Химия р-элементов

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский

технологический университет

А. И. Хамитова, Т. Т. Зинкичева, Т. Н. Гришаева

ХИМИЯ р-ЭЛЕМЕНТОВ

Учебное пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2022

УДК 546.8(075)
ББК Г124я7

Х18

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

д-р пед. наук, проф. С. И. Гильманшина

канд. хим. наук, доц. М. А. Казымова

Х18

Хамитова А. И.
Химия р-элементов : учебное пособие / А. И. Хамитова, Т. Т. Зинкичева, Т. Н. Гришаева; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. 
технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2022. – 216 с.

ISBN 978-5-7882-3184-6

Рассмотрены строение, физические и химические свойства, получение про
стых веществ и соединений р-элементов III–VII групп Периодической системы 
элементов Менделеева. Содержит описание строения, физических, химических 
свойств простых веществ и соединений p-элементов и их промышленных способов получения; тестовые вопросы для оценки уровня усвоения учебного материала; описание опытов лабораторных работ. 

Предназначено для студентов СПО технологических специальностей, изуча
ющих дисциплину «Химия», преподавателей химии СПО. 

Подготовлено на кафедре неорганической химии.

ISBN 978-5-7882-3184-6
© Хамитова А. И., Зинкичева Т. Т., 

Гришаева Т. Н., 2022

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2022

УДК 546.8(075)
ББК Г124я7

2

О Г Л А В Л Е Н И Е

Введение.........................................................................................................................9

1. р-ЭЛЕМЕНТЫ VII ГРУППЫ.................................................................................11

1.1. Положение в Периодической системе химических 
элементов Д. И. Менделеева...................................................................................11

1.1.1. История открытия.......................................................................................11

1.1.2. Изотопы........................................................................................................12

1.1.3. Валентные конфигурации атомов.............................................................13

1.1.4. Степени окисления .....................................................................................13

1.1.5. Периодические свойства............................................................................13

1.2. Простые вещества.............................................................................................14

1.2.1. Физические свойства..................................................................................14

1.2.2. Кристаллические решетки .........................................................................15

1.3. Нахождение в природе .....................................................................................16

1.3.1. Минералы ....................................................................................................18

1.3.2. Получение простых веществ в промышленности и лаборатории .........19

1.3.3. Биологическая роль ....................................................................................22

1.4. Химические свойства простых веществ.........................................................24

1.4.1. Взаимодействие с металлами ....................................................................24

1.4.2. Взаимодействие с неметаллами ................................................................25

1.4.3. Взаимодействие со сложными веществами .............................................28

1.5. Бескислородные кислоты.................................................................................31

1.5.1. Физические свойства галогеноводородов и бескислородных 
кислот галогенов...................................................................................................31

1.5.2. Сила бескислородных кислот галогенов..................................................32

1.5.3. Химические свойства галогеноводородных кислот................................33

1.5.4. Получение галогеноводородных кислот ..................................................35

1.6. Кислородсодержащие соединения хлора .......................................................36

1.6.1. Оксиды хлора ..............................................................................................36

1.6.2. Кислородсодержащие кислоты хлора ......................................................38

1.7. Применение галогенов и их соединений........................................................42

Тесты для самоконтроля........................................................................................43

Лабораторная работа по теме «p-Элементы VII группы» ...............................48

2. р-ЭЛЕМЕНТЫ VI ГРУППЫ..................................................................................52

2.1. Положение в Периодической системе химических элементов 
Д. И. Менделеева......................................................................................................52

2.1.1. История открытия.......................................................................................52

2.1.2. Изотопы........................................................................................................53

2.1.3. Валентные конфигурации атомов.............................................................53

2.1.4. Степени окисления .....................................................................................54

2.1.5. Периодические свойства............................................................................54

2.2. Простые вещества.............................................................................................55

2.2.1. Физические свойства..................................................................................57

2.2.2. Кристаллические решетки .........................................................................58

2.3. Нахождение в природе .....................................................................................59

2.3.1. Минералы ....................................................................................................60

2.3.2. Получение простых веществ в промышленности и лаборатории .........62

2.3.3. Биологическая роль ....................................................................................65

2.4. Химические свойства простых веществ.........................................................66

2.4.1. Взаимодействие с металлами ....................................................................66

