ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ

Это металлы побочных подгрупп больших периодов; валентные электроны находятся на s – орбиталях внешнего электронного уровня и d – орбиталях предвнешнего уровня. Для этого семейства характерны следующие признаки:

1. Большинство элементов в соединениях проявляют различные степени окисления (исключение - цинк).

2. Многие соединения имеют окраску.

3. Элементы характеризуются высокой комплексообразующей способностью.

4. Если элемент образует соединения, проявляя разные степени окисления, то это часто связано с их различными кислотно-основными свойствами:

а) минимальная с.о. – основные свойства (Cr+2, Fe+2, Mn+2 );

б) промежуточная с.о. – амфотерные свойства (Cr+3, Fe+3, Mn+4);

в) максимальная с.о. – кислотные свойства (Cr+6, Fe+6, Mn+7).

5. В зависимости от степени окисления соединения по-разному ведут себя в окислительно-восстановительных реакциях:

а) если у элемента минимальная с.о., то соединения – восстановители;

б) если у элемента промежуточная с.о., то соединения – redox-амфолиты;

в) если у элемента максимальная с.о., то соединения – окислители.

ПОДГРУППА МЕДИ

Физические свойства: все элементы электропороводны, пластичны, находят широкое применение в технике и медицине.

Таблица 6

Свойства элементов подгруппы меди

Элемент Строение валентных орбиталей Степени окисления Плотность (г/см3) пл, С
Медь 29Сu Серебро 47Ag Золото 79Au …3d104s1 …4d105s1 …5d106s1 +1 +2 +3 +1 +2 +3 +1 +2 +3 8,96 10,5 19,3

Химические свойства

Малоактивны, что соответствует их положению в ряду активности металлов: …Н, Cu, Hg, Ag, Au.

1.2Cu + O2 = 2CuO (или Cu2O)

Ag + O2 ¹

Au + O2 ¹

2. Cu, Ag, Au + H2 ¹

3. Cu + Cl2 = CuCl2

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru реакции идут медленно

4. Взаимодействие с кислотами:

а) Н2SO4 конц.: Cu + 2Н2SO4 = CuSO4 + SO2­ + 2H2O;

2Ag + 2Н2SO4 = Ag2SO4 + SO2­ + 2H2O;

Au + Н2SO4 ¹.

б) НNO3 конц; Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2­ + 2H2O;

Ag + 2HNO3 = AgNO3 + NO2­ + H2O;

Au + HNO3 ¹.

в) НNO3 разб; 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO­ + 4H2O;

6Ag + 8HNO3 = 6AgNO3 + 2NO­ + 4H2O;

Au + HNO3 ¹.

г) «царская водка» - смесь НNO3 конц и НCl конц

Au + HNO3 + 3HCl = AuCl3 + NO­ + 2H2O

или

Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO­ + 2H2O.

Индивидуальные свойства меди

Сu+: а) Cu2О – закись меди, неустойчива; красный порошок

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru .

б) Соли тоже диспропорционируют:

2CuCl ® CuCl2 + Cu.

в) Комплексные соединения растворимы лучше средних солей; образуются легко:

CuCl + KCl ® K[CuCl2]; или K2[CuCl3], K3[CuCl4];

CuCl + 2NH3 ® [Cu(NH3)2]Cl.

Сu2+: а) CuО – окись меди, чёрные кристаллы

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru ;

б) Cu(OH)2 – голубой осадок; амфотерность практически не проявляется;

в) соли устойчивы, сине-зелёного цвета

CuSO4 × 5H2O – медный купорос;

(CuОН)2СО3 – малахит.

Хорошо вступают в реакции комплексообразования:

CuSO4 + 4NH4OH ® [Cu(NH3)4]SO4 + 4H2O.

голубой ярко-синий

Индивидуальные свойства серебра

Малоактивно, но на воздухе чернеет, т.к. идёт реакция:

4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S¯ + 2H2O.

