Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




05.10.2022


05.10.2022


05.10.2022


05.10.2022


04.10.2022


04.10.2022





Яндекс.Метрика

Переходные металлы

26.01.2021


Переходные металлы (переходные элементы) — элементы побочных подгрупп Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, в атомах которых появляются электроны на d- и f-орбиталях. В общем виде электронное строение переходных элементов можно представить следующим образом: ( n − 1 ) d x n s y {displaystyle (n-1)d^{x}ns^{y}} . На ns-орбитали содержится один или два электрона, остальные валентные электроны находятся на ( n − 1 ) d {displaystyle (n-1)d} -орбитали. Поскольку число валентных электронов заметно меньше числа орбиталей, то простые вещества, образованные переходными элементами, являются металлами.

Общая характеристика переходных элементов

Все переходные элементы имеют следующие общие свойства:

  • Небольшие значения электроотрицательности.
  • Переменные степени окисления. Почти для всех d-элементов, в атомах которых на внешнем ns-подуровне находятся 2 валентных электрона, известна степень окисления +2.
  • Начиная с d-элементов III группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, элементы в низшей степени окисления образуют соединения, которые проявляют основные свойства, в высшей — кислотные, в промежуточной — амфотерные. Например:
  • Для всех переходных элементов характерно образование комплексных соединений.

Подгруппа меди

Подгруппа меди, или побочная подгруппа I группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, включает в себя элементы: медь Cu, серебро Ag и золото Au.

Свойства металлов подгруппы меди

Для всех металлов характерны высокие значения плотности, температур плавления и кипения, высокая тепло- и электропроводность.

Особенностью элементов подгруппы меди является наличие заполненного предвнешнего ( n − 1 ) d {displaystyle (n-1)d} -подуровня, достигаемое за счёт перескока электрона с ns-подуровня. Причина такого явления заключается в высокой устойчивости полностью заполненного d-подуровня. Эта особенность обусловливает химическую инертность простых веществ, их химическую неактивность, поэтому золото и серебро называют благородными металлами.

Медь

Медь представляет собой довольно мягкий металл красно-жёлтого цвета. В электрохимическом ряду напряжений металлов она стоит правее водорода, поэтому растворяется только в кислотах-окислителях (в азотной кислоте любой концентрации и в концентрированной серной кислоте):

C u + 2 H 2 S O 4 ⟶ C u S O 4 + S O 2 ↑ + 2 H 2 O {displaystyle mathrm {Cu+2H_{2}SO_{4}longrightarrow CuSO_{4}+SO_{2}uparrow +2H_{2}O} } C u + 4 H N O 3 ⟶ C u ( N O 3 ) 2 + 2 N O 2 ↑ + 2 H 2 O {displaystyle mathrm {Cu+4HNO_{3}longrightarrow Cu(NO_{3})_{2}+2NO_{2}uparrow +2H_{2}O} } 3 C u + 8 H N O 3 ⟶ 3 C u ( N O 3 ) 2 + 2 N O ↑ + 4 H 2 O {displaystyle mathrm {3Cu+8HNO_{3}longrightarrow 3Cu(NO_{3})_{2}+2NOuparrow +4H_{2}O} }

В отличие от серебра и золота, медь окисляется с поверхности кислородом воздуха уже при комнатной температуре. В присутствии углекислого газа и паров воды её поверхность покрывается зелёным налётом, представляющим собой основный карбонат меди(II).

Для меди наиболее характерна степень окисления +2, однако существует целый ряд соединений, в которых она проявляет степень окисления +1.

Оксид меди(II)

Оксид меди(II) CuO — вещество чёрного цвета. Под действием восстановителей при нагревании он превращается в металлическую медь:

C u O + C O ⟶ C u + C O 2 ↑ {displaystyle mathrm {CuO+COlongrightarrow Cu+CO_{2}uparrow } } C u O + H 2 ⟶ C u + H 2 O {displaystyle mathrm {CuO+H_{2}longrightarrow Cu+H_{2}O} }

Растворы всех солей двухвалентной меди окрашены в голубой цвет, который им придают гидратированные ионы [ C u ( H 2 O ) 6 ] 2 + {displaystyle [Cu(H_{2}O)_{6}]^{2+}} .

При действии на растворимые соли меди раствором питьевой соды образуется малорастворимый основной карбонат меди (II) — малахит:

2 C u S O 4 + 2 N a 2 C O 3 + H 2 O ⟶ ( C u O H ) 2 C O 3 ↓ + 2 N a 2 S O 4 + C O 2 ↑ {displaystyle mathrm {2CuSO_{4}+2Na_{2}CO_{3}+H_{2}Olongrightarrow (CuOH)_{2}CO_{3}downarrow +2Na_{2}SO_{4}+CO_{2}uparrow } }

Гидроксид меди(II)

Гидроксид меди(II) Cu(OH)2 образуется при действии щелочей на растворимые соли меди(II):

C u S O 4 + 2 N a O H ⟶ C u ( O H ) 2 ↓ + N a 2 S O 4 {displaystyle mathrm {CuSO_{4}+2NaOHlongrightarrow Cu(OH)_{2}downarrow +Na_{2}SO_{4}} }

Это малорастворимое в воде вещество голубого цвета. Гидроксид меди(II) — амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. При сильном нагревании или стоянии под маточным раствором он разлагается:

C u ( O H ) 2 ⟶ C u O + H 2 O {displaystyle mathrm {Cu(OH)_{2}longrightarrow CuO+H_{2}O} }

При добавлении аммиака Cu(OH)2 растворяется с образованием ярко-синего комплекса:

C u ( O H ) 2 + 4 N H 3 ⟶ [ C u ( N H 3 ) 4 ] ( O H ) 2 {displaystyle mathrm {Cu(OH)_{2}+4NH_{3}longrightarrow [Cu(NH_{3})_{4}](OH)_{2}} }

Соединения одновалентной меди

Соединения одновалентной меди крайне неустойчивы, поскольку медь стремится перейти либо в Cu2+, либо в Cu0. Стабильными являются нерастворимые соединения CuCl, CuCN, Cu2S и комплексы типа [ C u ( N H 3 ) 2 ] + {displaystyle [Cu(NH_{3})_{2}]^{+}} .

