОН).
t
380 Альдегиды §§ 15—16
- . . - - ______________ .------— -____---- »« " - '
а-и fi-нафтол (C10H7 .ОН) находятся в каменноугольной смоле.
Блестящие листочки, а — нафтол плавится при 95°, кип. при 282°.
Р —нафтол плав, при 122°, кип. при 288°.
§ 14 а. Ha-ряду с фенолами известны настоящие ароматические спирты,
получающиеся при замещении гидроксилом атомов водорода в боковой
(жирной) цепи.
Если в толуоле, СеН5.СН3) заместпть атом водорода в группе CHS
гидроксилом, то получится бензойный спирт С6Н5.СН2.ОН, изомер-
ный с крезолами. Известны ароматические спирты двух- и ; катонные,
напр. ф е н и л - г л п п •? р и и, СН-/С3Н4(ОН)3. Все эти спирты вполне
аналогичны спиртам жирного ряда.
§ 15. Спирты прп деиствип на них окпелиэ'-лей, t.-i таких тел, кото-
рые легко уступают свой кислород другим, переходят сперва в так назы-
ваемый альдегиды, а затем в кислоты. Наприм., обыкновенный-
этильный спирт, С2НвО, при окислении сперва дает аль'дегид, С2Н4О,
а затем уксусную кислоту. Отроение уксусного альдегида изображается так:
СН8.С,/0, т.-е. один атом углерода соединен одной единицей сродства
с атомом углерода, другой — с 1 атомом водорода и двумя единицами
сродства с 1 атомом кислорода. Всякий одноатомный первичный спирт
может дать соответственный альдегид, it поэтому мы имеем целый ряд гомо-
логичных альдегидов, общая формула которых будет R.CHO, где R = СГ13,
СаН6, С3Н7 и т. д. Вследствие легкой окисляемое™, альдегиды восстано-
вляют многие тела. Шир., аммиачный раствор азотносеребряной соли,
смешанной с альдегидом, выделяет серебро, который осаждается в виде
зеркала, а альдегид переходит в уксусную кислоту. Альдегиды могут'
соединяться с очень многими телами, наир, с аммиаком, с кислым сер-
нистокислым натрием, NaHSO3, и т. и. телами.
Альдегиды легко полймеризуются (уплотняются) под влиянием мно-
гих тел, напр., уксусный альдегид С2Н4О переходит в паральдегид (СаН4О)3
§ 16. Муравьиный альдегид или формальдегид, Н2С = О. Газ харак-
терного запаха. Хорошо растворим в воде. Получается окислением метило-
вого спирта, СН3(0Н), кислородом воздуха.
СН3(ОН) + о = СН3О + НаО.
Легко окисляется, переходя в муравьиную кислоту.
ЯСНО + О = НСО(ОН).
Находит широкое применение как тело дезинфецнрующее. «Фор-
малин» есть фармацевтическое название водного раствора муравьиного-
альдегида.
Уксусный альдегид, СН3 — ОНО, подвижная, бесцветная,,
очень летучая жидкость (т. к. 21°) удушливого запаха. Получается окисле-
нием спирта. Получение уксусного альдегида: в пробирку к реактивному
раствору двухромокислого калия прибавляют несколько капель крепкой
17—18 Кислоты 381
серной кислоты, смесь подогревают, и к раствору по каплям прибавляют
этиловый спирт. Появляется характерный удушливый запах уксусного
альдегида. Если достаточно было прибавлено спирта, красный цвет окисли-
тельной смеси переходит в зеленый.
Бензойный a :i т. " • гид. или масло горьких мин-
дале й, СвН5.СНО. Бесцветная жидкость, пахнущая горькими миндалями.
С водою не смешивается.
§ 17. Вторичные спирты при окислении также сперва выделяют 2 атома
водорода, и тогда получаются так называемые кетоны. Например,
изопропильный спирт, СН8СН(ОН)СН3, ври окислении переходит
в ацетон. GEL . СО . СН3, жидкость, кип. при 51°. Добывается из
др'Л-Л'Л!’г >.?’.! (см. §11). Общая формула кетонов R.CO.R',. где
R и R' (СН3. С.Н5ит.д.) могут быть одинаковы пли различии.
§ 18. Соответственно ряду . D ’. мы имеем ряд жирных кислот.
Органические кислоты характеризуются существованием в их частице
.... ;пы к а р б с .ила (СО(ОН)], как видно из следующ- "цы..
Мур вьиная кислота Н . COGH
Уксусная LHj.COOH
Пропионовая С.Н5.С00Н
Вутириновая С3НТ.СООН и т. д.
Муравьиная кислота, НСО2Н, встречается в крапиве,
в муравьях, откуда может быть получена перегонкой. Она образуется при
неполном окислении многих органических веществ, сахара, крахмала,
•белков. Это бесцветная жидкость с острым запахом, застывающая при 8°,6,
кип. при 101°. На коже она производит воспаление и пузыри. Она раство-
рима в воде, образует с ней гидрат. Это довольно сильная одноосновная
кислота. При нагревании муравьиная кислота разлагается и, смотря по
условиям, дает окись углерода if воду пли угольный ангидрид и водород.
ОН2О2 = СО 4- Н2О или СН2О2 - СОг + Н2.
Она восстановляет азотнокислые соли серебра и ртути, выделяя
металл.
Уксусная кислота, СНаООгН, в разведенном виде (от Б
до 10%) составляет всякому известную приправу—уксус. Она встре-
чается в растениях (в виде эфиров), в моче, в поте животных. Образуется
при окислении многих органических веществ, белков, спирта и др., также
при сухой перегонке дерева. На практике она получается или сухой пере-
гонкой дерева, или окислением винного спирта (вина, пива и т. п.); при мед-
ленном окислении спирта два атома водорода в спирте замещаются атомом
кислорода, и образуется остаток угольной кислоты, СООЙ, и вода, т.-е.
СН3СН2(ОН) + Оа = СНЙ СООН + Н2О.
В промежутке может образоваться еще альдегид, СН3СНО.
Вещ" г; г- i кислота тверда ниже 16°,8, при этой температуре
она плавит i и образу' т ж. д . сть с острым запахом, точка кипения ее 118°.
Она несколько тяжелее воды, смешивается с пего и спиртом во всех пропор-
циях, Она представляет одноосновную кислоту, т.-е. насыщается одной
частицей щелочи, напр. уксуснонатровая ее соль будет иметь состав
CH3CO2Na.
Паль м и т и н о в а я к и с л о т а, С1еНза02 или С15Н31СОаН, в
стеариновая кислота. Су Нзв0а или С17Н35С0(0Н)—кристалли-
чески гела. В воде н< растворяются. Слабые одноосновные кислоты.
Из непредельных одноосновных кислот укажем олеиновую
кислот у, С13Ы34О2 или Ci7H3JCOaH. В природе всегда сопровождает
пальмитиновую и стеариновую кислоты. Содержит на два атома водорода
меньше, чем стеариновая. Бесцветная, маслянистая жидкость без запаха
и вкуса. В воде не растворяется.
Щелочные соли пальмитиновой, стеариновой и олеиновой кислот
называются м ы л а м и, с вивцовые соли—п л а с т ы р я м и. Обыкновен-
ное твердое мыло есть смесь натровых солей этих кислот.
Бензойная кислота, СвН5. СО(ОН), кристаллическое тело,
Трудно растворяется в холодной воде, лучше в горячей. Легко возгоняется.
Находится в росном ладане, откуда может быть получена возгонкой.
§ 19. Двухатомные и многоатомные спирты при <>кпсл шин могут
давать тола смешанной функции, так, напр., э т и л е н-г л и к о л ь,
СН2(О11).СН2(0П), при кис.кчпги переходит в глиоксаль,
СН/ОИ) . СНО, тело, обладающее и свойствами алкоголя, ибо в нем
находится гидроксил (ОН), и альдегида, ибо в нем есть группа (ОНО).
При дальнейшем окислении получается гликолевая кислота,
СНа(ОН) . СО . ОН, обладающая свойствами кислоты и алкоголя одновре-
менно; такие кислоты носят название оксикислот; если оин содержат
один гидроксил, то называются моно- или просто оксикислотами,
если 2 гидроксила—ди оке и- если три—три о кепки с лотами и т. д.
§ 20. Водород гидроксила, в спиртах может быть замещен или алко-
гольным радикалом, пли кислотным. Радикалом называется группа атомов,
получающихся через отнятие от частицы спирта или кислоты гидроксила:
в первом получается алкогольный радикал, во втором — кислотный. Напр.,
из СН3ОН получается СН3 (мстил), а пз муравьиной кислоты, Н . СООН,—
Н . СО, из С2Н5ОН — Cjll’s (этил), а из уксусной кислоты, СН3СО . ОН,
получается СН3С0 (ацетил). Если в гидроксиле спирта водород заместим
алкогольным радикалом, то получим эфир простой или с м е ш а н-
н ы й: наир., метиловый эфир, СН3О-СН3, (простой) и м стило эти ль-
ны и эфир, СН30 . С2Н5 (смешанный); когда же мы заместим кислот-
ным радикалом, то будем иметь сложным эфир, напр., СаН5.0СаН30—
уксусно-этн льный эфир.
Обыкновенный эфир, (С2Н5)гО, или этильный эфир (иногда
неправильно называемый серным эфиром), представляет подвижную жид-
кость с характерным запахом и жгучим вкусом. Он очень летуч, кипит
Углеводы
383
прп 34°,5. Удельный вес 0,736, в воде пало растворим, со спиртом смеши-
вается во всех пропорциях. Гофма некие капли и есть такая смесь эфира
со спиртом. Эфир горит светящим пламенем. Смесь паров его с воздухом
легко воспламеняется со взрывом.
Жиры суть сложные эфиры глицерина. Они называются также гли-
церидами. Глицерид стеариновой кислоты называется стеарином,
СдН5(С181{350)303, пальмитиновой кислоты — и а л ь м и т и н о м,
СзН5(С16Ы310)303, и олеиновой — олеином С3Н5(С18Н.83О)3О5. Первые
три тверды, а о лепи жидкий. Природные жиры обыкновенно состоят из
смеси глицеридов.
§ 21. К телам смешанной функции принадлежат некоторые из у г л е-
в о д о в. напр. декстроза, или виноградный сахар (многоатомный спнрто-
альдегид), левулоза (многоаюмлый спирто-кетон), пли плодовый сахар.
Углев'оды распадаются на три группы: 1) глюкозы, СвН12О8;
2) сахарозы, С12Н2гОц, н 3) полисахариды, СвН10О5. К первой группе отно-
сятся; 1) виноградный сахар (или декстроза) и 2) плодовый сахар (или
легулоза). Ко второй —-тростниковый сахар (или свекловичный). К третьей
же—крахмал, клетчатка и др. Говоря о глюкозах, мы здесь будем разуметь
только тох пз представки ле i этой группы углеводов, которые содержат
6 паев углерода в составе, т.-е. С8Н1а06 (гексозы); глюкозы этого состава
наиболее исследованы и наиболее важны по своему значению в природе.
Но кроме них есть глюкозы с 3-мя, 4-мя, 5-ю, 7-ю паями углерода в составе
и более сложные.По числу атомов углерода они называются триозы (С3Не03),
тетрозы (С4Н80.|) и пентозы (С3Н10О5) и т. д. Некоторые из глюкоз в
настоящее время получены спите: нчсеки, т.-е. из простейших соединений
и эле -птов.
Глюкозы с <? паями угля, гексозы, СвН120в- Сюда
принадлежат сахаристые вещества состава CGHlsOfi. Они находятся гото-
выми в растениях и животных, напр. в винограде (виноградный сахар),
в плодах других.растений, в меде, могут быть получены из обыкновенного
(тростникового) л молочного сахара, из крахмала, клетчатки и других
веществ. По химическим свойствам они представляют тела спиртового
характера. С кислота ми они дают эфиры, при этом, однако, только пять
водных остатков (ОН) могут быть замещены кислотными группами. При
действии выделяющегося водорода глюкозы способны восстаиовляться,
присоединяют еще 2 атома водорода и при этом переходят в спирты с шестью
водными остатками (шестиатомные). Следовательно, они от соответственных
предельных спиртов с шестью атомами углерода разнятся на Н2, как альде-
гиды и кетоны, и будут представлять неполные альдегиды их (и кетоны), т .-о.
