Вопрос 74.D- элементы первой группы. Общая характеристика группы. Физические и химические свойства простых веществ.

Вопрос 73. Общая характеристика элементов семейства платины.

В подгруппу платины входят 6 переходных металлов. По числу электронов на 4d3s-орбиталях (Ru, Rh, Pd) и 5d6s-орбиталях (Os, Ir, Pt) и по аналогии физико-химических свойстввсе элементы 8Б группы делятся на три подгруппы:

1)Ru- Os 2) Rh- Ir 3) Pd- Pt Атомный радиус у всех 6 элементов изменяется в небольшом интервале: 134пм (Ru) – 139 пм (Pt). Это обуславливает близость свойств всех 6-ти элементов.

В электрохимическом ряду все платиновые металлы стоят после водорода. По значениям электроотрицательности все элементы группы ближе к неметаллам, чем к металлам. Поэтому соединения этих элементов проявляют амфотерность, выраженную в разной степени. Гидроксиды не всех этих элементов растворяются и в кислоте и в щелочи. Тем не менее, элементы семейства платины образуют не только катионные, но и анионные комплексы. Устойчивые валентные соединения для элементов семейства платины следующие: рутений-4,6,8, Родий – 3,4; палладий – 2,4, осмий-4,6, иридий-3,4, платина -2,4.

Гидроксиды элементов в четырехвалентном состоянии существуют в формате МО₂*nH₂O где n=2(для платины 2 и 3). Содержание воды зависит от температуры, чем выше температура, тем меньше воды.

Гидрооксиды рения, палладия и платины растворяются в кислотах и щелочах

PtO₂*3 H₂O + 2NaOH → Na₂[Pt(OH)₆] + H₂O

PtO₂*3 H₂O +6HCl → H₂[PtCl₆] + 5H₂O

В обычных условиях платиновые металлы не взаимодействуют с такими сильными окислителями как F2, Cl2, O2. Низкая реакционная способность элементарных веществ определяется большой энергией связи в кристаллической решетке. Та же причина определяет высокие температуру плавления и большие значения плотности.

Только платина реагирует без нагревания с окисляющей смесью кислот

3Pt+18HCl+4HNO₃=3H₂[PtCl₆] + 4NO +8H₂O

Или с соляной кислотой в присутствии кислорода

Pt+6HCl+O₂=H₂[PtCl₆]+ 2H₂O

Все металлы платиного семейства, кроме ирридия, переходят в 4-х валентное состояние при сплавлении со щелочными окисляющими смесями, например:

Ru+2KOH+3KNO₃→K₂RuO₄ + 3KNO₂ + H₂O

Иридий переходит в 3-х валентную форму.

При нагревании платиновые металлы реагируют с NaCl или HCl в токе хлора, что приводит к образованию комплекса

Ir + 2NaCl +2 Cl₂→Na₂[IrCl_6]

Платина при нагревании может образовывать цианидный комплекс

Pt+ 6KCN+4H₂O→K₂[Pt(CN)₆] + 4KOH +2H₂

Элементы платинового семейства образуют комплексные соединения с координационными числами 4 и 6. Наиболее изучены цианидные, галогнидные и аммиачные комплексы. Комплексные соединения могут быть катионные, анионные и нейтральные

Катионный комплекс

[Pt(NH₃)₂Cl₂]+2NH₃=[Pt(NH₃)₄ Cl₂]

Нейтральный

[Pt(NH₃)₄ ]Cl₂ +2HCl=[Pt(NH₃)₂Cl₂]+2NH₄Cl

Катионно-анионный

[Pt(NH₃)₄ ]Cl₂ + K₂[PtCl₄]=[ Pt(NH₃)₄ ] [PtCl₄] +2KCl

Вопрос 74.d- элементы первой группы. Общая характеристика группы. Физические и химические свойства простых веществ.

В 1Б группе(группе меди)находятся переходные металлы Cu, Ag, Au, которые имеют сходное распределение электронов, определяемое феноменом «проскока» или «провала» электронов.

Явление «проскока» представляет собой символическое перенесение одного из двух валентных s-электронов на d-подуровень, что отражает неравномерность удержания ядром внешних электронов.

Переход одного s-электрона на внешний уровень приводит к стабилизации d-подуровня. Поэтому в зависимости от степени возбуждения атомы 1Б группы могут отдавать на образование химической связи от 1 до 3-х электронов. Вследствие этого элементы 1Б группы могут образовывать соединения со степенями окисления +1, +2,+3. Однако имеются различия: для меи наиболее устойчивы степени окисления +1 и +2, для серебра +1, а для золота +1 и +3. Наиболее характерные координационные числа в этой группе 2,3,4.
Элементы 1Б группы относительно инертны. В электрохимическом ряду стоят после водорода, что проявляется в их слабой восстановительной способности. Поэтому в природе они встречаются в самородном виде.

Восстановительные и основные свойства убывают от меди к золоту, молярная масса в этом направлении увеличивается, плотность увеличивается, энергия ионизации увеличивается в порядке серебро-медь-золото.