Ag+: а) Ag2O – чёрный; ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru ;

б) 2AgNO3 + 2NaOH = 2NaNO3 + Ag2O¯+ H2O;

в) Большинство солей нерастворимы в воде, но растворяются, переходя в комплексные соединения

AgCl¯ + 2NH4OH ® [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O;

AgBr¯ + Na2S2O3 ® Na[AgS2O3] + NaBr;

AgJ¯ + KJ ® K[AgJ2].

Ag2+: Известны AgO, AgF2; соединения неустойчивы.

Ag3+: Ag2O3, K[AgF4].

Все соединения – окислители и могут восстанавливаться до свободного серебра:

AgF2 + Zn = Ag + ZnF2.

Индивидуальные свойства золота

Золото – самое неактивное из металлов подгруппы, его соединения легко восстанавливаются до золота, которое существует в виде коллоида красного или розового цвета (т.н. «кассиев пурпур»).

Au+:Au2O, AuCl.

Au3+: а) Au2O3, Au(OH)3 – неустойчивы:

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru ;

б) AuCl3, AuBr3 в воде растворимы;

в) соединения чаще встречаются в виде комплексных соединений

Au(OH)3 + NaOH ® Na[Au(OH)4];

Au(OH)3 + 4HNO3 ® H[Au(NO3)4] + 3H2O;

AuCl3 + HCl ® Н[AuCl4];

г) окислительные свойства соединений

2AuCl3 + 3SnCl2 = 2Au¯ + 3SnCl4.

ПОДГРУППА ЦИНКА

Таблица 7

Свойства элементов подгруппы цинка

Элемент Строение валентных орбиталей Плот-ность (г/см3) пл, С Степени окисления Координаци-онные числа
Цинк 30Zn Кадмий 48Cd Ртуть 80Hg …3d104s2 …4d105s2 …5d106s2 7,1 8,7 13,55 -39 +2 +2 +1 +2 2, 4, 6

Химические свойства

В ряду напряжений их местоположение связано с химической активностью: …Zn…Cd…H, Cu, Hg…

Индивидуальные свойства цинка

1. Цинк – самый активный металл подгруппы

а) Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2­;

б) 3Zn + 4H2SO4 конц. = 3ZnSO4 + S¯ + 4H2O;

в) 5Zn + 12HNO3 разб. = 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O.

2. В то же время Zn, ZnO, Zn(OH)2 амфотерны:

Zn + 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2;

ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2О;

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru ;

Zn(OH)2¯ + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + 2H2O;

Zn(OH)2¯ + 2KOH = K2[Zn(OH)4].

3. Соли гидролизуются, например раствор «цинкового купороса»

ZnSO4 × 7H2O имеет кислую среду:

2ZnSO4 + 2H2O Û (ZnOH)2SO4 + H2SO4

Zn2+ + H2O Û ZnOH+ + H+.

Индивидуальные свойства ртути

Из различных соединений ртути наиболее токсичны: ртуть металлическая Hg и соединения ртути (II).

Hg+ (существует в виде иона ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru ); соединения малоустойчивы.

а) Hg2O – закись ртути, чёрная;

б) Hg2Cl2 – каломель; Hg2(NO3)2 и др.

для многих соединений характерны реакции диспропорционирования:

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru .

в) гидроксид неустойчив:

Hg2(NO3)2 + 2КОН = 2КNO3 + Hg2O¯ + Н2О.

г) соли проявляют окислительно-восстановительную двойственность:

Hg2Cl2 + Cl2 = 2HgCl2 ( ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru );

в-ль

Hg2Cl2 + SnCl2 = 2Hg + SnCl4 ( ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru ).

о-ль

Hg2+: а) HgO – окись ртути, жёлтая, красная;

б) гидроксид неустойчив:

Hg(NO3)2 + 2КОН = 2КNO3 + HgO¯ + Н2О.