ал1>дсп!до-сппрты(и кетоно-спирты). Поэтому, как альдегиды, они обладают
способностью легко восстаиовлять соли окиси меди, серебра, особенно
в щелочном растворе. Если.к раствору серно-медной соли прибавить глю-
козы и затем прилить едкого натра, то получается голубая жидкость; при
нагревании она переходит в зеленую илы выделяет желтый или красный
осадок закиси меди, а глюкоза окисляется. Главные представители глюкоз:
.384
Углевзды
§ 21
виноградный сахар (декстроза), плодовый (или левулоза, а также фруктоза)
и галактоза.
Виноградный сахар, СНа(ОН)(СН . ОН)4 . СОН, белое
кристаллическое тело, довольно хорошо растворимо в воде. Раствор его
отклоняет плоскость поляризации луча вправо. Фруктоза,
СН2(ОН) . (СН . ОН)3СО . СЫ2 . (ОН), левая глюкоза отклоняет поля-
ризованный луч влево. Находится "в меде, в плодах, вместе с правой
глюкозой .образует тростниковый сахар. Галактоза вместе с правой глю-
козой образует молочный сахар. Не бродит.
Сахар тростниковый, или сахароза, С12Нга0п, встре-
чается в соке многих растений и принадлежит к числу веществ самых распро-
страненных в растительном мире. Он находится в стебле сахарного тро-
стника, сорго, в свекловпце, в моркови, в соке березы, клена, злаков,
во многих плодах, ягодах и т. д. Добывают его из сахарного тростника
или свекловицы. Сахар при медленном испарении кристаллизуется в виде
больших призм, хорошо растворим в вод, труднее в спирте. Раствор его
отклоняет плоскость поляризации вправо. При нагревании до 166° пла-
вится и по охлаждении застывает в стекловидную массу (ячменный
с а х а р), а при дальнейшем нагревании, теряя воду, переходит в горько-
ватое бурое вещество —карамель. Сахар непосредственно не бродит
и трудно восстановляет щелочный раствор меди. Чтобы заставить его
бродить, нужно превратить в глюкозу.
По составу своему сахар разнится от глюкозы на элементы воды.
Превращение сахара в глюкозу следовательно состоит в присоединении
воды к сахару, причем он распадается на две частицы глюкоз: правую и ле-
вую (фруктозу):
С12Н23ОП + Н3О = С6Н12Ов + С6Н12Об.
Смесь этих глюкоз называется превращенным сахаром.
Превращение это происходит под влиянием особых растворимых ферментов,
находящихся в плодах, в дрожжах, в слюне (птиалин). Его можно произ-
вести также нагреванием раствора сахара с кислотами.
Превращенный (инвертированный) сахар, т.-е. смесь равных частей
правой и левой глюкоз, находится.в сладких плодах и составляет главную
массу меда. В меду, кроме того, находится обыкновенный сахар и различные
пахучие вещества.
Сахар образует соединения с основаниями (напр, с известью,
С1гН32ОпЗСаО) и с солями, например с поваренной солью.
Расширение наших сведений о строении моносахаридов пролило свет
на некоторые из биологических процессов. Давно известно, что глюкозы,
а также некоторые из сахароз (дисахаридов) способны бродить под влиянием
микроорганизмов. Роль этих микроорганизмов служила предметом много-
численных блестящих исследований и горячих споров до тех пор, пока
вопрос этот был разрешен (в 1897 г.) Е. Бухнером, который выделил
яз дрожжей особого рода «энзиму», зимазу, под влиянием коей происходит
§ 21’ Углеводы 385
явление брожения. Зимаза может быть выделена в растворе после разру-
шения оболочки дрожжей выдавливанием под сильным прессом или другими
способами, и,прибавленная к. раствору сахара, вызывает тот же эффект,
что и жнйьте дрожжи. Изучение строе пня сахаров с точки зрения стерео-
химической теории (см. ниже § 31) в связи с явлением брожения, дало воз-
можность несколько глубже заглянуть в тайну действия энзим.
Все энзимы отличаются своим специфическим характером, т.-е. не
только под влиянием раз личных энзим из одного и того же сахара обра-
зуются различные продукты брожения, но и одна и та.же энзима, может
вызвать брожение сахара, обладающего только определенной стереохими-
ческой конфигурацией. Таким образом, брожению поддаются только такие
сахаристые тела, частица коих содержит три или кратное трем число (6, 9)
атомов углерода; могут бродить, следовательно, триозы (глицероза), гексозы
и полозы; гептозы яте и октозы не способны бродить. Кроме того, действию
данной энзимы могут подвергаться тела, обладающие известной конфигу-
рацией атомов,—так, из гексоз бродят под влиянием зимазы только
d-манноза, d-глюкоза, d-ra.лактоза и d-фруктоза.
Сравнивая действия, производимые эмульсином и энзимами дрожжей
па различные глюкозиды, приготовленные синтетически, Эмиль Фишер
пришел к следующему заключению: между двумя группами оптических
антиподов пе только существует разница, подобная той, которая была
открыта Ластером при исследовании плесени, но достаточно весьма не-
значительного излепенпя в конфигурации, чтобы совершенно остановить
действие эпзнм. Под влиянием этих наблюдений он ввел сравнение замка
и ключа: как для того, чтобы открыть замок, иужеп ключ, к нему подходя-
щий, так между строением частицы сахара н таковым для энзимы должно
существовать известное соответствие, чтобы могло быть вызвано брожение.
К р а х м а. л и к л е т ч а т к а (С6Н10О5Д.
Оба эти вещества содержатся во всех растениях;вид крахмала—гли-
к о'г с и —вырабатывается в животных, в печени, ив особенно большом
количестве он скопляется в насекомых в известные стадии личиночного
развития. Клетчатка также входит в состав оболочек некоторых низших
животных. Крахмал, а. частью клетчатка, вместе с сахаром составляют
питательный материал для травоядных животных и человека.
Крахмал растения откладывают в тканях различных органов, по
преимущественно в плодах, семе пах, клубнях, корнях, как необходимый
запас питательного вещества для развития в будущем зародыша, почки
или самого растения.
Для добывания его растирают картофель или семена хлебных растений
и затем на сите промывают водой. Унесенный водой крахмал прп стоянии
'жидкости оседает па дно сосуда, его промывают и сушат.
Крахмал представляет порошок, состоящий из микроскопических
овальных зерен слоистого сложения, величина их колеблется у различных
видов растений от 0,002 до 0,185 м.м. В сухом виде он не изменяется
па воздухе, нерастворим в воде, спирте, эфире. При нагревании с водой
Каблуков. Неорсачическая химия.
26
’ 386
Амины
§ 22
до 75—100° зерна, крахмала разбухают, и получается клеевидное вещество—
клейстер.
Крахмал с подом образует характерное синее соединение, при нагре-
ваний оно исчезает, а при охлаждении слова появляется. Прп 0° жидкость,
содержащая даже менее 0,00001 части пода, си поет от прибавления крахмаль-
ного клейстера. При нагревании с водой крахмал переходит в-растворимое
видоизменение, нагретый в парах воды до 150—-200° превращается в «де-
ке т р и и».
Крахмал и клетчатка прямо неспособны подвергаться брожению, для
злого они предварительно должны быть превращены в глюкозы. Превраще-
ние это и здесь, как у сахара, состоит в присоединении воды к углеводам
состава CelIlflOs, и в распадении частицы каждого из них на несколько
частиц глюкоз. Напр., крахмал при нагревании с слабыми кислотами,
присоединяя воду, распадается сначала па прав, глюкозу п декстрин,
а последний далее тем же путем переходит тоже в глюкозу:
(С6Н1005)х -г Н20 = CgHia06 -f- (СвНюОя)^!
Крахмал. Глюкоза. Декетрнп.
Под влиянием растворимых ферментов; диастаза (находящегося в
солоде), птиалина (заключающегося в слюне) н сока поджелудочной железы,
крахмал, присоединяя воду, распадается на мальтозу (С'12Нг20ц) и
декстрин.
§ 22. Амины. Если водород в аммиаке будет замещен спиртовыми
остатками, напр., СН3, СгП5 п т. п., то получающиеся тела лосят общее
название аминов. Они будут представлять аммиак, в котором 1, 2, 8
пая водорода замещены одним, двумя, тремя остатками спирта, папр.,
вводя в аммиак остаток дрсвеспого .спирта, СН3, получим:
NH2.CH3> NH(OH3)2, N(CH3)3,
ряд метиламинов, которые по числу замещенных паев водорода на-
зываются первичный, вторичный, третичный амины. Все они
будут тела с резко выраженными щелочными свойствами, как сам аммиак,
с которым они в высшей степени сходны во многих других отношениях.
Амины получаются действием аммиака па галоидные спиртовые остатки.
Если, нагревать, папр., подпетый метил, CH3J, с аммиаком, то углеводо-
родная группа становится на место водорода в аммиаке, а водород с иодом
образует иодистоводородную кислоту, Но так как образующийся замещен-
ный аммиак—-метиламин—есть щелочь, то он соединяется с иодистым водо-
родом и дает соль — NHaCH3 . HJ, где группа NHaCH3 с водородом ки-
слоты образует замощенный аммоний — CH3J + Nlf3 = NHa (СН3) . HJ.
Если вместо аммиака, действовать па подпетый метил замещенным аммиаком,
напр. метиламином, то получим соль вторичного амина;
CH3J + NHa. СН3 = NH . (СН3)2. HJ.
Так же получают третичный амин. Едкое кали и едкий натр разлагают
эти соли, и из них получаются свободные амины — NH2CH„ NH(0H8)a,

§ 23 Лли.'ды 567
N(CH3)3. Третичный амин, N(CH3)3, соединяясь с подпетым: метилом,
C1I3J, образует соль вполне замещенного аммония, N(CHS)4J, который
при действии водной окиси серебра превращается в гидрат N(CH3)4HO.
Ото кристаллическое тело, сильная щелочь, с кислотой дает соль и воду,
подобно едкому кали н натру.
Первичный метиламин-—газ. вторичный и третич-
ный—жидкости, растворил.: м па аммиачный,
отличаются от аммиака тем, что г< рючн, с кю/лотами они прям" соединя-
ются, как аммиак, и дают соли. Соли их ядовиты, особенно вполне заме-'
щепного аммония N(CH3)4.
К аминам ароматпч. ряда относится а н и ли н, CeH6NH2 (фониламин),
в ‘лучающннся при восстановлении нитробензола, CclI5(NO2), который по-
лу • - - л азопг-й кислоты (см. § 110 стр. 121).
П " - - t шидалем пахнущая жид-
кое- ? пл . го водо-
рода к. - • —злая
ЖПД1. ' i .. - .......... . I'".
напр. (JJI-NHJli
§ 23. Амиды. Если вод ьп и ослт.-
камщ то происходящие тела называются а лида м : . Амилы получаются
также из аммиачных солей органвж ских кислот ч-. j<«потерю воды. Напр.,
уксусноаммиачиая соль будет такого состава: СН3СОС)КП4; если отнять
от нее частицу воды, то получим «а цетамид»—СН3СОПНа. Если ацетамид
сравнить с уксусной кислотой, СН3С0011, то он будет разниться от нее
тем, что водный остаток кислоты в амиде замещен остатком аммиака, NH2,
а если сравнить с аммиаком, ацетамид будет представлять аммиак, в котором
атом водорода замещен остатком уксусной кислоты ОН3. СО. Если кислота
будет двухосновная, то опа насыщается двумя частицами аммиака, и для
получения из нес амида нужно выделит], две частицы воды. Напр.
щавелевоамммачная соль, теряя обе частицы воды, переходит в оксамид,
CaO2(ONII4)2 = О2О3(ЫНг)2 + 2На0.. Прп кипячении с водой, со щело-
чами, амиды, присоединяя воду, снова переходят в аммиачные соли или
выделяют аммиак.
Мотов и н а или к а р б а м и д—-амид угольной кислоты, CO(NH2)2.
Синтетически мочевина была получена. Велером при нагревании
цианово-кислого- аммония, NH4CNO, частица которого прп этом претер-
певает перегруппировку атомов и переходит в частицу мочевины:
NHtC'NO = C0(NHa)2.
В настоящее время для синтетического получения мочевины нагревают'
водный раствор сернокислого аммоття, (NH4)2SO4, с циановокислым
калием, KCNO, при этом происходит обменное разложение:
, (NHjJiSOj 4- 2KCNO = K2SO4 + 2NH4CNO,
и образующийся циановокислый аммоний переходит в мочевину.