2.4.2. Взаимодействие с неметаллами ................................................................67

2.4.3. Взаимодействие со сложными веществами .............................................69

2.5. Летучие водородные соединения....................................................................70

2.5.1. Физические свойства..................................................................................71

2.5.2. Химические свойства .................................................................................72

2.5.3. Получение летучих водородных соединений..........................................76

2.6. Пероксид водорода ...........................................................................................78

2.7. Оксиды серы......................................................................................................79

2.7.1. Сернистая и серная кислоты......................................................................82

2.7.2. Тиосерная кислота ......................................................................................88

2.8. Применение халькогенов и их соединений....................................................90

Тесты для самоконтроля........................................................................................91

Лабораторная работа по теме «р-Элементы VI группы».................................97

3. р-ЭЛЕМЕНТЫ V ГРУППЫ ...................................................................................99

3.1. Положение в Периодической системе химических элементов 
Д. И. Менделеева......................................................................................................99

3.1.1. История открытия.......................................................................................99

3.1.2. Изотопы......................................................................................................100

3.1.3. Валентные конфигурации атомов...........................................................100

3.1.4. Степени окисления ...................................................................................100

3.1.5. Периодические свойства..........................................................................100

3.2. Простые вещества...........................................................................................101

3.2.1. Физические свойства................................................................................103

3.2.2. Кристаллические решетки .......................................................................104

3.3. Нахождение в природе ...................................................................................105

3.3.1. Минералы ..................................................................................................107

3.3.2. Получение простых веществ в промышленности и лаборатории .......108

3.3.3. Биологическая роль ..................................................................................109

3.4. Химические свойства простых веществ.......................................................111

3.4.1. Взаимодействие с металлами ..................................................................111

3.4.2. Взаимодействие с неметаллами ..............................................................112

3.4.3. Взаимодействие со сложными веществами ...........................................113

3.5. Летучие водородные соединения..................................................................114

3.5.1. Физические свойства................................................................................114

3.5.2. Строение ....................................................................................................115

3.5.3. Химические свойства ...............................................................................116

3.5.4. Получение летучих водородных соединений........................................119

3.6. Оксиды азота ...................................................................................................121

3.7. Оксиды фосфора .............................................................................................124

3.8. Азотистая и азотная кислоты.........................................................................126

3.9. Фосфоновая, ортофосфорная и пирофосфорная кислоты ..........................131

3.10. Применение простых веществ р-элементов V группы 
и их соединений .....................................................................................................135

Тесты для самоконтроля......................................................................................136

Лабораторная работа по теме «р-Элементы V группы» ................................141

4. р-ЭЛЕМЕНТЫ IV ГРУППЫ................................................................................144

4.1. Положение в Периодической системе химических элементов 
Д. И. Менделеева....................................................................................................144

4.1.1. История открытия.....................................................................................144

4.1.2. Изотопы......................................................................................................144

4.1.3. Валентные конфигурации атомов...........................................................145

4.1.4. Степени окисления ...................................................................................145

4.1.5. Периодические свойства..........................................................................146

4.2. Простые вещества...........................................................................................146

4.2.1. Физические свойства................................................................................150

4.2.2. Кристаллические решетки .......................................................................151

4.3. Нахождение в природе ...................................................................................152

4.3.1. Минералы ..................................................................................................153

4.3.2. Получение простых веществ в промышленности 
и лаборатории......................................................................................................154

4.3.3. Биологическая роль ..................................................................................155

4.4. Химические свойства простых веществ.......................................................157

4.4.1. Взаимодействие с металлами ..................................................................157

4.4.2. Взаимодействие с неметаллами ..............................................................158

4.4.3. Взаимодействие со сложными веществами ...........................................159

4.5. Летучие водородные соединения..................................................................162

4.5.1. Физические свойства................................................................................162

4.5.2. Строение ....................................................................................................163

4.5.3. Химические свойства ...............................................................................163

4.5.4. Получение летучих водородных соединений........................................165

4.6. Оксиды углерода и кремния ..........................................................................166

4.7. Угольная и кремниевая кислоты ...................................................................170

4.8. Уксусная кислота ............................................................................................173

4.9. Применение простых веществ р-элементов IV группы 
и их соединений .....................................................................................................174

Тесты для самоконтроля......................................................................................175

