Студопедия.Орг Главная | Случайная страница | Контакты | Заказать  
 

Характеристика переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа) по их положению в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностями строения их атомов



Понятие переходный элемент обычно используется для обозначения любого из d- или f-элементов. Эти элементы занимают переходное положение между электроположительными s-элементами и электроотрицательными p-элементами. d-элементы образуют три переходных ряда — в 4-м, 5-м и 6-м периодах соответственно.

Первый переходный ряд включает 10 элементов, от скандия до цинка. Он характеризуется внутренней застройкой 3d-орбиталей. Хром и медь имеют на 4s-орбиталях всего по одному электрону. Дело в том, что полузаполненные или заполненные d-подоболочки обладают большей устойчивостью, чем частично заполненные.

В атоме хрома на каждой из пяти 3d-орбиталей, образующих 3d-подоболочку, имеется по одному электрону. Такая подоболочка является полузаполненной.

Cr24 1s22s22p63s23p64s13d5

Для атома хрома электроно-графическая формула выглядит так:

Это явление называется проскок (провал) электрона.

В атоме меди на каждой из пяти 3d-орбиталей находится по паре электронов (аналогичным образом объясняется аномалия серебра).

Cu29 1s22s22p63s23p64s13d10

Все d-элементы являются металлами. Большинство из них имеет характерный металлический блеск. По сравнению с s-металлами их прочность в целом значительно выше. В частности, для них характерны свойства: высокий предел прочности на разрыв; тягучесть; ковкость (их можно расплющить ударами в листы).

d-элементы и их соединения обладают рядом характерных свойств: переменные состояния окисления; способность к образованию комплексных ионов; образование окрашенных соединений.

d-элементы характеризуются также более высокой плотностью по сравнению с другими металлами. Это объясняется сравнительно малыми радиусами их атомов. Атомные радиусы этих металлов мало изменяются в этом ряду.

d-элементы — хорошие проводники электрического тока, особенно те из них, в атомах которых имеется только один внешний s-электрон сверх полузаполненной или заполненной d-оболочки. Например, медь.

Химические свойства. Электроотрицательность и энергии ионизации металлов первого переходного ряда возрастают в направлении от хрома к цинку. Это означает, что металлические свойства элементов первого переходного ряда постепенно ослабевают в указанном направлении. Такое изменение их свойств проявляется и в последовательном возрастании окислительно-восстановительных потенциалов с переходом от отрицательных к положительным значениям.

Хром — твердый голубовато-белый металл. При высоких температурах горит в кислороде с образованием Сr2О3, реагирует с парами воды

2Сr + 3Н2O D Сr2О3 + 3Н2#

и с галогенами, образуя галогениды состава СrГ3. Хром (так же, как алюминий) пассивируется холодными концентрированными Н24 и НNО3. Однако при сильном нагревании эти кислоты растворяют хром:

2Сr + 6Н24(конц) = Сr2(SО4)3 + 3SО2↑ + 6Н2О,

Сr + 6НNО3(конц) = Сr(NО3)3 + 3NO2↑ + 3Н2О.

При обычной температуре хром растворяется в разбавленных кислотах (НСl, Н24) с выделением водорода, образуя соли Сr2+. Обрабатывая их растворы щелочами, получают желтый осадок гидроксида хрома (II):

СrСl2 + 2 NaОН = Сr(ОН)2↓ + 2 NaСl.

Соли Cr3+ сходны с аналогичными солями алюминия. При действии щелочей на соли Сr3+ выпадает студнеобразный осадок гидроксида хрома (III) зеленого цвета:

Сr2(SО4)3 + 6 NaОН = 2 Сr(ОН)3↓ + 3 Na24,

обладающий амфотерными свойствами. Он растворяется как в кислотах с образованием солей хрома (III)

2 Сr(ОН)3 + 3 Н24 = Сr2(SО4)3 + 6 Н2О,

так и в щелочах с образованием комплексной соли

Сr(ОН)3 + 3КОН = К3[Cr(ОН)6].

Наиболее важными соединениями хрома в высшей степени окисления +6 хромат калия К2СrО4 и дихромат калия К2Сr2О7.