9г*
388 Аминокислоты.—Алкалоиды §§ 24—25
Мочсвппа — 'г !. т в моче у животных и человека и во многих других
жидкостях орган: ..ла. В свежей моче человека ос содержится в среднем
около 30 гр. на литр. Моч<ч. ин .рвоталлмзуется пз спирта в виде длинных
бесцветных призм, горьковатого освежающего вкуса. Опа. хорошо раство-
рима в воде и горячем спирте, при 132° плавится, а при более высоком темпе-
ратуре разлагается, выделяя аммиак, углеамипачпую соль.
§ 24. Аминокислоты. Оксикислоты (см. § 19), заключая в своем составе
два гидроксила —- с тип ' О' г.пый. а другой —-карбоксильный, СО(ОН),
М"Гут \ТТ2. i при замощении алко-
гольного гидроксила получается гомологический ряд ам . цел .
СН2(НН3) . СО(ОН)—аминоуксусная кислота (гликокол, глицин).
СН3 . CH(NH2). СО(ОН)—аминопропионовая кислота (аланин).
СН3(СН2)3. СЩПНа) . СО(ОН)—амппокапроновая кислота (лейцин).
Из двухосновных аминокислот приведем о и и н о - я п т ар п у ю ки-
слоту или аспарагиновую кислоту, CaH/NH^tCOaT-Ha- Кислый амид
ее, C2H3(NHlt)(CON112)(CO . ОН), известен под названием аспарагина,
а средний, CaH3(NH2)(CONHa)2, называется амидом аспарагина.
Многие аминокислоты являются продуктами распада белковых тел
(см. ниже § 27).
§ 25. Алкалоиды. Так называется большая группа тел, образующихся
в растениях п способных, пм^бно аминам. с юдпняясь е сильными кисло-
т;пщ, давать кристаллические с >.та. Некоторые из них близки к аминам,
по большинство пм-"1-т сложный состав и строение.
Типичные алкалоиды являются производными и и р р о л а, С4Н5И,
пиридина, CSHSN, и х и и о л и п а, С9Н7Н.
СН—ОН
I! I'
СН он
^NH
Пиррол.
(Н
CHif4' CJ
сн^усн
N
ТЬфЮДпл.
СН СН
СН| .0 I
CHkjU®
СН N
Хиполип.
СН
Многие пз пих оказывают действие, как яд или как лекарство. Многие
ядовитые алкалоиды употребляются в медицине как лекарство.
Никотин, C10H14N2, -бесцветное масло, па воздухе буреющее,
в струе водорода перегоняется без разложения, кип. ок. 250°. В табаке
находятся от 2 до'8% этого алкадойдя. Очень ядовит.
Кон пип, С8И1;П,—бесцветная жидкости, кип. прп 187°. Получен
синтетически.
Атропин, С17Н23О3Н, тот же состав имеют гиосциамин
и ги о с ци и. Все они находятся в растениях Atropa Bellaclona (белладонн),
Batura Strammoninm (дурман) и Hyosciamus niger (белена). Атропин —
бесцветные иглы горького вкуса. Сильный яд. Действует расширяющим
образом на зрачок глаза. Может быть получен синтетически из троповой
кислоты, СвН10О3, и тройина, С3Н14(ОН)Н.
§§ 2G 27 Лтомаьны—Белксвые -шла ЬвУ
Кокаин, СкНиКОа,—алкалоид, извлекаемый из листьев кока
(Erythroxiloa Соса), известен как местное анестезирующее средство. Полу-
чен синтетически из экгонина, C9H15.NO3.
Морфин, С17Н9 ОаУ, алкалоид опия, мелкие призмы горького вкуса.
Весьма сильное усыпляющее средство.
Хинин, CSOH21H20S . ЗН2О. Призмы или шелковистые иглы, i ла
при 177°. Содержится в хи 1Ш"И ; . . X . р голая
соли хинина применяются как щ .ч. . Х'.рсдетнш'. cj- детва.
Стрихнин, С г1Н2 2О 2, на ходится в рв отиы х орешках ($ try chn< я
nux vomica), страшный яд, вызывающий судороги. Доза в 0,06 грамма
является смертельной. В малых дозах сильное возбуждающее средство.
§26. Птомаины. При гниении рыбы млн мяса, вызываемом жпзис-
... • • ьк " : ’ ' г тг-и: j л.-щ - растительных
1 5разу южные основания, называемые п : (нами
U1 у иды). Они сильно ядовиты. Отравление рыбой вызывается
им . 1L ' ' ' у. уыс
вызываются растительными алкалоидами. Присутствие их часто затрудняет
открытие алкалоид'-в i:jc: ан ;;ч них : с: ;
§ 27. Белковые тела, млн протеины. Наиболее <вущественпую часть
животных и растительных орташ13М"В ссет;>1;.ии"Т р; злнчпме белковые
тола, состав коих колеблется сравнительно в узких пределах; они содержат:
углерода.............от 50 до '55%
водорода.............» 6,6 до 7,3%
азота.................» 16 до 16,5%
кислорода.............» 19 до 24%
серы..................» 0.3 до 2,4%;
в некоторых из них находятся фосфор л железо. Образуют коллоидальные
растворы. Обладают большим молекулярным весом,—для некоторых он
близок к 15.000. При нагревании, особенно с крепкими минеральными
кислотами, они осаждаются из водных растворов. При кипячении с азотной
кислотой белки окрашиваются в желтый цвет (ксантопротеино-
вая реакция), при кипячении с раствором азотно-ртутной соли,
содержащим азотистую кислоту (Миллонов реактив) получается
красное окрашивание, а с раствором едкого кали и небольшим количеством
сернокислой меди — фиолетовое. Последняя, реакция— называемая б и -
у р е т о в о й—является самой характерной .для белков.
Белковые тела очень многочисленны. Сюда относятся растворимые
в воде: 1) альбумин крови, главная составная часть всех жидкостей
животных организмов, как то: крови, лимфы, млечного сока (chylus)n. т.п.;
2) а л ь б у м и и яичного белка; 3) ф и т о-a л ь б у м и и. Все они свер-
тываются при нагревании. К нерастворимым в воде, но растворимым в раз-
веденном растворе поваренной соли и сернокислого магния принадлежат
глобулины: фп б р и но г с н—в крови теплокровных животных,
в и т е л л и и—в яичном желтке, м и о з и н—в мускулах. Н у к л е о а л ь-
’ 9) Белковые ir<nt и продукты их ршнада 28 -29
булины содержат фосфор и обладают кислой реакцией. Сюда относятся
казеины. К? зев и находится в молоке, нерастворим в воде и растворе
нов арен пий co.ui. легко растворяется в разведенной соляной кислоте и в
растворе поташа.; прп кипячении' по осаждается; из молока осаждается
при действии илп кислот (творог) или ферментов: при действии сычуж-
ного фермента получается сыр. В растениях казенны входят в состав
хлебных зорен.
§ 28. Волки переходят: в альбумина ты от действия щелочен,
в а ц и д а л ь б у м и н ы от действия кислот, в а л ь б у м о з ы ц п е п-
т о и и иод влиянием пищеварительных ферментов (пепсина и трипсина).
ся первоначальными продуктами изменения белков под
влиянием вышеуказанных р-аы пв<>в. При б о. ice же продолжительном их
действии, происходит более глубокий распад или гидролиз протеи-
нов. Продуктами гидролиза, кроме жмиака и угольпой кислоты, являются
альбумозы, пептоны и, наконец, аминокислоты, как жирного ряда (глико-
кол, лейцин, аспарагиновая кислота п др.) (см. § 24), так и
ароматического ряда (ф с н и л-а индо-пропионовая кислот а—
СвНб.СНа.СЩКН^СООН, т и р о з и н-СвН4(011)СН2СН(КНг)С00Н, и др.).
§ 29. Исследования гидролиза, белков привели к представлению, что
сложные белковые молекулы составлены из некоторого определенного числа
одинаковых или сходных частей подобно тому, как здание построено из
кирпичей. Каждый из этих «кирпичей» (компонентов белковой молекулы)
содержит «скелет» из атомов углерода, которые связаны между собою
в открытые пли замкнуты (кольцевые) цепи. Свободные валентности (пли
единицы сродства) атомов углерода насыщены атомами водорода, кислорода,
серы, азота. Некоторые из-атомов этих последних элементов связывают
между собою компоненты белковой молекулы.
1. С С—С -С—0-0 —О—С—С —С—С -С—С;
2. ' C-N—С—С-С—С—0;
3. С
С С—C--C-N—С-С-О;
III
С С С
с
4. ' С—С—С—S—S—( —О -С;
В этой схеме приведены углеродные скелеты, а также указаны и атомы
О, N, S, которые связывают эти углеродные скелеты. Таким образом, здесь
приведены три рода соединения, каждый из двух компонентов или углерод-
ных скелетов, причем атомы, служащие связью, отмечены звездочками.
Компоненты протеинов в общем носят характер аминокислот, которые,
как известно, характеризуются двумя химически активными атомными
группами; карбоксильной, СООН, и группой амин о, NH2. Обе
§ 30 Белковые тела и продукты их распада
' 91
°<---—
>iп группы могут быть рассматриваемы как некоторые органы, с помощью
коих аминокислоты связываются между собою, причем процесс соединения
состоит в том, что аминогруппа одного компонента соединяется с карбо-
ксильной группой другого прп выделении элементов воды:
NHS N'1-L, -КН, NJ'2 ХН.
СООП СООН СООП СООН СООП
Пять компонентов протеиновой
молекулы в несвязанном между
собою СОСТОЯНИИ.
N , N N I NH ХН
/ / I Z У
со со со си СООН
Пять компонентов прп выде-
лении 4 молекул НаО соеди-
нены между собой.
Если белковые вещества подвергнуты полному гидролизу, то моле-
кулы распадаются с присоединен и-егводы. Гидролиз можно продолжать так
долго, что получится спесь из продуктов распада, при • i дая составная
часть эт"1£ чм.гн бг- . .• в.чть ; ,:л оу цту.
Пр) и) , ающие участие в построении протеинов различные аминоки-
слоты отличаются между собою ф-фмым и в» лпчшг'й угд. рп.лпйГ'- скелета,
а также относительным количеством групп амино и карбоксильных. Нногво
из них должны быть рассматриваемы как производные a-а мп ио л р о-
пионовой кислоты (аланин а), как это обнаруживает следующее
сопоставление.- сн3 СНаОН CH2SH сн2с6н5 СН2С6ЩОН
1 chnh2 1 1 GHNH2 CHNHs 1 CHNH, chnh2
1 СООН 1 1 СООН СООН 1 СООН 1 СООН
аланин. серии. цпетегш, CHaCeH6N. 1 СНЫН2 фзиил-алаипп. сн2сда 1 chnh2 тирозин.
СООН триптофан. СООН гистидин.
В отдельных аминокислотах преобладают аминогруппы, и все соеди-
нение соответственно этому приобретает основные свойства, как у орни-
тина и лизина'; другие содержат бблыпую часть карбоксильных групп
и соответственно имеют кислый характер, как глутаминовая кислота,
окси-глутаминовая кислота и аспарагиновая кислота. До сего времени
удалось выделить около 19 различных аминокислот, являющихся компо-
нентами протеиновой’ (белковой) молекулы. Сочетанием их может быть
образовано поразительное разнообразие видов белка, при чем различие
белков зависит частью от состава самих компонентов, частью же от распо-
ложения их в молекуле.
§ 30. Вышеизложенное представление о составе и строении белковых
тел создалось благодаря трудам многих ученых, первое место среди коих
принадлежит, главным образом, Эмилю Фиш ору и его многочисленным
• 95 Балковые тела и продукты wa: распада § 30
сотрудникам. Он к го изучил продукты распада и юте1 нов, по и
путем емптеза ш многие из тел, по свойствам своим прнб.тпя иощпеся
к белкам.
Подобно тому, как Перт л о в свое время, основываясь па том, что
жиры, от действия щелочей, распадаются на глицерин и жирные кислоты,
задался целью синтезировать жиры из глицерина п жирных кислот, так и
9. Фишер задумал, заставляя аминокислоты соединяться друг с другом,
получить тела, подобные протеинам. 9. Фишер предложил название «поли-
пептидов» для продукт^:. : иг:Х' я путем сцепления из аминокислот.
ПрОС' - . - . глп-
цоколя C1UXIIg)COOH, так называемый глицилглиция,
NH2CH2CO . NH . СНаСООН.
Если сравнить формулы глякоколя и глициляшцппа, то можно видеть,
что последний можно получить из первого, если в гликоколе одни атом
водорода в группе NIIa заместить группой NHaCHaCO, представляющей
остаток той же аминокислоты:
N.JI2. СЩСООП — ОН = NITj. СЩСО.
