1(I), 2(II), 3(III) топ элементтері және оның қосылыстары

Оқулықтық тірек

• Усманова М. Б., Сақариянова Қ. Н., Сахариева Б. Н. «Химия. 8-сынып», 8-сынып, Атамұра, 2018, 39–41, 47, 79, 80-б.
• Оспанова М. Қ., Аухадиева Қ. С., Белоусова Т. Г. «Химия. 9-сынып», 1-бөлім, 9-сынып, Мектеп, 2019, 97–104-б.
• Оспанова М. Қ., Аухадиева Қ. С., Белоусова Т. Г. «Химия. 9-сынып», 1-бөлім, 9-сынып, Мектеп, 2019, 104–109-б.
• Оспанова М. Қ., Аухадиева Қ. С., Белоусова Т. Г. «Химия. 9-сынып», 1-бөлім, 9-сынып, Мектеп, 2019, 110–116-б.
• Усманова М. Б., Сакарьянова К. Н., Сахариева Б. Н. «Химия», 8 класс, Атамура, 2018, с. 209
• Википедия, «Бор (элемент)», https://ru.wikipedia.org/wiki/Бор_(элемент)
• Chemistry LibreTexts, «Boron Oxides, Hydroxides, and Oxyanions», https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/Chemistry_of_the_Main_Group_Elements_(Barron)/06:_Group_13/6.07:_Boron_Oxides_Hydroxides_and_Oxyanions
• Усманова М. Б., Сақариянова Қ. Н., Сахариева Б. Н. «Химия. 8-сынып», 8-сынып, Атамұра, 2018, 77–80-б.

Негізгі ұғымдар

• Сілтілік металдар (1(IА) топ): $Li, Na, K, Rb, Cs, Fr$; сыртқы деңгейі $ns^1$, тотығу дәрежесі тұрақты $+1$. Бірінші периодтан басқа әр период сілтілік металдан басталады.
• 2(IIА) топ: сыртқы деңгейі $ns^2$, тотығу дәрежесі $+2$, оксиді $RO$, гидроксиді $R(OH)_2$.
• Топша бойынша жоғарыдан төмен атом радиусы, металдық және тотықсыздандырғыш қасиеттер артады ($Li \rightarrow Cs$, $Be \rightarrow Ra$).
• Алюминий (3-период, 13(III) топ): $1s^22s^22p^63s^23p^1$, тотығу дәрежесі $+3$; өзі, оксиді және гидроксиді екідайлы (амфотерлі).
• Белсенділігі жоғары болғандықтан бұл металдар табиғатта тек қосылыстар түрінде кездеседі.

Теория

Сілтілік металдар. $Na$: $2e,8e,1e$; $K$: $2e,8e,8e,1e$. Түзетін қосылыстары: оксидтер $R_2O$, асқын тотықтар, гидроксидтер $ROH$ (сілтілер), гидридтер $RH$. $Na$ мен $K$ — күміс түсті, жеңіл ($\rho = 0{,}968$ және $0{,}86$ г/см³), жұмсақ, пышақпен кесіледі; оларды керосин немесе май астында сақтайды. Франций радиоактивті.

$Na_2O$ — типтік негіздік оксид: $Na_2O + H_2O = 2NaOH$; $Na_2O + SiO_2 = Na_2SiO_3$; $Na_2O + H_2SO_4 = Na_2SO_4 + H_2O$.

$NaOH$ (күйдіргіш натр) — ақ, гигроскопиялық, суда жылу бөле ериді; лакмусты көк, фенолфталеинді таңқурай түске бояйды; теріні, матаны жегідей жейді. Қасиеттері:

1. қышқылдармен: $NaOH + HCl = NaCl + H_2O$;
2. қышқылдық оксидтермен: $2NaOH + CO_2 = Na_2CO_3 + H_2O$;
3. тұздармен: $CuCl_2 + 2NaOH = Cu(OH)_2\downarrow + 2NaCl$ (көгілдір тұнба);
4. амфотерлі оксидтермен: $2NaOH + ZnO = Na_2ZnO_2 + H_2O$.

$Na_2O_2$ тыныс алу аппараттарында қолданылады: $2Na_2O_2 + 2CO_2 = 2Na_2CO_3 + O_2\uparrow$.