в) из солей часто используют: HgCl2 – сулема; HgS – киноварь.

ХРОМ

24Cr…4s13d5.

Физические свойства

Один из самых твёрдых металлов; режет стекло. Плотность 7,2 г/см3;

пл. = 1890°С.

Химические свойства

1. При обычной температуре устойчив, при повышенной взаимодействует со многими элементами:

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru ;

2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3;

2Cr + N2 = 2CrN.

2. Взаимодействует со сложными веществами

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru

Поверхность металла обычно покрыта оксидной плёнкой, которая его «пассивирует» и поэтому при комнатной температуре хром не взаимодействует с HNO3 конц. и H2SO4 конц., но идут реакции

Cr + 2HClразб. = CrCl2 + H2­;

Cr + H2SO4 разб. = CrSO4 + H2­.

Полученные соли неустойчивы и переходят в CrCl3 и Cr2(SO4)3.

3. В соединениях хром проявляет следующие степени окисления:

Таблица 8

Наиболее важные соединения хрома

+2 +3 +6
CrO основной оксид Cr(OH)2 CrCl2, CrSO4 соединения малоустойчивы Cr2O3 – амфотерен
       
  ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru
    ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru
 

Cr(OH)3 (H3CrO3), K3CrO3

ортохромиты

CrCl3 (HСrO2), KСrO2

метахромиты

CrO3 – кислотный оксид H2CrO4 – хромовая кислота Me2CrO4 - хроматы H2Cr2O7 - двухромовая Me2Cr2O7 - дихроматы
восстановители восстановители и окислители Окислители

Как правило Cr2+ ® Cr3+; например самопроизвольно при стоянии идет окисление: 4Cr(OH)2¯ + O2 + 2H2O ® 4Cr(OH)3¯.

Для соединений характерна богатая окраска :

CrO чёрный Cr(OH)2 жёлтый CrCl2 голубой Cr2O3 – серо-зелёный NaCrO4 – ярко зелёный K3[CrCl6] – розовый K3[Cr(SO4)3] – жёлтый CrO3 – красный H2CrO4 – жёлтый H2Cr2O7 - оранжевый  

4. Известны перекисные соединения хрома:

CrO5, H2CrO6, соли – синие;

H3CrO8, соли – красные.

МАРГАНЕЦ

25Mn…4s23d5

Физические свойства

Тяжёлый, серебристо-белый металл. Плотность 7,44 г/см3; t°пл. = 1245°С.

Химические свойства

Активен и поэтому покрыт оксидной плёнкой, которая защищает его.

1. Взаимодействует со многими элементами

Mn + O2 = MnO2;

Mn + Cl2 = MnCl2 (или MnCl4);

Mn + C = MnC.

2. Реакции со сложными веществами:

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru ;

Mn + 2HCl. ® MnCl2 + H2­;

Mn + 2H2SO4 конц. = MnSO4 + SO2­ + 2H2O;

3Mn + 8HNO3 конц. = 3Mn(NO3)2 + 2NO­ + 4H2O.

3. В соединениях проявляет степени окисления: +2, +3, +4, +5, +6, +7.

Наиболее часто встречающиеся соединения марганца представлены ниже:

Таблица 9

Наиболее важные соединения марганца

+2, +3 +4 +6, +7
основной характер MnO Mn2O3 Mn(OH)2 - неуст. MnSO4 амфотерны MnO2, MnO(OH)2
       
  ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru   ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru
 

Mn(OH)4 K4MnO4

Mn(SO4)2 K2MnO3

манганиты

Кислотный характер H2MnO4 Mn2O7 K2MnO4 HMnO4 манганаты KMnO4 соли-пер- манганаты
соединения Mn2+ - восстановители Mn4+ – redox-амфотерен соединения Mn7+ - окислители

При стоянии Mn2+ ® Mn4+ : 2Mn(OH)2¯ + O2 + 2H2O ® 2Mn(OH)4¯.