Так как в полученном тлицйлглшцше находится тоже одна группа
Nll2n, кроме того, группа NH. то атомы водорода в них можно опять за-
местить остатками аминокислот,—тогда будут получаться более сложные
полипептиды, и таким образом мы можем все более п более подниматься
ио лестнице усложнения частицы. Так, из 1 тпцплглицппа можно получить
дигллцплтлццпн
ХН2СН2СО . NHCH2CO . NHCH2COOH,
затем три-, тетра-, пентаглицилглнцин. Выли получены полипептиды и из
другах аминокислот, и в настоящее время число их превысило сотню.
Смотря по числу содержащихся в них аминокислот, различают ди-, три-,
тетра- и т. д. пептиды (см. выше § 29).
Высшие члены этого класса синтетических тел по своим внешним
свойствам, некоторым цветным реакциям, отношению к кислотам, щелочам
и ферментам так похожи на естественные пептоны, что их можно считать
ближайшимиродственниками этих цоследппх, Полученный 9. Фишером
окта декапептид, C4fiI-I82N18O!S, составленный из пятнадцати молекул глико-
коля'?1 трех молекул i-лейцына, обнаружил по своим внешним свойствам
огромное сходство со многими естествсппымп протеинами х).
Таким образом работы Э. Ф и ш с р а осветили темную область строения
протеинов. Благодаря им, мы не только узпали, что «аминокислоты могут
быть рассматриваемы как кирпичи, из коих построена молекула, протеина»,,
по и увидали, как из этих кирпичей строятся молекулы, близкие по своему
составу и строению молекулам протеинов.
Ч Состав и строение октадекаиептпда выражается формулой: NH^CRiC^H^CG-
4NI{CThCO)^HCH{C.lBi)CO^NHOR/!0)3,NeC'H(CAH^OO.(NHCIiiCO\N!lCHiC()OH J-леЙцля
тригаидил-г-лейцол-трнглнцпл-блейдтгл-октаглицп. глицин, Молекулярный вес его равняете»
1.214, он превышает таковой жиров, из коихстеарип обладает молекулярным весом 891. Это самое-
сложное из полученных синтетически органических тел.
3! Стереохимическая теорчя 393
Стереохимическая теория.
§ 31, Некоторые твердые тела обладают способностью вращать пло-
скость поляризации стада, только находясь в кристаллическом состоянии;
к таким телам относится кварц, киноварь, двойная сернокислая соль лития,
калия п т, п. Эта типическая особенность тел неразрывно .—ана с опре-
деленным геометрическим наш : л» жът
энантиоморфным форма j ;.-е. таким телам, которые обладают
двумя кристаллическими формами, из которых одна является зеркальным
л заражением другой и не может быть приведена в нее вращением, Она и-
т и о м о р ф и а м есть признак вращательной способности кристалла, при
чем из двух энантиоморфных кристаллов одни вращает плоскость поляри-
зации света вл»-то, лруг i pan >. Ели мы как м-либ. способом (распла-
влял и. растворяя) разрушим кристаллически х тел, то
они потеряют вращательную способность, след, эна и / мо] .и. з м
их зависит от раешл"Ж> f л i гр «л, .:.,нх или • .. гп<д? оа
группировки кристаллических часпсц, а ад от ори' шгя о ; х мадилл
Цо есть другого рода энантиоморфизм, указанный впервые Пастером
в его исследовании над винном кислотой и ее солями. Было известно давно,
что кислота состава С4П60б или СО2П[С.ЩОН)]2СО2П представляет два
изомера, винную и виноградную кислоты, сходные между собой, различаю-
щиеся только по своим оптическим свойствам. Еще Ми т ч е р л и х указывал,
что Ёпноградно-кислая и винно-кислая двойная соль натрия и аммония,
C4H4O4(ONa)(ONH4), обладают одним н том же химическим составом,
одинаковой кристаллической формой, одним и тем же удельным весом,
одинаковым двойным преломлением и, след., одинаковыми углами между
оптнческп-чги осями. Их водные растворы обладают одинаковой лучепрс-
л(шлясмостью. По раствор винно-кислой соли вращает плоскость поля-
ризации, тогда как виноградно-кислая соль недеятельна. Но шрпр^да
и число атомов. их взаимное расположение и взаимное удаление между'
собой одинаковы у обоих тел». Последнее замечание Митч срл иха пора-
зило пылкий ум Пастера (бывшего тогда учеником Парнжск. Нормальн.
школы), коте )ый впоследствии занялся исследованием солей винной и ви -
ноградной кислот, и от его наблюдательности не ускользнуло то, что прогля-
дели другие. В 1861 г. он нашел, что кристаллы правовращающей винной
кислоты характеризовались мелкими граням, развивающимися только на
одном углу. Кристаллизуя двойную соль натрия и аммония виноградной
кислоты СДЦО/ОЦаХСШНД Пастер открыл, что отлагаются два сорта
кристаллов: часть с гранями па правом верхнем углу (а) (см, рис. 129)
п часть с гранями на левом углу (Ь). Эги грани затушеваны на рисунке.
Пастер тщательно отделил кристаллы с правыми гранями от кри-
сталлов с дсвыми гранями и па блюда л растворы обоих, каждого отдельно,
в поляризационный аппарат, и тогда, -к немалому своему удивленаic
и великой радости, Пастер заметил, что первые (правые) кристаллы
вращают плоскость поляризации вправо, а вторые (левые) —влево.
394 Стереохимическая творил § 31
С'й ъ ж<‘ равных количеств растворов обоих изомеров л снялась опти-
чески н/г чтенью '. Таким образом, кристаллизуя натрнсвоаммиачную
соль г - -д. можно выделить кристаллы натрпевоам-
мпачиой v яровой впшн й кис юты и левой. Кристаллы правой
вмппой кислоты энаптиоморфны с кристаллами левой винной кислоты.
Энантиоморфизм в этом случае обусловливается строением самых молекул,
ибо вращательная способность нс исчезает при разрушении кристалличе-
ской формы. Вращательная способность является следствием несимметрич-
ности строешая молекул вв нюй кислоты. Вчем заключается эта ассимметрич-
ност’.. в: . : : ы .плюй винной
кислоты являются как бы зеркальными изображениями правой винной ки-
слоты. На основании своих работ Пастер приходит к следующему заклю-
юшпо: 1) если элементарные атомы органических продуктов сгруппиро-
ваны ассгышстрпчно, то кристаллическая форма тел выказывает эту моле-
кулярную ассимметрию посредством энантиоморфизма, 2) существование
молекулярной ассимметрии выказывается далее в способности вращать
плоскость поляризации. Разницу между строением кварца и винной кислоты
Пастер разъяснил следующим образом: представим себе винтовую лест-
ницу, ступени которой имеют формы кубов. Разрушим лестницу—и ассим-
мсгия пропадет: отдельные ступени не несимметричны. Асспммстрня лест-
ницы была лишь следствием особого расположения этих элементарных сту-
пеней. Нечто подобное мы видим у кварца. Кристалл кварца—это готовая
лестница. Молекулы кварца могут быть расположены в кристаллах так, что
образуются двоякого рода кристаллы, являющиеся зеркальными изобра-
жениями один другого, подобно правой и левой руке. Сообразно с этим они
действуют па поляризованный свет,—одни кристаллы вращают вправо,
другие—влево, но если кристалл растворить, расплавить или вообще
каким-нибудь образом разрушить его физическую структуру, то ето ассим-
мстрия, а вместе с тем и действие на поляризованиый свет исчезнут.
Представим себе подобную же винтовую лестницу, по с ступеньками
из неправильных тетраэдров. Разрушьте лестницу, и а ссимметрия останется,
так как каждый тетраэдр ассимметричеп. Любое сочетание может быть
сделано из этих тетраэдров, но каждому свойственна своя особая ассим-
метрня. Это мы видим для оптически деятельных органических тел, у кото-
§ 31
Стероо^мич^скал теория

рых каждая молекула имеет свою особую асспэшетрию, выражающуюся
в форме крнстажта. Если растворить кристалл, то получается девствующий
на поляризованный свет раствор, потому что он содержит молекулы, кото-
рые хотя и но сохраняют между собой прочного положения, ио каждая
сама по,себе обладает равной. хотя и неодинаково сильной вовсе ст- /> оиы,
ассимметрнен. Таким обрж; и. п«» Т 1. у. m спо-
собности органических сснди" .. :и з.ж.:?': . . i. строе-
ния молекул. Эта мысль получила рпжшк : и в дндлд .не- в работах
Ле-Ес ля и фапТоффа, которые почти одновременно (1874 г.) понажми,
что во всех оптически деятельных органических соединениях содержится
<mi с симметрический» атом углерода, т.-с. такой, четыре единицы сродства
которого связаны с четырьмя различными атомами или радикалами. Вообра-
зим, что атом у гл 4 ’ - п ходится в центре тетраэдра, по углам которого
расположены те четыре атома или группы атомов, к е связаны
с углерод и.
Если мы обзначпм эта атомы плп группы буквами Р, Q- и S. то
могут получиться соедин тая (ЛЕ , I ai как
и СР4. В случаях, обозначенных на pi с. 130 (1. - 3 . изомерия (пр/трой-
ственная) невозможна. Но когда атом углерода. и; х-дящ н л в плтре
Рис. 130.
тетраэдра, несимметричен, т,-с. соединен с 4-мя различными группами,
то возможны две группировки его частей, и могут быть получены два опти-
ческих изомера, так это показано на рис, 130 (4 и 5).
Все известные случаи подтверждают это правило, по которому всякое
оптически деятельное тело содержит по крайней мере одни несимметрический
атом углерода . Если в частице тела находится один несимметрический атом
углерода, как, наир-, в этилнденмолочной кислоте, СН3СНОН . СО . ОН,
где атом С в СИ является несимметрическим, то возможны 3 оптических
изомера: 1) правая молочная кислота; 2) левая молочная кислота; 3) недея-
тельная молочная кислота., представляющая смесь обеих кислот в равных
количествах. Если предположим, что
В = ci-I3: Q = И, Р = ОН и S = СО . НО,
то фиг. 4 может представлять правую этплидепмолочную кислоту, а фиг.
5 —левую. Смесь обеих кислот в равных количествах будет недеятельна,
ибо правое вращение плоскости поляризации, производимое частицами
396
Стера ая meop гя
§ 31
правой кислоты, будет уничтожаться противоположным действием левой
кислоты. Опт: J : -рждает такой вывод теории: во всех случаях, когда
мы имеем с «ст -яш; е из частице одним асслмметричсским атомом угле-
рода, для н го известны 3 оптических изомера. При синтезе такого соедине-
ния обыкновенно получается оптически недеятельный изомер, так как при
этом в одинаковом количестве образуются молекулы как правовращающие,
так я левовращающие.
Для того, чтобы обнаружить их вращательную способность, их нужно
отделить друг от друга. Для этого существует несколько способов.
Пасте асов лея ! двух разновидностей вшшой
кислоты, содержащихся в виноградное кислоте: во-перв1 i, пр готовляд
соль виноградном кис.юты с осг плисом, панрим! р, цпнхиппном, обладаю-
щим оптическими свойствами. Соль правой винной кислоты с этим основа-
нием гораздо более растворима, чем левая винная кислота.. Поэтому при
выпаривании раствора соли выделяются чистые левовращающие кристаллы..
Другой способ разделения,или, в данном случае, разрушения правой винной
кислоты, заключается в том, что о и заставлял раствор аммо линией соли
бродить. Развивающийся при брожении грибов разрушает правую вщшукь
кислоту, а пе левую винную кислоту. Только правое соединенно служит
пищею грибку.
Подобного рода способы с успехом применялись для разделения дру-
гих соединений.
Если в соединении находятся два ас-нммотрпческпх атома углерода,
причем, группы, соединенные с углеродными атомами, одините же, другими
словами, как тот, так п другой несимметрическим атом соединен с одними и
томи же P,Q,R,S, напр. в винной кислоте, СОйН.СЙ(ОП),СП(ОН).СОгН,
то возможны -4 изомера: 1) правая винная кислота, 2) левая винная
кислота и две недеятельных кислоты—з) виноградная и 4) мезовинная,
состоящая нз частиц, недействующих на поляризованный .туч, Па основа нип
стореохим. теории можно объяснить существование 4 изомеров виллой
кислоты так. В частице винной кислоты два ассиммстричсских углеродных,
атома, и расположение 6 групп, соединенных с двумя несимметрическими
атомами углерода, может быть изображено форм. I, II и -III:
н н II
НОгО—О—он НО—С-СО2Н НО2С—с—он
ь г и. I ш. !
