Неорганическая химия. Переходные элементы и их соединения.

Переходные элементы и их соединения.

Общая характеристика

• в периодической системе располагаются в побочных подгруппах
• элементы d -семейства
• предвнешний d -подуровень находится в стадии заполнения
• валентные электроны расположены на внешней s -орбитали и предвнешней d -орбитали (n-1)d x ns 2
• в образовании химических связей участвуют в первую очередь электроны s -орбитали, затем d -электроны

«провал» электрона

Sc …3d ¹ 4s ²

Ti …3d ² 4s ²

V …3d ³ 4s ²

Cr …3d 5 4s ¹ Mo … 4d 5 5s 1

Mn …3d 5 4s ² Tc …4d 5 5s 2

Fe …3d 6 4s ² Ru … 4d 7 5s 1

Co …3d 7 4s ² Rh … 4d 8 5s 1

Ni …3d 8 4s ² Pd … 4d 10 5s 0 Pt …5d 9 6s 1

Cu …3d 10 4s ¹ Ag … 4d 10 5s 1

Zn …3d 10 4s ² Cd …4d 10 5s 2

Общие характеристики

Широкий спектр валентностей и степеней окисления, вследствие большого числа валентных электронов:

хром: 0, +2, +3 , +6

марганец: 0, +2 , +3, +4 , +6, +7

железо: 0, +2, +3 , +6

медь : 0, +1, +2, +3

серебро: 0, +1 , +2

Общие характеристики

Широкий диапазон изменения кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов:

CrO Cr 2 O 3 CrO 3

основный амфотерный кислотный

Cr(OH) 2 Cr(OH) 3 H 2 CrO 4

основание амфотерный H 2 Cr 2 O 7

гидроксид кислоты

Общие характеристики

Проявление окислительно-восстановительных свойств:

Mn(OH) 2 MnO 2 KMnO 4

MnSO 4 MnO(OH) 2 K 2 MnO 4

восстановители окислительно- окислители

(+2 особо восстановительная

неустойчивая двойственность

на воздухе)

Общие характеристики

Высокая способность к комплексообразованию:

• водные растворы: [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ [Al(OH) 4 ] -
• растворение амфотерных гидроксидов:

Zn(OH) 2 + 2NaOH = Na 2 [Zn(OH) 4 ]

Общие характеристики

• Большинство соединений d -элементов окрашены: Cu(OH) 2 – синего цвета , Fe(OH) 3 - бурый ,

Ag 3 PO 4 - желтый ,

KMnO 4 - фиолетовый

• Металлы – катализаторы: Pt, Ni, Pd…
• Важная биологическая роль: микроэлементы.

Простые вещества

• Твердые: Mn, Cr, Fe
• серебристо-серые (искл. Cu, Au)
• пластичные, ковкие, электро- и теплопроводники: Cu, Ag, Au, Pt, Pd…
• тяжелые (искл. Ti)
• тугоплавкие ( искл. Hg)
• Fe - самый распространенный после алюминия

Химические свойства

1 . + О 2 при t º (кроме благородных металлов)

2. + Г 2 , S при t º

3. + H 2 O ( металлы, стоящие в ряду до водорода)

при нагревании : Ме + Н 2 О = МеО + Н 2

4. в атмосфере:

2С u + O 2 + H 2 O + CO 2 = (CuOH) 2 CO 3

2Ag + H 2 S + 1 /2 O 2 = Ag 2 S↓ + H 2 O

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3

Химические свойства

5. взаимодействие с кислотами

• H 2 SO 4 конц.- с образованием: Ме 2 ( SO 4 ) 3 , SO 2 , Н 2 О

пассивируются на холоде: Fe, Cr

не реагируют: Au, Pt, Pd

раствор – Н 2 ↑ металлы, стоящие в ряду активности до Н

• HNO 3 конц.- с образованием Me(NO 3 ) 3 , NO 2 , H 2 O

разбавленная: Me(NO 3 ) 3 , NO, H 2 O

пассивируются на холоде: Fe, Cr

не реагируют: Au, Pt, Pd

Химические свойства

6 . взаимодействие со щелочами:

Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 [Zn(OH) 4 ] + H 2

7. образование сплавов:

Hg – амальгамы

Cr – коррозийная стойкость

Mn , Cr, Mo, Ni – прочность, твердость

Хром

FeO∙Cr 2 O 3 – хромистый железняк

Получение: ( t)

FeO∙Cr 2 O 3 + 4С = Fe + 2Cr + 4CO ( феррохром )

Cr 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Cr

Свойства: ( t)

• 2 Cr + 3Br 2 = 2CrBr 3 2 Cr + 3S = Cr 2 S 3
• 2 Cr + 3H 2 O = Cr 2 O 3 + 3H 2
• Cr + H 2 SO 4 = CrSO 4 + H 2 (раствор кислоты)
• 4 Cr + 12 HCl + 3O 2 = 4CrCl 3 + 6H 2 O

хром

• Cr + CuSO 4 = Cu + CrSO 4
• при нагревании с концентрированными кислотами

2 Cr + 6H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

С r + 6HNO 3 = Cr(NO 3 ) 3 + 3NO 2 + 3H 2 0

• Cr + KClO 3 + 2KOH = K 2 CrO 4 + KC l + H 2 O

(со щелочами в присутствии окислителей)

Соединения хрома

+2 CrO – основный, черного цвета, восстановитель

Cr(OH) 2 – основание, желтого цвета, разлагается при нагревании, неустойчив на воздухе (О 2 , Н 2 О)

4 CrCl 2 + 4 HCl +O 2 = 4CrCl 3 + 2H 2 O

+3 Cr 2 O 3 – тугоплавкий, зеленый порошок, твердый, амфотерные свойства

С r 2 O 3 + 2KOH = 2KCrO 2 + H 2 O (сплавление)

Cr 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2NaCrO 2 + CO 2

С r 2 O 3 + 6HCl = 2CrCl 3 + 3H 2 O

Соединения хрома

Cr(OH) 3 - амфотерный, термический неустойчивый

С r ( OH) 3 + 3HCl = CrCl 3 + 3H 2 O

Cr(OH) 3 + 3NaOH = Na 3 [Cr(OH) 6 ]

Хроматы ( III ) устойчивы в щелочной среде, разлагаются кислотами и водой:

NaCrO 2 + HCl + H 2 O = Cr(OH) 3 + NaCl (недостаток)

NaCrO 2 + 4HCl = CrCl 3 + NaCl + 2H 2 O (избыток)

Na 3 [Cr(OH) 6 ] + 3CO 2 = Cr(OH) 3 + 3NaHCO 3

NaCrO 2 + 2 H 2 O = Cr(OH) 3 + NaOH

Соединения хрома

Катионные соли : С r 2 S 3 , Cr 2 (SO 4 ) 3

легко гидролизуются и окисляются

С r 2 (SO 4 ) 3 + 2K 2 FeO 4 + H 2 SO 4 = K 2 Cr 2 O 7 + Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O

+6 С rO 3 – криталлы красного цвета, яд, кислотный оксид, растворяется в воде, окислитель :

4CrO 3 + 3C = 3CO 2 + 2Cr 2 O 3

4CrO 3 + C 2 H 5 OH + 6H 2 SO 4 = 2Cr 2 (SO 4 ) 3 + 2CO 2 + 9H 2 O

3CrO 3 + 2H 2 O = H 2 Cr 2 O 7 + H 2 CrO 4

2 H 2 CrO 4 ↔ H 2 Cr 2 O 7 + H 2 O

Кислоты сильные по первой ступени.

Соединения хрома

Соли: CrO 4 2- - хроматы, желтого цвета

Cr 2 O 7 2 - - дихроматы, оранжевого цвета

H +

2 CrO 4 2- + 2H + ↔ Cr 2 O 7 2- + H 2 0

OH -

Хроматы термически устойчивы, а дихроматы -

4 K 2 Cr 2 O 7 = 4K 2 CrO 4 + 2 Cr 2 O 3 + 3O 2

C ильные окислители, восстанавливаются до соединений хрома (+3)

2 K 2 CrO 4 +3(NH 4 ) 2 S +2H 2 O = 2Cr(OH) 3 +3S+6NH 3 +4KOH