Лабораторная работа по теме «р-Элементы IV группы»...............................178

5. р-ЭЛЕМЕНТЫ III ГРУППЫ ................................................................................181

5.1. Положение в Периодической системе химических элементов 
Д. И. Менделеева....................................................................................................181

5.1.1. История открытия.....................................................................................181

5.1.2. Изотопы......................................................................................................181

5.1.3. Валентные конфигурации атомов...........................................................182

5.1.4. Степени окисления ...................................................................................182

5.1.5. Периодические свойства..........................................................................182

5.2. Простые вещества...........................................................................................183

5.2.1. Физические свойства................................................................................185

5.2.2. Кристаллические решетки .......................................................................185

5.3. Нахождение в природе ...................................................................................186

5.3.1. Минералы ..................................................................................................187

5.3.2. Получение простых веществ в промышленности и лаборатории .......188

5.3.3. Биологическая роль ..................................................................................190

5.4. Химические свойства простых веществ.......................................................192

5.4.1. Взаимодействие с металлами ..................................................................192

5.4.2. Взаимодействие с неметаллами ..............................................................192

5.4.3. Взаимодействие со сложными веществами ...........................................194

5.5. Водородные соединения ................................................................................196

5.5.1. Физические свойства................................................................................197

5.5.2. Строение ....................................................................................................197

5.5.3. Химические свойства ...............................................................................199

5.5.4. Получение водородных соединений.......................................................201

5.6. Оксиды бора и алюминия...............................................................................202

5.7. Гидроксосоединения бора и алюминия........................................................204

5.8. Применение простых веществ р-элементов III группы 
и их соединений .....................................................................................................207

Тесты для самоконтроля......................................................................................208

Лабораторная работа по теме «р-Элементы III группы»...............................211

Заключение ................................................................................................................214

Библиографический список .....................................................................................215

8 

В В Е Д Е Н И Е

р-Элементы – это элементы, у которых валентные электроны рас
положены на внешних s- и р-подуровнях. В Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева р-элементы расположены начиная со второго периода. В малых периодах они следуют за s-элементами, а в больших – за d-элементами, завершая период. В каждом периоде находится шесть р-элементов – по максимальному числу валентных 
электронов, расположенных на s- и р-подуровнях.

В периодах слева направо по мере увеличения заряда ядра радиусы 

атомов р-элементов уменьшаются, энергия ионизации и сродство 
к электрону в целом возрастают, электроотрицательность увеличивается, неметаллические свойства усиливаются. В подгруппах р-элементов сверху вниз с ростом атомного номера радиусы атомов увеличиваются, энергия ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность уменьшаются, металлические свойства усиливаются.

Степень окисления р-элемента определяется числом электронов, 

участвующих в образовании химических связей. Максимальная положительная степень окисления р-элемента равна числу электронов на валентном слое и совпадает с номером группы, в которой находится элемент, при использовании короткопериодной формы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Исключения составляют фтор и кислород, для которых вследствие высокой электроотрицательности высшая степень окисления, равная номеру группы, нехарактерна. Низшую отрицательную степень окисления находят по разности (№ группы – 8). С увеличением порядкового номера р-элемента 
в подгруппе устойчивая степень окисления уменьшается. Например, 
для углерода устойчивая степень окисления +4, а для свинца она составляет +2. 

Физические свойства простых веществ р-элементов в нормальных 

условиях сильно различаются. По агрегатному состоянию они являются и газообразными веществами (водород, фтор, хлор, кислород, 
азот, инертные газы), и жидкостями (бром), и твердыми веществами 
(йод, сера, селен, р-металлы и др.).

Химические свойства простых веществ р-элементов весьма разно
образны. Одна часть р-элементов являются достаточно активными металлами, например алюминий. Другая часть р-элементов – неметаллов 
(фтор, хлор, бром, кислород и ряд других при повышенных 

температурах) – являются высокореакционноспособными веществами, 
а третья часть представляют собой инертные простые вещества – инертные газы. 

Следует подчеркнуть, что свойства р-элементов второго периода 

резко отличаются от свойств элементов нижеследующих периодов. 
Умение разобраться в причинах этого, разнообразие физических и химических свойств р-элементов обусловливают важность их тщательного изучения. Попыткам подобного изучения и посвящено данное 
пособие.

10