Серебро

Серебро более инертно, чем медь , но при хранении на воздухе оно чернеет из-за образования сульфида серебра:

2 A g + H 2 S ⟶ A g 2 S + H 2 ↑ {displaystyle mathrm {2Ag+H_{2}Slongrightarrow Ag_{2}S+H_{2}uparrow } }

Серебро растворяется в кислотах-окислителях:

2 A g + 2 H 2 S O 4 ⟶ A g 2 S O 4 + S O 2 ↑ + 2 H 2 O {displaystyle mathrm {2Ag+2H_{2}SO_{4}longrightarrow Ag_{2}SO_{4}+SO_{2}uparrow +2H_{2}O} } A g + 2 H N O 3 ⟶ A g N O 3 + N O 2 ↑ + H 2 O {displaystyle mathrm {Ag+2HNO_{3}longrightarrow AgNO_{3}+NO_{2}uparrow +H_{2}O} } 3 A g + 4 H N O 3 ⟶ 3 A g N O 3 + N O ↑ + 2 H 2 O {displaystyle mathrm {3Ag+4HNO_{3}longrightarrow 3AgNO_{3}+NOuparrow +2H_{2}O} }

Наиболее устойчивая степень окисления серебра +1. В аналитической химии широкое применение находит растворимый нитрат серебра AgNO3, который используют как реактив для качественного определения ионов Cl−, Br−, I−:

A g + + C l − ⟶ A g C l ↓ {displaystyle mathrm {Ag^{+}+Cl^{-}longrightarrow AgCldownarrow } }

При добавлении к раствору AgNO3 раствора щёлочи образуется тёмно-коричневый осадок оксида серебра Ag2O:

2 A g N O 3 + 2 N a O H ⟶ A g 2 O ↓ + 2 N a N O 3 + H 2 O {displaystyle mathrm {2AgNO_{3}+2NaOHlongrightarrow Ag_{2}Odownarrow +2NaNO_{3}+H_{2}O} }

Многие малорастворимые соединения серебра растворяются в веществах-комплексообразователях, например, аммиаке и тиосульфате натрия:

A g C l + 2 N H 3 ⟶ [ A g ( N H 3 ) 2 ] C l {displaystyle mathrm {AgCl+2NH_{3}longrightarrow [Ag(NH_{3})_{2}]Cl} } A g 2 O + 4 N H 3 + H 2 O ⟶ 2 [ A g ( N H 3 ) 2 ] O H {displaystyle mathrm {Ag_{2}O+4NH_{3}+H_{2}Olongrightarrow 2[Ag(NH_{3})_{2}]OH} } A g B r + 2 N a 2 S 2 O 3 ⟶ N a 3 [ A g ( S 2 O 3 ) 2 ] + N a B r {displaystyle mathrm {AgBr+2Na_{2}S_{2}O_{3}longrightarrow Na_{3}[Ag(S_{2}O_{3})_{2}]+NaBr} }

Золото

Золото представляет собой металл, сочетающий высокую химическую инертность и красивый внешний вид, что делает его незаменимым в производстве ювелирных украшений. В отличие от меди и серебра, золото крайне инертно по отношению к кислороду и сере, но реагирует с галогенами при нагревании:

2 A u + 3 C l 2 ⟶ A u 2 C l 6 {displaystyle mathrm {2Au+3Cl_{2}longrightarrow Au_{2}Cl_{6}} }

Чтобы перевести золото в раствор, необходим сильный окислитель, поэтому золото растворимо в смеси концентрированных соляной и азотной кислот («царской водке»):

A u + H N O 3 + 4 H C l ⟶ H [ A u C l 4 ] + N O ↑ + 2 H 2 O {displaystyle mathrm {Au+HNO_{3}+4HCllongrightarrow H[AuCl_{4}]+NOuparrow +2H_{2}O} }

Платиновые металлы

Платиновые металлы — семейство из 6 химических элементов побочной подгруппы VIII группы Периодической системы, включающее рутений Ru, родий Rh, палладий Pd, осмий Os, иридий Ir и платину Pt. Эти металлы подразделяются на две триады: лёгкие — триада палладия (Ru, Rh, Pd) и тяжёлые — триада платины (Os, Ir, Pt).

  • Рутений

  • Родий

  • Палладий

  • Осмий

  • Иридий

  • Платина

Значение переходных металлов

Без переходных металлов наш организм существовать не может. Железо – это действующее начало гемоглобина. Цинк участвует в выработке инсулина. Кобальт – центр витамина В-12. Медь, марганец и молибден, а также некоторые другие металлы входят в состав ферментов.

Многие переходные металлы и их соединения используются в качестве катализаторов. Например, реакция гидрирования алкенов на платиновом или палладиевом катализаторе. Полимеризация этилена проводится с помощью титансодержащих катализаторов.

Большое использование сплавов переходных металлов: сталь, чугун, бронза, латунь, победит.