4. Перманганат калия KMnO4 применяется как сильный окислитель в аналитической химии, медицине. В зависимости от среды даёт различные продукты реакции:

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru

ЖЕЛЕЗО

26Fe…4s23d6

Физические свойства

Серебристо-белый металл, пластичный, электропроводный, легко намагничивается. Плотность 7,87 г/см3; t°пл. = 1539°С.

Химические свойства

1. Вступает в реакции с простыми веществами:

3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO × Fe2O3);

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3;

Fe + S = FeS;

Fe + P = FeP.

2. Взаимодействует со сложными веществами

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru ;

Fe + 2HCl. = FeCl2 + H2­;

Fe + 2H2SO4 разб. = FeSO4 + H2­;

Fe + 4HNO3 разб. = Fe(NO3)3 + NO­ + 2H2O;

Fe + HNO3 конц. ¹ пассивируется;

2Fe + 6H2SO4 конц. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru Fe2(SO4)3 + 3SO2­ + 6H2O;

Fe + PbSO4 = Pb + FeSO4.

3. В соединениях железо проявляет различные степени окисления:

Таблица 10

Наиболее важные соединения железа

+2 +3 +6
FeO основные свойства Fe(OH)2 - неустойчив FeSO4 Fe2O3 – в основном основные свойства, амфотерность только при сплавлении   Fe(OH)3 KFeO2 FeCl3 феррит получить трудно K2FeO4, BaFeO4 ферраты неустойчивы
восстановители redox-амфолиты ? окислители

Под действием кислорода воздуха Fe(OH)2¯ ® Fe(OH)3¯.

4. Соли Fe2+ - жёлто-зелёные;

Соль Мора: (NH4)2Fe(SO4)2 × 6Н2 О

Соли Fe3+ - жёлто-оранжевые;

железо-аммонийные квасцы: KFe(SO4)2 × 12H2O; устойчивы при хранении.

5. Реакции открытия соединений железа:

а) качественная реакция на ион Fe2+ - реакция с «красной кровяной солью» K3[Fe(CN)6]

3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2¯ + 3K2SO4.

тёмно-синий

б) качественные реакции на ион Fe3+

FeCl3 + 3KSCN = Fe(SCN)3 + 3KCl;

тёмно-красный

4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3¯ + 12KCl.

тёмно-синий

КОБАЛЬТ

27Со…4s23d7; по физическим и химическим свойствам похож на железо, но менее активен. В соединениях проявляет степени окисления +2, +3

+2: СоО, Со(ОН)2; средние соли весьма устойчивы, как правило розового цвета. Под действием сильных окислителей Со2+ ® Со3+:

2Со(OH)2 + NaClO + H2O ® 2Co(OH)3 + NaCl.

+3: Со(ОН)3; средние соли малохарактерны, но комплексные соли известны [Co(NH3)6]Cl3; K3[Co(NO2)6].

Реакция открытия:

СоCl2 + 4NH4SCN ® (NH4)2[Co(SCN)4] + 2NH4Cl.

розовый в ацетоне ярко-голубой

НИКЕЛЬ

28Ni… 4s23d8; по физическим и химическим свойствам похож на Fe. В соединениях проявляет степени окисления +2, +3. (Степень окисления +3 для Ni ещё менее характерна, чем для Со).

Известны соединения NiO, ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru , средние соли (зелёного цвета), комплексные соли с к.ч. = 4, 6: K2[Ni(CN)4]; [Ni(NH3)6]Cl2.

Реакция открытия:

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА d- ЭЛЕМЕНТОВ - student2.ru

Вопросы для закрепления материала:

1.В чем можно растворить медную пластинку – а)в НС1? б)в растворе NаОН? в)в концентрированной НNO3 ?

2.Какого состава хлорид получится при нагревании хрома с хлором – а)CrCI2? б)CrCI3? в)CrCI6?

Наши рекомендации