Условие задачи
Составьте схемы генетической связи соединений, образованных атомами элементов № 5, 13, 14, 17, 33, 34 в периодической таблице.
Решение
Ниже приведён подробный генетический анализ (то есть описание последовательных превращений и взаимосвязей соединений) для элементов с атомными номерами 5, 13, 14, 17, 33 и 34, который относится к неорганической химии. В подобных задачах требуется показать, как исходное соединение (обычно – галогенид или оксид) при гидролизе, конденсации, дегидратации или окислении даёт соответствующую кислоту, оксид или производное. Приведённые схемы отражают “генетическую связь” между соединениями данных элементов.
────────────────────────────
1. Бор (№5)
Основная степень окисления бор – +3. Генетическая схема для соединений борa обычно исходит из борного галогенида или оксида.
А) Путь через галогенид:
BF₃ → (гидролиз, +3H₂O) → H₃BO₃ + 3HF
Б) Путь через оксид:
B₂O₃ + 3H₂O → 2H₃BO₃
Таким образом, один из вариантов схемы:
BF₃ → (гидролиз) → H₃BO₃ → (отпаривание, дегидратация) → B₂O₃
────────────────────────────
2. Алюминий (№13)
Алюминий также стабилен в степени +3. Генетическая связь часто показывается через хлорид, гидроксид и оксид.
Основная схема:
AlCl₃ → (гидролиз, 3H₂O) → Al(OH)₃ + 3HCl
Далее, при отпаривании гидроксида:
2Al(OH)₃ → (отпаривание) → Al₂O₃ + 3H₂O
Также обратимый процесс возможен при растворении Al₂O₃ в кислоте.
────────────────────────────
3. Кремний (№14)
Кремний образует типичные окиды и соответствующую кислоту (ортосил later называют ортооксосиликатом).
Генетическая схема проходит через хлорид:
SiCl₄ → (гидролиз, 4H₂O) → H₄SiO₄ + 4HCl
При последующей конденсации (дегидратации):
H₄SiO₄ → (отпаривание, с потерей 2H₂O) → SiO₂ + 2H₂O
Или процесс можно записать как прямое образование SiO₂:
SiCl₄ → (гидролиз и конденсация) → SiO₂
────────────────────────────
4. Хлор (№17)
Хлор характеризуется множеством оксидов, различающихся степенью окисления, что приводит к образованию соответствующих кислот. Обычно выделяют следующие ряды:
Cl₂O → HOCl (гипохлористая кислота)
Cl₂O₃ → HClO₂ (хлористая кислота)
Cl₂O₅ → HClO₃ (хлорноватистая кислота)
Cl₂O₇ → HClO₄ (перклорная кислота)
Таким образом, генетическая связь здесь определяется изменением числа атомов кислорода и переходом от более низких к более высоким степеням окисления Cl.
────────────────────────────
5. Мышьяк (№33)
Мышьяк образует два ряда оксидов и кислот, отличающихся степенью окисления (III и V).
Схема для нижней степени окисления:
As₂O₃ + 3H₂O → 2H₃AsO₃ (мышьяковистая кислота)
При окислении:
As₂O₃ → (окисление, с добавлением O) → As₂O₅
As₂O₅ + H₂O → 2H₃AsO₄ (мышьяковая кислота)
Итак, генетическая связь:
As₂O₃ → (гидратация) → H₃AsO₃ → (окисление) → H₃AsO₄
────────────────────────────
6. Селен (№34)
Селен, подобно мышьяку, образует кислоты с разной степенью окисления. Распространены кислоты селенита и селеновой кислоты.
Генетическая схема выглядит так:
SeO₂ + H₂O → H₂SeO₃ (кислота селенистая)
H₂SeO₃ → (окисление) → H₂SeO₄ (кислота селеновая)
Также можно записать обратный путь:
SeO₃ + H₂O → H₂SeO₄
Таким образом, схема генетической связи для селена:
SeO₂ → (гидратация) → H₂SeO₃ → (окисление) → H₂SeO₄
────────────────────────────
Обобщённые замечания:
• Каждая схема показывает, как исходное соединение (галогенид или оксид) при определённых условиях (гидролиз, дегидратация или окисление) приводит к образованию соответствующей кислоты или другого производного.
• Для хлора последовательность оксидов (Cl₂O, Cl₂O₃, Cl₂O₅, Cl₂O₇) иллюстрирует нарастание содержания кислорода и соответствующее изменение свойств (кислотность и устойчивость кислот).
• При мышьяке и селене заметна аналогия – сначала образуется “низкоокисленный” оксид (As₂O₃, SeO₂), дающий при гидратации соответствующую кислоту, а затем при окислении – “высокоокисленный” оксид (As₂O₅, SeO₃) → кислота с более ярко выраженными окислительными свойствами.
────────────────────────────
Вывод
Мы получили генетические схемы для соединений атомов элементов №5 (бор), №13 (алюминий), №14 (кремний), №17 (хлор), №33 (мышьяк) и №34 (селен) с соблюдением основополагающих принципов неорганической химии. Каждая схема показывает взаимопревращения: от галогенидов или оксидов через гидратацию (или гидролиз) до образования кислот, с возможным последующим окислением (в случае мышьяка, селена и хлора).
Такой подход позволяет проследить “генетическую связь” между соединениями – от исходных простых веществ до более сложных, что и является основной целью подобных заданий.