но-с—со.н 1 но2с—с-он Н02С—0—он
1 н я н
Если смотреть из пункта, отмечен. (*), па верхнюю и ппжнюю половину
частицы кислоты, то группы СО2Н, Н и ОН как вверху, так и внизу сле-
дуют по часовой стрелке. На формуле И те же группы вверху и внизу
следуют против часовой стрелки. В обоих случаях действие одной поло-
Э 31 Стереохимическая теория 397
вппы частицы усиливается действием другой. Если кислота I вращает
вправо, то II—-влево на то же число градусов. Смесь их в равных коли-
чествах образует виноградную кислоту, оптически недеятельную. Формула
III представляет расположенно групп в мезовпнпон кпелоте, в которой
в верхнем части группы С'»Л1. II и ОН ч ; а ... яке,
а в нижней—против. Ег.тц : < pxn-,i:i тьть i i *. ; право,
то нижняя вращает его на с лько же градус."!! в.о-тю. Действие на
поляризован нын луч одной пи.ювцпы молекулы уничтожается равным
я противоположным действием другой половины.
Предметный указатель >).
Абсолютная ...
АшТ.СП)". и. 17.
» число. 21,
Агат, 193.
Аэбест, 273.
Азбсст платинированный, 97.
Азотистая кислота, 125.
Азотист ово дор о дна я кк слота, 115.
Азотистый ангидрид, 116, 124.
Азотная кислота, 116—121, 135.
Азотная кислота, дымящая, 119, 23k
Л;ютгют:атый ангидрид, 116. 123, 124*
Азотноватая окись, 124, 135.
Азотновнемутовая соль, 297.
Азот, 26, 105, 132, 133, 139,
» бромгигшй, 116.
» йодистый, 116,
» закись, ]16, 127, 128.
» окись, 116, 125, 126, 128.
» хлористый, 115, 116,
Азотный ангидрид, 116. 122.
Алебастр, 271,
Аллотропия, 61.
Алмаз, 162.
Алюминаты, 285, 286.
Алю мим и , 286.
Алюмшшеъа бронза, 283.
Алюминиевые квасцы, 286.
» силикаты, 287.
Алюминий, 26,207,212—214, 229,254, '381—288.
Алюминий окись, 285.
и> сернокислый- 286.
» бромистый, 284,
» йодистый, 284,
» углеродистый (карбид), 172.
» хлористый, 232, 284.
Альбит, 281.
Алюминотермия, 255. '
Амальгама, 110, 277.
Аметист, 193,
Амины, 154, 386*
Амиды 387.
Аммиак, 106—112, 136.
Аммиачный способ, 260.
Аммиачные соли, 111, 112.
Аммолпй, 110, 111.
* азотнстокк.с.1Ь1й, 104, 136.
» азотнокислый, 110, 136.
» сернистый, 276.
» кислый, углекислый, 260.
» хлористый, 107, 109, ПО.
Аммониевая амальгама, ПО.
Ач; (И юмдуХТ. 131. 132.
А- ". ’ ".
Ангидриды, 49.
Ангидрид Mfr'.!.ujтовой кислоты, 183.
Ангидрит, 2-71,
Английская серная кислота, 127.
Аинллн. 387,
Лилек 248.
Аиод 248.
Антихлор, 97, 102.
Антрацит, 170,
Апатиты. 132, 267, 272.
Аппарат Киппа, 40.
Аргон, 26, 104, 139—141, 207, 209.
Аррагпппт, 271.
Атомистическая теория, 10—15.
Атомы, 10.
Атомы электричества, 253.
Атомпыс висы, 10. 26, 207.
Атомные обьемы, 212—215,
Ат мная теплоемкость, 218,
Атомность, 153, 205.
А сбер к-металл, 159.
Асслммотрия, 324.
Асимметрическим атом углерода, 395.
Лурвпигдюит, 156,
Ацетилен, 173—175,
Бальмера, формула, 265.
Барий, 26, 207/212—214, 267, 272, 273.
» крсмпсфтлрнстый, 193.
» окись, 272.
» перекись, 62, 273.
ъ се рпе кислый. 272,
» углекислый, 273.
Башня Гей-Лю есака, 127.
Башня Гловера, 127.
•Шернллий, 26, 207, 212—214. 267.
Берлинская лаэурь. 322.
Бсртол.тетива. соль. 74., 147, 182, 261.
Бессемерование, 313—815.
Бессем< р о векш; реторты, 314—315.
Блеск ви [утиный. 295.
» железный, 307.
& медный, 328.
» свинцовый, 292.
» Серебряный, 330.
» сурьмяный, 159.
Боксит, 281, 282.
Болотный газ (метан), 175, 176.
Борапы, 200, 201.
Борацит, 198.
Борцая кислота, 198, 200.
L) Многие органические соединения- находящиеся н Ш приложении, не вошли в этот
указатель.
7/ дм&тиЫЦ ЦК&3(1тпглъ

Борный ангидрид. 200.
Борные стекла, 200.
Б-р, 141, 142, 199—201.
a азотистый, 2С0,
$> фтористый, 200,
» хлористый, 200*
Браунит, 303, 304*
Британия металл* 159*
Бромная вода, 76.
Бромистый водород, 77, 78.
Брсмповаткстая кислота, 78*
Бромковатая кислота, 78*
Бром, 50—58, 7С—’73*
Бронза, 224*
» алюмшшева, 224,
Броуново движение* 15*
Бура, 198, 200*
Бурый железняк, 307.
Бутан, 178.
Белила, свинцовые, 293*
Белильная известь, 73.
Валентность, 153*
Ванадий, 26, 207, 213—214.
Вентиляция, 135* 138.
Веселящий газ, 127.
Висмутовая кислота, 296*
к- охра, 295,
Висмут, 26, 207, 212—2J4, 295—297*
£ азотпокне. ып, 296*
о гидрат окисц, 290.
* окись, 295*
» сорпнетып, 297*
» хлористый, 296.
» хлорокись, 296.
Висмутовый ангидрид* 296*
£ блеск, 295*
Витерит, 272.
Вода, 28—38.
fr гн гр о скопи лесная, 32/
» диссоциация, 38*
# дсотняли [ролаи пая. 29*
» жаве.лева, 73.
* жесткая, 36, 272.
fr конституционная, 33*
* кристаллизационная, 33,
Водка царская, 120.
Водородное огниво, 44*
Водород* 38—47, 207* 213, 214.
Водяной газ, 185*
з> остаток (гидроксил), 114* 154.
Воздух, 128—139*
15осстаковлепие* 97*
Вольфрам, 26, 207, 212—214.
Вязкость металлов, 217, 223.
Газометры, 41*
Газы, 15—20*
> выделение их, 39*
> высушивание, 41.
* диффузия, 14*
Галлий, 26, 207, 212—214*
Галоиды, 65—87,
Га ло) 1 до-во до]) с, ди ы е кислоты* 85—86.
Гаусманит, 303.
Гекса и, 368*
Гелий, 141-143, 207, 209*345, 346.
Гематит, 307.
Германии, 26, 197* 207, 208, 212—214*
Гидразин, 113, 177*
Гидраргиллит, > 1.
Гидраты, 49*
» окислов, 49, 225.
» основные, 49.
* серной кислоты, 99, 100*
fr хлористого водорода, 85.
Гидрат брома, 76*
» хлора, 69*
Гпдраргиллнд, 281,
Гидрогел, 195, 285.
Гидрозоль, 195, 285*
Гидроксил 113, 154*
Гидроксиламеп, ИЗ—115* 154.
Гидролиз (гидролитическая диссоциация), 284.
Гипосульфит* 1IJ2.
Гипс, 143* 283, 271.
Глауберова соль, 233. 259.
Глет, 293.
Гликоли, 378*
Глина, 287*
Глицерин, 121* 243, 379.
Гомологи, 178.
Гомологическая разность,* 178*
Гомологический ряд.. 178.
Горный леи, 273*
& ’хрусталь, 193, 194*
Горелка Бунзена, 53-—54, 180*
Ауэра* 180,
Горькая соль, 274*
Градирня, 65,
Грамм-молоку;да* 19, 21*
Графит, 163/167, 168.
Группа- азота, 105—.162^
V галоидов, 65—87*
» кислорода.. 88—104*
з> углерода, 168—197,
» 1-я, 266.
ъ 2-я, 267—289*
» З'Я, 281—288*
» 8-я, 267—280.
Гремучий газ, 53*
Гэти г* 319*
Гюппетова зелопь, 300*
Давление осмотическое, 235—240, 243*
» нарц; а явное, 35, 132.
Двойные соли, 232, 2в6,
Двууглекислый натр, 133, 260*
Двууглекислый калий, 261.
Двухромовокислый калий, 302*
Двухромовопатриева соль, 302*
Дезинфекция, 73,
Дельтаметаял, 224.
Ди борам, 201.
Диморфизм, 91.
Ди па мит, 121,
Диссоциация, 38, 92, 112, 124, 150, 268.
£ гидролитическая, 284.
» твердого тела, 268, 269*
» электролитическая, 247—251*
Дптноновая кислота, 102.
Диффузия, 14, 235*
» газов, 13, 14*
Дча шзатор, 195.
Диализ* 195*
Диамнд, 113, 177.
Диаспор, 281.
Доломит, 183, 273*
Доменная печь, 309—312*
100
Пр? ..ь
Дру5ПИ»ПД0Т: свет, 53,
Дуралюмнинй, 283,
Дымчатый топаз, 193.
Дыхание, 132, 133, 138,
Единица атомпого веса, 11,
» плотности, 18,
» тепла, 57,
Едкий патр, 258,
"Едкие кали, 261,
Жане лева вода, 73,
Жадность кислот, 230,
Желеинстосипородпстый калий, 188, 821, 322,
Железо си породистый калив, 321, 322,
Железо с.! не роди стош 'дородная кислота, 332,
Железная кислота, 3J».
» красная руда, 306,
* слюдка, 307,
Железный блеск, 307,
в колчедан, 307,
» купорос, 318, 319.
ft шпат., 307,
Железняк бурый, 307,
ft красным, 306, 307.
ft магнитный, 306,
Железо, 27, 207, 2.12—214, 306—322,
Железо, гальванизированное, 275,
» гидрат закиси, 3J8,
» . гидрат еншеи, 319.
» пассивное, 120.
>> серп истое, 320,
» хлористое, 318, 319,
в хлорное, 229, 319.
Жёсть, 290,
Жидкий воздух. 129—131.
Закиси, 51.
Закись азота, 116, 127, 128.
Закон Апагадро Ампера, 17, 18, 239.
ft Бойля н Мариотта, 15, 239,
» Фан-Гоффа, 239.
» Ген рп-Даль топа, 35, 132,
в Шар, щ-Ген- Лю Осака, 15,
» двойных разложений, 228—230,
> действующих масс, 230,
» Рауля; 241“244,
» .. диффузии, 15.
в Дю лонга и Ити, 218,
в кратцыХ отношений-, 64,
» замещения, 153, 154.
» объемных отношен. (Гей Люссака), 7Q.72.
в периодический, 202-- 209, 2Г2—214, 35^-
» постоянства состава, 7,
в распределения, 76, 79, 80.
» сохраненля вещества, 45,
ft сохранения энергии, 56,
Затюп (первый) термохимии, 58.
Законы Фарадея, 251.
Зелень Гюййетова, 300,
1а । Фер оваз । и е. (лп квг:щЦ1i я), 220.
Зимаза, 377, 384, 385,
Золото, 27, 207, 212—214, 335—334. ’
ft гидрат закиси, 333.
х> гидрат отнеси, 337.
ft закись, 383. »
Золото, окись, 334.
в синеродистое, 333—334,
» хлористое, 334.
ft Xiiopnoo, 334.
Золотохюровпдородпая кислота, 227.
Золотая монета, 224.
Известковая вода, 36, 270,
Известковое молоко, 270,
Известковый шпат. 271.
Извостпяк, 131, 267. 271,
Известь, 33, 268, 269.
ft белильная, 73.
» гашеная (едкая), 33, 270,
ft гидравлическая, 271,
Изо бутан, 178, 368.
Изомерия, 178.
Изомеры, 178, 368.
Изоморфизм, 232.
Изотоничные растворы, 239,
Индий, 27, 207, 208, 212—214.