Золото не подвергается коррозии

Химические свойства:

СЕРЕБРО

Оксид серебра Ag₂O получают при нагревании серебра с кислородом или обработкой растворов AgNO₃ щелочами

2 AgNO₃ + 2KOH → Ag₂O+2KNO₃+H₂O

Ag₂O в воде растворяется незначительно, тем не менее, вследствие гидролиза растворы имеют щелочную реакцию

Ag₂O+Н₂О→ 2Ag⁺+2 OH^-

В цианидных растворах превращается в комплекс

Ag₂O+4KCN +H₂O→2K[Ag(CN)₂] + 2KOH

Ag₂O – энергичный окислитель. Окислительные свойства обуславливаются применением его суспензии как антисептического средства.

В электрохимическом ряду нормальных окислительно-восстановительных потенциалов серебро стоит только после водорода. Поэтому металлическое серебро реагирует только с окисляющими концентрированной азотной и серной кислотами

2Ag+2H₂SO₄→Ag₂SO₄ +SO₂ + 2H₂O
большинство солей серебра плохо или мало растворимы. Практически нерастворимы галогениды, фосфаты. Плохо растворимы серебро сульфат и серебро карбонат. Растворы галогенидов серебра разлагаются под действием ультрафиолетовых и рентгеновских лучей:

2AgCl→2Ag +Cl₂

Нерастворимые серебро хлорид и серебро бромид растворяются в аммиаке с образованием аммиакатов:

AgCl + 2NH₃→[Ag(NH₃)₂]Cl

Ag чернеет Ag+H₂S+O₂=Ag₂S↓+H₂O

Чтобы осветлить: опустит в раствор с аммиаком.

AgNO₃+ NaOH = AgOH (AgO+H₂O) + NaNO₃

Ag₂O+H₂O₂ =2 Ag+ H₂O +O₂

МЕДЬ

Медь(1) образует нерастворимые галогениды. Эти соли растворяются в аммиаке и образуют комплексы

CuCl + 2NH₃=[Cu(NH₃)₂]Cl

Нерастворимы в воде медь (2) оксид и гидроксид, они имеют основный хпрактер и растворяются в кислотах

Cu(OH)₂+ 2HCl +4H₂O →[Cu(H₂O)₆]Cl₂

Медь(2) гидроксид растворяется в аммиаке, образует комплекс, окрашиваюший раствор в синий цвет:

Cu(OH)₂+2HCl+4H₂O=[Cu(NH₃)₄(H₂O)₂](OH)₂ эта реакция используется как качественная на ионы меди(2)

Медь во влажном воздухе реагирует следующим образом:

Cu+H₂O+CO₂+O₂=(CuOH)₂CO₃

Медь растворяется в серной кислоте и азотной

Соли меди, серебра и золота взаимодействуют с сульфидами щелочных металлов и с водородсульфидами с образованием нерастворимых в воде осадков Ag₂S, Cu₂S, CuS, Au₂S₃

ЗОЛОТО

Наиболее распространённым соединением золота(3) является хлорид AuCl₃, хорошо растворимый в воде.

Оксид и гидроксид золота – амфотерные соединения с более выраженными кислотными свойствами. Гидроксид золота в воде не растворяется, но растворяется в щелочах собразованием гидроксокомплекса:

AuO (AuOH) + NaOH +H₂O=Na[Au(OH)₄]

Реагирует с кислотами с образованием ацидокомплекса

AuO(AuOH)+2H₂SO₄→H[Au(SO₄)₂] + 2H₂O

Золото растворяется в царской водке

Au+4HCl+HNO₃=H[AuCl₄] + NO+ 2H₂O

Соли золота со степенью окисления +3 подвергаются гидролизу полностью

Физические свойства

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C 55,5-58 МСм/м[5]. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры.

Чистое серебро — довольно тяжёлый (легче свинца, но тяжелее меди), необычайно пластичный серебристо-белый металл (коэффициент отражения света близок к 100 %). Тонкая серебряная фольга в проходящем свете имеет фиолетовый цвет. C течением времени металл тускнеет, реагируя с содержащимися в воздухе следами сероводорода и образуя налёт сульфида, чья тонкая пленка придает тогда металлу характерную розоватую окраску. Обладает высокой теплопроводностью. При комнатной температуре имеет самую высокую электропроводность среди всех известных металлов (удельное электрическое сопротивление 1,59·10−8 Ом·м при температуре 20 °C). Температура плавления 962°C.

Чистое золото — мягкий металл жёлтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности, меди. Золото обладает исключительно высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением.

Золото — очень тяжёлый металл: плотность чистого золота равна 19321 кг/м³ (шар из чистого золота диаметром 46 мм имеет массу 1 кг). Среди металлов по плотности занимает шестое место: после осмия, иридия, рения, платины и плутония. Высокая плотность золота облегчает его добычу. Самые простые технологические процессы, такие, как, например, промывка на шлюзах, могут обеспечить весьма высокую степень извлечения золота из промываемой породы.

Золото также высокопластично: оно может быть проковано в листки толщиной до ~0,1 мкм (сусальное золото); при такой толщине золото полупрозрачно и в отражённом свете имеет жёлтый цвет, в проходящем — окрашено в дополнительный к жёлтому синевато-зеленоватый. Золото может быть вытянуто в проволоку с линейной плотностью до 500 м/г.

Температура плавления золота составляет 1064 °C. Плотность жидкого золота меньше, чем твёрдого, и составляет 17 г/см3 при температуре плавления. Жидкое золото довольно летуче, и активно испаряется задолго до температуры кипения.