1 және 2-топ металдарын салыстыру

Реакция	Натрий	Кальций
Хлормен	$2Na + Cl_2 = 2NaCl$	$Ca + Cl_2 = CaCl_2$
Күкіртпен (қыздыру)	$2Na + S = Na_2S$	$Ca + S = CaS$
Сумен	$2Na + 2H_2O = 2NaOH + H_2\uparrow$	$Ca + 2H_2O = Ca(OH)_2 + H_2\uparrow$
Қышқылмен	$2Na + 2HBr = 2NaBr + H_2\uparrow$	$Ca + 2HCl = CaCl_2 + H_2\uparrow$
Фосфид	$Na_3P$	$Ca_3P_2$

Айырмашылық — берілетін электрон санында: $Na^0 - 1e^- \rightarrow Na^+$, $Ca^0 - 2e^- \rightarrow Ca^{2+}$. Кальций сілтілік металдардан қаттырақ ($\rho = 1{,}55$ г/см³, $t_{\text{балқу}} = 850$ °C).

Металдардың суға қатынасы. Өте белсенді металдар ($Na$, $Ca$) сумен қалыпты жағдайда әрекеттеседі; натрий бөлінген сутектен су бетінде «жүгіреді». Орташа белсенді металдар оксид пен сутек түзеді: $Mg + H_2O = MgO + H_2\uparrow$. Асыл металдар сумен әрекеттеспейді.

Кальций қосылыстары

• $CaO$ (сөндірілмеген әк): $CaCO_3 \xrightarrow{800^\circ C} CaO + CO_2\uparrow$; әкті сөндіру: $CaO + H_2O = Ca(OH)_2 + Q$.
• $Ca(OH)_2$ (сөндірілген әк) — суда аз ериді; қаныққан ерітінді — әк суы, суспензия — әк сүті; күшті негіз.
• Әк суы — $CO_2$-ге реактив: $Ca(OH)_2 + CO_2 = CaCO_3\downarrow + H_2O$ (лайлану); артық $CO_2$-де тұнба ериді: $CaCO_3 + CO_2 + H_2O = Ca(HCO_3)_2$; қыздырғанда қайта тұнады: $Ca(HCO_3)_2 = CaCO_3\downarrow + H_2O + CO_2\uparrow$.
• Хлорлы әк $CaOCl_2$ — ағартқыш, дезинфекциялаушы; гипс $CaSO_4\cdot 2H_2O$ — медицина мен құрылыс; алебастр $CaSO_4\cdot 0{,}5H_2O$ — сылақ.

Алюминий. Атом саны бойынша барлық элементтер ішінде үшінші, металдар ішінде бірінші; табиғи қосылыстары — каолинит, корунд $Al_2O_3$, дала шпаты, боксит, нефелин. $Al_2O_3$ электролизімен алынады. Жеңіл ($\rho = 2{,}7$ г/см³), $t_{\text{балқу}} = 660$ °C, жылу мен токты жақсы өткізеді. Беті берік $Al_2O_3$ қабықшасымен қорғалған, сондықтан сумен әрекеттесуі байқалмайды.

• $4Al + 3O_2 = 2Al_2O_3$; $2Al + 3Cl_2 = 2AlCl_3$; $2Al + 3S = Al_2S_3$; $2Al + N_2 = 2AlN$; $4Al + 3C = Al_4C_3$;
• $2Al + 3CuCl_2 = 2AlCl_3 + 3Cu\downarrow$; $2Al + 6HCl = 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$;
• концентрлі $H_2SO_4$ пен $HNO_3$ алюминийді пассивтейді — оларды алюминий цистерналарда тасымалдайды.

Екідайлылық

• металл: $2Al + 2NaOH + 2H_2O = 2NaAlO_2 + 3H_2\uparrow$;
• оксид ($t_{\text{балқу}} = 2050$ °C): $Al_2O_3 + 6HCl = 2AlCl_3 + 3H_2O$; $Al_2O_3 + 2NaOH = 2NaAlO_2 + H_2O$; су қатысында $2Na[Al(OH)_4]$;
• гидроксид: $AlCl_3 + 3NaOH = Al(OH)_3\downarrow + 3NaCl$ (ақ қоймалжың тұнба); $Al(OH)_3 + 3HCl = AlCl_3 + 3H_2O$; $Al(OH)_3 + NaOH = Na[Al(OH)_4]$; қыздырғанда $2Al(OH)_3 = Al_2O_3 + 3H_2O$.