Игфузорлая земня (кизельгур), 121, 194,
Иридий, 27, 207, 212—214/326.
Ир иди стая платина, 326,
Исландский шпат, 271,
Иттербий, 27, 207, 212—214.
Иттрий. 27, 207, 212—214.
Инд, 27, 78—81, 147, 207, 212—214,
Подпетый азот, 116.
ft водород, 80, 81,
ft фосфоний, 147.
Иодная кислота, 81,
Подловатый ангидрид, 81,
Йодноватая кислота, 81.
Иодо крахмальная бумажка (озоноскодмческая)
62.
Ионы, 248.
Кадмий, 27, 207, 212—214, 276,
& окись, 276,
ft сернистый, 95, 276.
Кэпнит. 232, 273,
Калий, 27, 207, 212-214, 260, 261,
ft азотнокислый, 117,
в бромистый, 261.
» во дор о ди еты й, 262,
в подпетый, 261,
I» кремнекислый, 194.
в окись, 260,
в сернистый, 226.
» синеродистый, 188.
в углекислый, 117, 185, 261.
хлористыйt 261.
в х [оряоватнстокислый, 73,
» хлорнокислый, 75.
» хлорноватокислый, 47, 75, 261.
Кади едкое, 260.
Калиева селитра, 117.
Каломель, 279, 290,
Калория, 57.
Кальций, 27, 207, 212—214, 2G7-272.
ft окись, 33, 268—270,
ft гидрат окиси, 33, 36, 270,
в ' сернокислый, 367, 271,
ft сернистый, 259.
» углекислый, 36, 185, 228, 268—271,
» у гл е р одл сты й, 171,
ft фосфорнокислый, 267. 272.
ft фтористый, 60, 267.
ft хлористый, 228 , 233, 269—272,
Ка с | ь ци й - цп а па ми д, 172.
Каменная се)ль, 65,
Каменный уголь, 170.
Камерный процесс, 125—127.
Каолнн, 281, 287,
Предметный указать1ъ 401
Карбамид (мочевина), 387.
Карбиды, 171—172.
Карбид алюминия, 171,172, 176.
? бария, 171
# железа, 186,
» кальция, 171.
> кремния, 11Э0-
ъ марганца, 172,
» молибдена, 171,
Карборунд, 190,
Карналлит, 232. 261, 273.
Катализ, 63.
Катализаторы, 63.
Католические реакции., 63,
Катион, 248.
Катодные лучи, 338.
Катод, 248.
Кварц, 189, 194-196,
Квасцовый камень, 281.
Квасцы алюминиевые. КИЛ 286,
» железные, 100,
* хромовые, 100, 3(Н.
Кизельгур (трепел), 194.
Кизерит, 273, 274,
Кинетическая энергия, 56.
Киноварь, 255, 277,
Кислород, 2(1, 47— 5k 207, 212—214,
Кислоты* 49, 50.
> дну основные, 50,
* одноосновные, 50
Кислая соль, 51.
Клевеит, 141.
Классификация они ело в, 49*
Классификация элементов* 26.
Клетчатка, 121, 385.
Кобальт, 27, 2O7t 212—214. 32*2-324,
» закись, 74, 323.
» окись, 74.
я хлористый, 234.
Кобаитиаки, 323.
Ковкость металлов, 217, 223,
Кокс, 169.
Коллоиды, 195, 334—337*
Колчедан железныН, 88, 307, 824 Л
v модный, 224, 88.
» мышьяковистый, 156.
Колкотар (мумия), 319.
Контактный метод, 98*
Коэффициент распределения, 77. 79.
» растворимости* 34*
Корунд, 281,
Красная соипцожч руда, 298.
Кремень, 193*
Кремневая кислота, 192, 195.
Кремневый ангидрид, 193, 1У4.
Кремнезем, 189, 198, 194, 196.
Кремнекислый натрий, 195*
Кремнекислый калий, 191, 194, 195*
Кремнеф тор истый натрий, 189, 193*
Кремнефтористоводородная кислота; 191, 192,
Кремиететраэтилевый эфир, 191*
Кремп етр и этиловый эфир, 191.
Кр еми ех лор офор м, 191 *
Кремнистое железо, 190.
Кремнистый кальций, 190.
» марганец* 190.
» магний, 189.
$ ♦ хром, 190,
Каблук ай. Нсор* акическаи унмия.
Кремний, 140, 189.
> водород ноты Ik 189, 190.
» фтористый, 190, 191.
* четырех-бромнетый, 198*
> • 4* подпетый, 193.
* » хлористый, 190, 193.
Криогидрат, 274,
Криолит, 82, 28L
Криоскоп, 32*
Кр и Итон. 26, 141, 207, 209,
Кристаллизационная вода, 33* 234.
Критическая температура, 43.
Кричный способ, 312,
* горл, 312,
Крица, 312.
Криоскопический метод. 245.
Кристаллогидраты, 23а, 274.
Кровавик* 307*
Ксенон, 26, 141, 207, 209.
Купорос, 100*
Купорос жслезпыН, 100, 318,
» медный, 100, 276.
* ципновый, 100, 276,
Купоросное масли, 98, 127*
Лазурь берлинская, 322*
Лаки, 285*
Лампа Дэви, 180.
Лантан* 27, 207, 212—214*
Латунь, 224.
Лоблановский процесс. 259.
I ткне металлы, 210,
Лед, 31, 32.
Лоппдолпт, 262,
Литий, 27, 207, 212—214. 262.
Литроваыве, 117.
Лужение, 290*
Лянпи, 332.
Магналий, 283.
Магнеапт, 273.
Магнезия белая, 274.
Магний, 27, 207, 210, 212—214, 273—274*
» окись, 273, 274, 279.
» гидрат окиси, 274.
» сернокисылй, 274.
>> углекислый, 274*
и хлористый, 274*
Магнезит, 273.
Магнитный железняк. 307.
Малахит, 328.
Манганит, 303, 304.
Марганец, 27, 207, 212—214,
» закись, 304.
> гидрат закиси, 304,
» окись, 304,
Марганец гидрат окиси, 304*
» перекись, 68, 304.
* хлористый, 68*
Марганцовистый ангидрид, 303, 304.
Марганцовистая кислота, 209, 303,
Марганцем я кислота, 303, 310*
Марганцовистокислый калий, 809*
Марганцовокислый калий, 309,
Марганцовый ангидрит, 303. 805.
Марказит, 320.
Мартензпт, 309.
Массикот, 233.
Меллитовая кислота, 183*
Мельхиор, 224. 323.
26
402
Предметный 'цк^зачнелъ
Мергель, 271,
Металлоиды, 26, 49,
Металлы, 26, 49, 210—224*
$ легкие, 210,
» тяжелые, 211,
& щелочные, 256—263,
# щелочно-земельные, 267—274.
Метан, 175, 176,
Метакремневая кислота, 172.
Метаолонявная кислота, 20, 291,
Метасурьм явная кислота, 160.
Метафосфор пая кислота, 151*
Метил, 177, 382,
Микроорганизмы, 136, 137,
Молекулы (см, частицы), 11, 12,
Молекулярный вес (определенно), 22, 245.
Молибден, 27, 207, 212—214,
Монацит, 141,
Монеты (золотые), 224
Мрамор, 267, 271,
Мумия, 307, 319,
Муравьиная кислота, 186.
Муссивное золото, 292,
Мышьяк, 27, 156—159, 207, 212—214.
> белый, 158,
» водородистый, 357,
Мышьяковая кислота, 159,
Мышьяковистый ангидрид, 158.
& водород, 157,
Мышьяковый ангидрид, 158.
» колчедан, 156,
Медь, 27, 207, 212—214. 328—330.
» закись, 329,
» окись, 226, 329.
л- л арат окиси, 329,
» сплапы, 224,
& сернистая, 226.
» сернокислая, 33* 234, 329.
» углекислая, 330,
Медная лазурь, 328,
& красная руда, 328,
Медный колчедан, 328,
» купорос, 33, 234, 329,
Мел, 267, 271.
Надсерный ангидрид, 102.
И ад серная кислота, 102,
Над хромовый ангидрид, 299.
Наждак, 281.
Натролит, 287.
Нашатырь, 107,
Нашатырный спирт, 110.
Натрий, 27, 207, 212—214, 256—260.
j> амид, 115.
* азотнокислый, 117,
» борнокислый, 198,
* водородистый, 262,
* кислый углекислый, 18о, 260,
» кремнекислый, 195;
* окись, 257.
» перекись, 257, 258,
» серии сто кислый, 97,
серноватп стокислый, 102.
* кислый сернокислый, 66, 100.
э сернокислый (сердипй), 66, 100, 259
* углекислый, 185, 258,
хлористый, 64.
» едкий, 257,
Недокись углерода, 183,
Неон, 26, 141, 207, 209, 351,
Нейзильбер, 224.
Ннккель, 27, 207, 212—214, 318, 322—324.
? закись, 323.
» окись, 322, 323.
Нитон, 27: 207,
Нитробензол, 121, 387,
Нитроглицерин, 121, 379.
Нитроклетчатка (гшроксилмн), 121 ,
Ниобий, 27, 207, 212—214.
Нордгауэенская кислота, 101.
Обманка цинковая, 274.
Обменные разложения, 25, 228—281.
Огниво водородное, 44.
Озонатор, 60,
Озон, 59—61, 136,
Окалина железная, 318.
Окпслы, 49—51, 224—226.
* металлов (основные), 49. 224, 225.
у кислотные, 49,
* > индифферентные, 51.
* промежуточные, 49.
Окись, 51.
> азота, 116, 119, 120, 125— 127.
» углерода, 183, 185—187,
Олефшгы, 179, 369*
Оливин, 273*
Олово, 27, 120, 207, 212—214, 288.
» окцеь, 290.
» закись, 290*
г» гидрат закиси, 290.
> сернистое, 291.
» двусернистое, 292,
» двухтористое, 290 *
* » хлорное, 291*
Оловянная кислота, 291*
Оловяннонатриевая соль, 291.
Оловянный ангидрид, 290.
> камень, 289, 290.
Органические соединения, 176—179, 367—396.
Орлец, 303*
Ортоклаз, 196, 281.
Ортофосфорная кислота, 151, 155, 231,
Осмий, 27, 207, 212—214, 325*
О синевы й ан гя др н д» 325 *
Осмо в, 236.
Осмотическое давление, 236—240.
Основания, 49,
Основные соли, 231,
Основность кислоты, 50.
Основные окисли, 49.
Отбел (белильная известь)) 73.
Охра, 307*
Палладий, 27, 207, 212—214, 324-326.
j* водородистый, 325.
» хлористый, 326*
Па л ладмех лороводородная кислота, 326.
Параффины, 374*
Пассивное (железо), 120.
Паяльная горелка, 181.
трубка, 181*
Пентатиояовая кислота, 102.
Пентан, 368.
Пергамент (растительный), 100,
Перегонный куб, 29*
Перекиси, 51*
Перекись водорода, 62—64, 136 , 258,
»> бария, 62, 273.
Предметный указа )пелъ
403
Перекись марганца, 68, 304,
* кальция, 270,
» натрия, 358»
> свинца, 293,
Пересыщенные растворы, 235.
Периодическая система, 202—209,212—214,359.
Периодический закон, ЙО 3.
Перлит, ЗОЭ,
Пермутиты, 287»
Песок, 194, 196.
Пинкэальц, 290, 29 L
Пирит, 320,
Пироксилин, 121.
Пиролюзит, 303, 304. .
Пиро сидерит, 307.
Пир о серная кислота, 101,
Пирофо сфорная кислота, 151.
Плавиковая кислота, 82, 231,
Плавиковый пшат, 82»
Пласмолиз, 240.
Пламя, 51—55, 179—183,
Платина, 27, 207, 212—214, 324—326.
> губчатая, 326»
> гидрат вакнси, 827»
» гидрат окиси, 327.
> приди стая, 326»
» хлористая, 827,
> хлорная, 327.
Платиновая чернь, 826»
ПлатиновосинеродпстыЙ барий, 327.
> калий, 327.
ь серебро, 327.
Платнновосинеродистоводородвая кислота, 327»
Платпнохлороводородная кислота, 327»
Плотность пара, определение по В. Мейеру, 22.
Поваренная соль, 64, 136»
Полевой шпат, 196, 281,
Поликремневые кислоты, 196.
Полимерия, 124.
Полиморфизм, 91»
Политионовые кислоты, 102,
Поллукс, 262.
Порох, 121, 122.
Поташ, 117, 261.