В кислой среде ион CrO42- превращается в ион Сr2О72- . В щелочной среде эта реакция протекает в обратном направлении:

Железо

На воздухе в присутствии влаги ржавеет:

4Fе + 3O2 + 6Н2О = 4Fе(ОН)3.

С галогенами оно образует галогениды железа (III)

2Fе + 3Вr2 = 2FеВr3,

а взаимодействуя с соляной и разбавленной серной кислотами соли железа(II), так как катион водорода Н+ является слабым окислителем:

Fе + Н24 = FеSО4 + Н2↑.

Концентрированные (НNО3, Н24) пассивируют железо на холоде, однако растворяют его при нагревании:

2Fе + 6Н24(конц) = Fе2(SО4)3 + 3SО2↑ + 6Н2О,

Fе + 6НNО3(конц) = Fе(NО3)3 + 3NО2↑ + 3Н2О.

Медь – довольно мягкий металл красно-желтого цвета, обладающий наименьшей активностью среди рассмотренных выше переходных металлов, которые вытесняют ее из растворов солей. Медь не реагирует с соляной и разбавленной серной кислотами и растворяется только в кислотах – окислителях:

Сu + 2 Н24(конц) = СuSО4 + SО2↑ + 2 Н2О,

Сu + 4 НNO3(конц) = Сu(NО3)2 + 2 NО2↑ + 2 Н2О,

3 Cu + 8 НNО3(разб) = 3 Сu(NO3)2 + 2 NO↑ + 4 Н2О.

Известны соединения меди со степенями окисления +1 и +2, из которых +2 более устойчива.

Ионы Сu2+ в водном растворе существуют в виде комплексов гексааквамеди (II) [Сu(Н2О)6]2+, придающих раствору сине-голубую окраску.

Основная соль меди – медный купорос CuSO4.5H2O голубого цвета, но при прокаливании теряет воду и становится белого цвета, т.е. окраску раствору придает комплексный ион. Более точное строение медного купороса [Cu(H2O)4]SO4 H2O.

Цинк амфотерный металл. Валентные электроны атома цинка 4s23d10. Так как все d-орбитали у цинка заполнены электронами, все его соли бесцветны. Это объясняется теорией кристаллического поля лигандов. В соединениях проявляет только одну степень окисления +2.

Взаимодействует с кислотами:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2#

Zn + H2SO4(разб) = ZnSO4 + H2#

Zn + 2H2SO4(конц) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

4Zn+10HNO3(разб)=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O.

Zn + 4HNO3(конц) = Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Взаимодействует со щелочами: реагирует с растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов, при сплавлении образует цинкаты:

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2#

Zn + 2KOH = K2ZnO2 + H2#


1.2.4. Общая характеристика неметаллов IVА – VIIА групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностями строения их атомов

Неметаллы – это химические элементы, для атомов которых характерна способность, принимать электроны до завершения внешнего слоя благодаря наличию, как правило, на внешнем электронном слое 4-х и более электронов и малому радиусу атомов по сравнению с атомами металлов (по периоду слева направо атомные радиусы уменьшаются).

Все элементы-неметаллы (кроме водорода) занимают в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева верхний правый угол, образуя треугольник, вершиной которого является фтор F, а основанием диагонали B-At.

Период IIIA IVA VA VIA VIIA
B C N O F
  Si Р S Cl
    As Se Br
      Te I
        At

Неметаллов всего 22: к 15 представленных в таблице еще относятся водород (Н) и 6 инертных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe и Rn).

Для неметаллов характерны высокие значения электроотрицательности, она изменяется в пределах от 2 до 4. неметаллы – это элементы главных подгрупп, преимущественно p-элементы, исключение составляет водород – s-элемент.

У атомов неметаллов преобладают окислительные свойства, то есть способность присоединять электроны. В соответствии с численными значениями относительных электроотрицательностей окислительные способности неметаллов увеличиваются в следующем порядке:

Все неметаллы, кроме фтора, проявляют восстановительные свойства (способность отдавать электроны). Причем эти свойства постепенно возрастают от кислорода к кремнию:





Дата публикования: 2015-10-09; Прочитано: 3138 | Нарушение авторского права страницы | Заказать написание работы



studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.004 с)...Наверх