Қолданылуы: сымдар, фольга, ыдыс, алитирлеу (болатты коррозиядан қорғау); $Cu$, $Mg$, $Si$-мен құймалары — авиация, кеме, автомобиль.

Судың кермектігі $Ca^{2+}$ және $Mg^{2+}$ иондарынан болады. Уақытша (карбонаттық) — гидрокарбонаттар, қайнатқанда жойылады: $Ca(HCO_3)_2 \to CaCO_3\downarrow + CO_2 + H_2O$. Тұрақты — $CaSO_4$, $CaCl_2$, $MgSO_4$; сода, әк суы, натрий фосфатын қосады: $CaCl_2 + Na_2CO_3 \to CaCO_3\downarrow + 2NaCl$; ионалмастырғыш шайырлар да қолданылады.

Бор — 13-топтың p-элементі ($2s^22p^1$), қосылыстарда тотығу дәрежесі $+3$; өте қатты жартылай металл. $B_2O_3$ — қышқылдық оксид, $H_3BO_3$ — әлсіз қышқыл. Табиғи көзі — бура. Алынуы: $B_2O_3 + 3Mg \to 2B + 3MgO$.

Сутек. Периодтық жүйедегі бірінші элемент, қосылыстарында бір валентті; изотоптары: протий $^1H$, дейтерий $D$, тритий $T$. Жай заты $H_2$ — ауадан 14,5 есе жеңіл, суда нашар ериді. Зертханада: $Zn + 2HCl = ZnCl_2 + H_2\uparrow$. Белсенді металдар ($K$, $Na$, $Ca$) оны судан да ығыстырады. Таза сутек сынауықта ақырын «пах» деген дыбыспен жанады, таза болмаса дыбыс қатты шығады.

Мысалдар

1. 12,4 г $Na_2O$ суда ерітілді. Қышқыл тұз $NaHCO_3$ алу үшін қанша $CO_2$ керек? $n(Na_2O) = 0{,}2$ моль → $n(NaOH) = 0{,}4$ моль; $NaOH + CO_2 = NaHCO_3$ → $0{,}4$ моль $CO_2$, $V = 0{,}4 \cdot 22{,}4 = 8{,}96$ л.
2. 10 г $Cu$ мен $Al$ қоспасы $HCl$-мен 6,72 л $H_2$ бөлді. Құрамы? $Cu$ әрекеттеспейді; $n(H_2) = 0{,}3$ моль → $n(Al) = 0{,}2$ моль, $m(Al) = 5{,}4$ г, $m(Cu) = 4{,}6$ г.
3. 1 кг $CaCO_3$-тен қанша $CaO$ алынады? $n = 10$ моль, $m(CaO) = 10 \cdot 56 = 560$ г.

ҰБТ-дағы жиі қателер

• Сілтілік металдардың белсенділігі топша бойынша төмен қарай кемиді деп ойлайды; шын мәнінде артады.
• $Ca(OH)_2$-ні «аз ериді» деген себеппен әлсіз негіз деп есептейді; ол — күшті негіз (сілті).
• Әк суына артық $CO_2$ жібергенде тұнбаның еритінін ($Ca(HCO_3)_2$) ұмытады.
• Алюминийдің сілтімен әрекеттесетінін және концентрлі $HNO_3$, $H_2SO_4$-те пассивтенетінін ескермейді.
• Натрий мен кальцийдің формулаларын шатастырады: $Na_3P$, бірақ $Ca_3P_2$.

Өзіңді тексер

1. Сілтілік металдардың сыртқы деңгейінің жалпы формуласы? — $ns^1$.
2. Натрий мен калийді қалай сақтайды? — Керосин немесе май астында.
3. Әкті сөндіру реакциясы? — $CaO + H_2O = Ca(OH)_2 + Q$.
4. $Al(OH)_3$ мен $NaOH$ әрекеттескенде не түзіледі? — $Na[Al(OH)_4]$.
5. Неліктен алюминий сумен әрекеттесуі байқалмайды? — Беті $Al_2O_3$ қабықшасымен қорғалған.