Потенциальная энергия, 56.
Празеодимий, 27, 180, 207, 212—214,
Пропан, 177.
Пропил, 178.
Предохранительная лампа, 180.
Прибор Каппа, 40»
Пудлингование, 313.
Пятихлорястый фосфор, 150, 155».
Пыль (значение ее), 136.
Равновесие подвижное, 228, 269.
Радий, 142, 207, 214, 338-346»
> хлористый, 339»
Растворимое стекло, 194.
Растворы, 33—35, 233—236»
> строительные, 269,
► твердые, 219»
Растительный пергамент, 100,
Реактив Швейцера, 329.
Реакция, 3.
Реакция восстановления, 97/
Реакция, обмена (замещения), 161, 25, 66»
» разложения, 25,
ь соединения, 25.
Реальгар, 156»
Ридберга, константа, 266, 356»
Ржавчина, 318.
Роданистый калий, 229,
Родий, 27, 207, 212—214, 222,
Ртуть, 27, 193, 194, 207 , 212-214, 277—280»
ь аэотяокиСчтая, 278.
*> закись, 278.
> поди стая, 278.
ь двуиодистая, 278.
* пкись, 278.
> сернистая, 278.
» синеродистая, 187.
* хлористая, 278, 279.
& хлорная, 278, 279.
Руды, 354.
Рубидий, 27, 207, 212—214, 261»
Рубин, 281»
Рутений, 27, 207, 212—214, 222.
Сажа, 168.
Сапфир, 281, 285.
Свинец, 27, 207, 212—214, 292—294, 201, 202»
Свинец окись, 292, 293.
> гидрат окиси, 293.
> перекись, 147, 293.
> сернистый, 63, 292.
> сернокислый, 63, 292.
» углекислый, 293.
* уксуснокислый, 293»
» хлористый, 292,
i> хлорный, 293.
Свинцовая кислота, 293,
Свинцовый блеск, 292, 330
Свинцовые белила, 293,
Светильный газ, 179.
Селен, 27, 103, 207, 212-214.
Селенистый ангидрид, 103.
t* водород, 10.3.
Селенистая кислота, 103.
Селенит, 271.
Селитра калиевая, 117.
> чилийская, 117»
Селитряница, 117,
Серебро, 27, 63, 207, 212—214, 330—332.
з> азотнокислое, 332.
* окись, 331.
> растворимое, 331.
* синеродистое (цианистое), 188,
* бромистое, 233, 332»
> иодистое, 233, 332.
> хлористое, 188, 288, 332.
Серебряный блеск, 330.
Серпентин, 273.
Силаны, 190,191.
Силикаты, 189, 191, 196»
Силикощавелевая кпелота, 190.
Сильвин, 261.
Синеродистые соединения. 187, 188, 321, 322.
Синеродистый водород, 187.
Синеродистый калии, 188.
Синерод пли циан, 187.
Синильная кислота, 187, 188.
Синтёз воды, 46.
Синь Турнбулева, 322.
Скандий, 27, 207, 212—214,
Слюда, 196.
Сода, 258.
Содовые остатки, 259.
Содовый сплав, 269,
26*
-----------L
404
Л pc д ме н <! i ы й ? / к а з< мп t ъ
Соединения и-эотер*мичес1;нс 58,
* эндотермические. 58.
Соли, 49, 50, 227—234.
* двойные. 286.
Соли кислые, 50, 61.
* > комплексные, 321, 323.
* средние, 51, 231*
* основные, 231,
Соляная кислота, 67. 231
Соль горькая, 274.
х> самосадочная, 66*
Сортучки, 277.
Состояние выделения, 46.
Спектральный анализ, 263—266.
Спектроскоп, 263
Спектр, 263,
$ линейный, 264,
* непрерывный, 264.
» обращенный, 264.
Слирт амиловый, 375.
*' бутиловый, 375.
* мерпщыювый, 375.
» метильный, 375, 376.
> пропиловый, 375.
* цериловый, 375.
* вторичный, 376.
а первичный, 376.
* третичный. 376.
!> яти левый, 375—377.
* нашатырный, 110.
Способ Леблана, 259.
> Патти неона, 221.
» Соль вея (аммиачный). 2(И\
Спичкп, 147.
> шведские, 147,
Сплав Дарсе, 223,
> Лнповпцз, 223. *
Сплавы, 219—224.
Сплав Вуда, 295.
Сродство химическое, 55—59,
Сталь, 308, 312-318.
Станиоль, 289.
Стассфуртекие соли. 261.
Стекло, 196.
» невское, 196.
» калийпо-нзвеотковое, 196.
* калий по-евпнцовое, 196,
Ъ натропио'лввестковоп, 11’6.
» растворимое, 195,
Стнлятш Вульфа, 40.
Стронцианит, 272.
Стронций, 27, 207, 212— 211, 272.
> азотистый, 273.
> сернокислый, 272.
* углекислый, 273.
Строение химическое, 114, 153—156, 176—179,
388.
Сулема, 278, 290.
Сульфат, 259,
Сульфгидраты, 95, 227.
Сульфо угольная (т и оу голый я) кислота. 187.
Сурн к, 293.
Сурьма, 27, 160, 161, 297, 212—214,
Сурьма окись, 159.
э сернистая, 147.
Сурьмяная кислота, 160.
Сурьмянистый водород, 159.
Сурьмяный ангидрид, 160,
Сурьмяный блеск, 159.
Сусальное золото, 299.
Сфероепдерпт. 307.
Сера, 27, 88—1(13, 207. 2J2-214,
» о ктоэдр и че ска я, 90,
» призматическая, 90.
i> пластическая, 91,
Серия я кислота, 98—102. 125—127. 231,
* * дымящая. 101,
Орин стая кислота, 97.
* газ, 96, 97.
* ангидрид, 96, 97,
* водород нл1т сероводород. 92—95.
Сернистые соединения, 226,
Сероуглерод, 187.
Серноватистая кислота, 102.
Серноватисто-кислый яатрпй, 102.
Сернистый ангидрид, 96, 97. 98,
» цвет, 90,
Се р оводор од, 92—95.
Таллий. 27, 207. 212—214 г 298, 246.
Тальк, 273.
Гаптал, 27, 207, 212—214.
Твердость сплавов, 223.
Теллур. 27, 103, 207, 209, 212—214.
Теллуристая кислота, 103.
Теллуровая > 103,
Теллуристый водород, 103.
Температура замерзания растворов, 248.
* v кипения растворов, 243.
;> * металлов, 216.
.» плавления металлов, 214, 215
Теория аммониевая. 110,
» растворов, 236—251.
? строения, 153—155, 176
» Флогистона, 5.
» электролптической диссоциации, 247—
251.
Теплоемкость, 218.
Тепло проводи ость ж галлии, 217. 218. 223*
Термохимия, 57,
Тетраборная кислота. 200.
Тетр а тионова я ки с. но та, 102.
Тетратио по во кислый натрий, 102*
Типографский металл, 169*
Титан, 27, 207, 212—214.
Тиоугольная кислота, 187.
Томпак, 224.
Томас шлак, 317.
Топая (дымачатый), 198.
Торий, 353, 27, 207, 212-211
Торф, 170*
Трепел (кизельгур), 194*
Тритионовая кислота, 102.
Тури булева синь, 322*
Тяжелый шпат, 272.
Тягучесть металлов, 217.
Углеводороды, 173—179, 367—374.
* ароматические, 370—373.
v тгасыщенные (предельные), 176,
367—369.
* непредельные, 179, 869—37(4
Углекислый гад, 183—185*
Углемселевистая соль, 318.
Углеродистый кальций, 171.
$ кремний, 190.
Углерод. 27, 134, 161—188, 207, 21^-214.
Уголь, 150—151, 168—171,
Upt ЦК' jdmejh
405
Уголь каменный, 170 ♦
Угольная кислота, 13b, 165, 183 185.
Угольный ангидрид, 183—185.
Удельные веса металлов, 210—211 г
* объемы, 214.
Уксусная кислота, 23L
Упругость пара растворов, 240.
Упругость диссоциации, 268.
Утилизация азота, 133—435, 172г
Уравнение Клапейрона. 17.
химическое, 19,
Уран, 27, 207, 209, 212—215.
Условия химических реакций, 23—25.
Фарфоровая глина, 287
Фарфор, 196,
Фе л лннго ва надкость, 329.
Фергуэонпт, 141.
Феррит, 309.
Фврромангап, 309* 316.
Ферроалюминий, 283
Ферросилиций (кремнистое железо), 190.
Физика, 1, 2.
Физические свойства силанов, 222, 223,
Фильтр, 28.
Фильтрат, 28.
Флинтглас, 196.
Флогистон, 6.
Формулы химические, 9.
» строения, 114,153—155,176, 368.371.
ФосфоипЙ, 147.
Фосфор, 27, 103—112, 143-456, 207, 212-214.
о водор одп сты Й, 147—149.
» красный, 144—145.
& металлический, 145.
» черный, 145.
* хлористый, 149, 150. 155.
Фосфориты, 143, 267.
Фосфористая кислота, 147 -149.
Босфор петый ангидрид, 150, 152.
>> водород, 147—149,
< сфорная кислота, 150—153.
Фосфорноватнстая кислота, 153, 165.
Ф сфорный ангидрид, 150, 151,
фяунгоферовы линии, 264.
ранклпниг, 307,
Фришеваиие, 313.
ФторнстыЙ кальций, 82.
* водород, 82, 192.
* кремний, 191—193.
Ф .гр, 81—86, 207 , 212—214.
Халцедонч 193.
Хамелеон, 305.
X 'метчеекая энергия, 55 —59.
X ЕМпчеС1сие знаки, 9,
» реакции, 3, 23—26.
* уравнения, 9.
Химическое сродство, 55—59,
Химия, 1, 2.
Хлоралгидрат, 69.
& двуокись, 75.
Хлорапгвдриды, 155.
Хлористый азот, 115, 116.
кремний, 193,
» фосфор, 149, 150, 155
* хром, 299.
X юроводород (хлористый водород), 66, 67, 72.
X юрпая вода, 69,
Хлорный ангидрид, 75.
Хлорная кислота, 75,
Хлорпогатая кисю . 74.
Хлорноватистый ангидрид, 73,
Хлорноватистая кислота, 73.
Хлорокись висмута, 296.
& фосфора. 150, 155.
Хлороплатинаты, 326.
Хлороформ. 176, 375.
Хлор, 65—75, 85—87, 107, 207, 212—214.
Холодильник, 29.
Хризоберил, 286,
Хром, 27. 207, 212—214, 298—303.
$ окись, 299, 300.
* гидрат оклей, 299, 300
* сер по кислый, 299, 300.
ь хлорный, 300.
Хромовокалпевы квасцы, 301
Хромокис.тый СВ1ПТРЦ, 298.
» калин, 302.
Хромовый ангидрид. 299, 302.
Хромо сии л новая соль, 298.
Хромистый желеэпяк, 298.
Хромпик. 302,
Хрусталь горный, .193, 191,
Хрустальное стекло, 196
Царская водка. 120.
Цвет сплавов, 223.
Цезий, 27,183, 207, 212—214, 262.
Целестин, 272.
Цементит, 309.
Цементация (железа), 220, 312s 317.
Цементная сталь, 317.
Цемент гидравлический. 271.
» портландскпй, 271.
Це или ты, 207.
Церий, 207, 212—214,
Цате, 27, 207, 212—214, 274—276, 280
Цинка окись» 275.
* гидрат окпси, 276.
о сернистый, 276.
» сернокислый, 276.
>> углекислый, 276,
Цинковая обманка, 274,
Цинковая пыль, 275.
Цинковый шпат, 274.
> (белый) купорос, 276
Цирконий, 27, 207, 212 - 214.
Циан, 187.
Ц|ш пи сты й кали й (силср* >дисты й), 187
Частицы, 11, 12.
Черепковая сера, 89.
Четырехх лори стая плаиша, 327
Четыреххлорпстоо олово, 291.
Чилийская селитра, 117.
Чугун, 309-313.
Шлак, 369.
Ill мальта, 323.
Шпатовый железняк, 307
Шпат, известковый, 271.
> исландский, 271.
> плавиковый, 76.
» полевой, 196, 281,
» тяжелый, 272.
Шпинель, 286.
Щавелевая кислота, 186.
Щелоча о земельные металлы, 267—274
Щелочные металлы, 179—183.
Щелочи, 49,
406
Предметный, указа телъ
Эвдиометр, 71, 132.
.. 91 скал смесь, 22.1, 274.
* точка, 221, 274.
Экаалюмпннй, 203.
Эвабор, 203.
Экаеилиций, 203.
Эквивалент тепла, 5G.
Эквиваленты, 175.
* электрохимические, 176.
Эквимолекулярные растворы, 167.
Экзотермические реакции, 58, 94.
Электрическая печь (Муасеана), 165 -167.
Электролиз солей, 174, 251.
J* воды, 2Т
Электролитической диссоциации (теория), 247—
251.
Электролиты, 250,
Электрой, 253.
Электропроцодностьл галлов, 217,
Элементы, 5, 26, 27.
Эманация, 342.
Энантиотропные тела, 90.
Эндотермические реакции. 58, 91, 128.
Энстатит, 273.
Энергия кинетическая, 66.
» по те и цнаявная, 56.
» химическая, 55—59,
Этан, 177.
Этильный спирт.
Этилен, 128, 175, 179.
Явления физические, 1. 2.
> химические, 1, 2,
Яркость пламени, 52.
ОГЛАВЛЕНИЕ.
I
Предисловие к восьмому изданию. , .........................> > . -.................... 4
Глава I. Введение. § L Фазические и химические явления. — §2. Механические смеси и хими-
ческие соединения. Закон постоянства состава химических соединений. — §§ 3—6. Закон
сохранения вещества. — § 7. Химическая знаки и формулы, химические уравнения. —
§§ 8—13, Атомистическая теория. — §14. Законы газового состояния тел. — §§ 16—17.
Закон Авогадро-Ампера. — § 18. Условия химических реакций. — §19. Условия хими-
ческих реакций.-—§ ЙО. Виды химических реакций. — § 21, Таблица элементов. . , 1 27
Глава И. §§22—23. Очищение воды. — §24—27. Свойства воды: химические в физические. —
§ 28. Растворы. — §29. Виды воды в природе. — § 30. Диссоциация воды. — §§ 31—40.
Водород. — §§ 41—43, Кислород. — § 44. Классификация окислов. — §§45—48. Пламя,
строение пламени. — §§ 49—53. Химическое средство. — § 54. Озон. —§§ 55—56.
Перекись водорода. — § 57, Закон кратных отношений.........................28— 64
Глава Ш. Группа галоидов* § 59. Поваренная соль, — § 60. Хлористый водород, соляная
кислота. — §§61—62. Хлор. — §§68—64, Законы объемных отношений (Гей-Люссака),—
§§65—67. Кислород ные соединен ия хлора. — §68. Бром. — §G9, За кон распределения.—
§70. Бромистый водород. — § 71. Кислородные соединения брома. — §§ 72—74. Иод. -
§§ 75—77. Фтор,— § 80. Сравнение группы галоидов.................................. 65—87
Г шва IV. Элементы группы кислорода. §§81—95. Серап ее соединения. — §96. Селен. — §97.
Теллур, — § 98, Сравнение элементов группы кислорода. . . ................. 88—101
Глава V. Элементы группы азота. § 99, Азот. — §§ 100—106. Водородные соединения азота,—
§ 107, Галоидные соединения азота. — §§ 108—118. Кислородные соединения азота,—
§§ 119—128, Воздух,—§§129—130, Аргоны и его спутники.—§ 131. Гелий.—§§ 132—140.
Фосфор и его соединения.—§§ 141—143, Мышьяки его соединения. — § 144. Сурьма,—
145. Сравнение элементов группы азота..................................... 105—162
Г> шва VI, Элементы группы углерода* §§ 146—149. Различные видоизменения углерода. —
§ 150. Химические свойства углерода. — § 151. Карбиды. — § 152. Кальций-цианамид.—
§§ 153—154. Водородистые соединения углерода. Ацетилен. — § 155. Этилен, — § 156,
Метан,—§ 157. Строение углеводородов. — §§ 158—1G1. Дополнение к теории пламени,—
§ 162. Угольн ый ангидрид .—§ 163. Окись углерода.—§ 164. Сероуглерод,—§ 165, Циан.—
§§ 166—170, Кремний и его соединения.—§§ 171. Отекло.—§ 172. Сравнение элементов:
углерода и кремния,........................................................ 163—197
Глава VII. Бор....................................................... <..........198—201
Глава. VIII. Периодическая система элементов. Металлы. §§ 174—177. Периодическая система
клемеитов, — §§ 178—180, Металлы, Физические свойства,— § 181. Закон Дюлонга
и Пти. — §§ 182—185, Сплавы и их свойства, — §§ 186—187, Окисзы металлов. — § 188.
Сернистые соединения!— § 189. Соли, — § 190. Закоп двойных разложений. — § 191.
Классификация солей. — §192, Изоморфизм. — §193. Растворы солей. — §194, Пересы-
щенные растворы.— §195. Диффузия растворов. Осмотическое давление.—§§ 196—198.
Закон фан-Гоффа.— §§ 199 —200. Упругость пара растворов, — § 201. Температура
замерзания и кипения растворов. — §§ 202—203. Определение молекулярного веса
растворенных тел, — §§ 204—205. Теория электролитической диссоциации. —
§§ 206—207. Законы Фарадея. Электрохимические эквиваленты, — § 208. Состояние
металлов в природе и добывание их............................................ 202
Глава IX. Группа щелочных металлов* §§ 209—211, Натрий в его соединения.— §212. Калий
и его соединения, — § 213. Литий, рубидий, цезий. — § 214, Сравнение щелочных
металлов. — § 235. Спектральный анализ. ................. ..................... 265
Глава X, Металлы второй группы* § 217. Кальций, — § 218—219. Диссоциация углекислого
кальция. Окись кальция. — §220, Соли кальция. — §221. Стронций и барий. — §222
Магний. — §223, Цинк, — §224, Кадмий.— §225. Сравнение металлов второй группы.—
§ 226. Ртуть. ................ ..................... 267—280
Глава XI, Алюминий..............................................................281—288
Глава XII Металлы lV-й группы. Олово. Свинец................................. .289—294
409 Оглавление
Глава ХШ, Висмут. . .............. ............................................. . . 295—297
Глава XIV, Хром и его соединения. Марганец и его соединения............................ —305
Глаш XV. Металлы восьмой группы. §§247—263. Железо и его соединения. — §264. Никель
и кобальт.—§ 265, Металлы платиновой группы.—§ 266. Палладий.—§267. Платина. Зл.'- ’7
Глава XVI. § 268. — Медь. § 269. — Серебро. § 2<0. -- Золото. §§271—274, Коллоидальные
растворы.......................................................................328—337
П р и л о л: епи е L Радиоактивные вещества» §§ 1—3, Радий. § 4, Эманация радия.
Продолжительпость. жизни радиоактивных вещ сто. § 5. Превращения а-частиц
в молекулы гелыя. § 7. Семейство урана и торил. §§ 8—9. Правило Содди и Ф?янса.
§§ 10—И. Изотопы. Работы Астона................................................338—353
U р и л о ж <* и я о 11. Теория строения атомов. § 1. Теория Томсена и Резерфорда, § 2. Ио-
пятне о квантах. § 3—4, Сгроеиие атома водорода. § 5. Строение атома Гелия. § 6. Раз-
меры ядра к электрона, §7. Заряд ядра, §8—9. Закон Моз лея, Периодическая система.
§ 10. Строение атомов с большим числом электронов. § 11. Строение молекулы водорода.
§12. Разложен не азота и других элементов........................................354—3 >6
При л о ж о и и с III. Краткий очерк органических соединений. § 1,—Введение, §§ 2—3, —
Углеводороды предельные, §§4—5. Углеводороды непредельные, §§6—7. Углеводороды
ароматического ряда. — § 8\ Поли мет плен оные углеводороды, Нафтены, § 9. Нефть,
§16, Га то и до заме щепные углеводородов. §§ 11—13, Спирты. § 14. Фенолы, §§15—16,
Альдегиды, § 17,—Кетоны. § 18, Кислоты. § 19- -Тела смешанной функции. § 20.—
Эфиры. §21.— Углеводы. §22,- Амины. §23,—Амиды, §24- Аминокислоты. §25.—Ал-
калоиды, §26.—Птомаины, §§27—30, Белковые тела. § 31 — №41 ее хм мн ческа я теория.
Предметный указатель. , . ,....................................................... 367 406
iynQB, И., преф. Основные начала физичсск'-Й химик* Вып. IL Электрохимия II .д, 2-е,
испр. и дополи, Стр, 307. Ц* 2 pl. 50 к*
Короткова', М. Н. Зоотехнически# химический анализ. .Стр. 53. Ц. 00 к,
Макеев, И. А. Краткий курв биологической химии. Вып. П. Изд. 3-t\ и сир. и дрнЬлп. проф.
С, В. Гулевичем, Стр. 258. Ц. 1 р, 75 к.
Меншуткин, Н. А, Аналитическая химия. Изд. 12-е, порераб, п дополи. Стр. 439 Ц. 3 р.
Пржеборовсний, Я, С-, преф. Введение в химию, Часть первая. Стр. 381, Ц. 2 р, 60 к.
Реформатский, С- Н., преф, Начальный курс органической;хпмин. Изд. 14-е. Берлин, Стр, 281.
Ц; 3 р. 50 к.
Реформатский, С. Н*, преф, Начальный курс органической хтшни. Стр,.281. Ц. 1 р, 75 к.
Смит, А,, преф. Введение в химию. Руководство к практическим занятиям, Пер. с нем. ГЕ Ле-
бедева, Берлин* Стр. 187, Ц, 60 к,
Т де иль, Ф-у преф. Курс аналитической химии. В двух томах. Пер, с Ном. под род, п^оф.
II, А, Шилова, И,—ГЕ
Том I. Качественный анализ. Стр. 427. Ц. 3 р.
Том II. Количественный анализ (весовой объемный, газовый). Стр. 572, Ц. 4 р,
Уокер, Д., преф. Введение в физическую химию. Пер. с англ, Я. П. МосЬвшваи. С мредися*
с лад. П. II. Вальдена. Изд, 2-е, проем, п йелр, проф. IL А. Шиловым, Стр. 350. Ц. Зр.
U вин, В* В. Введение в химию. Краткий курс ие<фгаппчесж»й химии для высш, учебн, заве-
дений и самообразования, Пэд, 4-е. Стр. 416, Ц. 2 р, •
’ Ш юн, HL А., проф. Записки по объемному анализу. Пособие при первотта-лыюм изучении
методов титрования. Изд. 2-е, пспр, Стр. 131. Ц. 1 р.
КАТАЛОГ УЧЕБНИКОВ И УЧЕБНЫХ ПОСОБИЙ ДЛЯ ВЫСШЕЙ
ШКОЛЫ
высылается по первому требованию бесплатно.
ТОРГОВЫЙ СЕКТОР ГОСУДАРСТВЕННОГО ИЗДАТЕЛЬСТВА
I
.Москва, Ильинка, Биржевая пл., Богоявленский пм № 4. Тел. 47-35
ОТДЕЛЕНИЯ
Армавир—улица Троцкого, 99. Фил. Крас-
’t подарок. отд:
ВЬлогда—Площадь Свободы,
В оро н е ж — Проспект Рево л юцп а, 14i дом
Совета.
Казань—Гостинодворская, Гостиный Двор.
Киев—Крещатик, 38.
Кострома—Советская, 11. -
Краснодар—Красная, 35.
Н.-Новгород—Б. Покровка, 12.
МАГАЗИНЫ
1) Со стекая Площадь, под бывш* юст.
,,Дрезден* \ Тел* 1-28-94*
2) Моховая, 17. Тел. 1-31-50* *
3) Ул. Герцена, 13. Тел, 2-64-95.
4) Никольская, 3* Тел. 49-5L
Одесса—Улица Лассаля, 12.
Пен за—Инте р и ацлона льпая, 3 9/ 4 3.
Пятигорск—Советский пр,, 48.
Ростов-н/Д, — Ул. Фр. Энгельса, 106.
(Фил, Рострвск. отд.).
Саратов—Ул* Республики, 42 80*
Тамбов—Ком му на льна я, 14.
Тифлис—Просп. Руставели, 16.
Харьков—Московская, 20,
В МОСКВЕ
5) Серпуховская площ., 1/43. Тел.3-79-65,
6) Кузнецкий Мост, 12. Тел. 1-01-35.
7) Покровка, Лялин п,, 11. Тел. 81-94
8) Мал. Харитоньевск* 4. Тел. US1 84
9) Ильинка, Богоявленский пер., 4. Тел. 1-91-49.