Все d элементы являются металлами
К d-элементам относят те элементы, атомы которых содержат валентные электроны на (n – 1)d ns-уровнях и составляют побочные (IIIВ–VIIВ, IВ, IIВ) подгруппы, занимая промежуточное положение между типичными s-металлами (IА, IIА) и p-элементами. Из 109 элементов периодической системы 37 относятся к d-элементам; из них последние 7 радиоактивны и входят в незавершенный седьмой период. Электронное строение атомов d-элементов определяет их химические свойства. 3d-Элементы по химическим свойствам существенно отличаются от 4d- и 5d-элементов. При этом элементы IVВ–VIIВ подгрупп очень схожи по многим химическим свойствам. Это сходство обусловлено лантаноидным сжатием , которое из-за монотонного уменьшения радиусов при заполнении 4f-орбиталей приводит к практическому совпадению радиусов циркония и гафния, ниобия и тантала, молибдена и вольфрама, технеция и рения. Элементы этих пар очень близки по физическим и особенно по химическим свойствам; первые шесть элементов встречаются в одних рудных месторождениях, трудно разделяются; их иногда называют элементами-близнецами. d -Элементы обладают некоторыми особенностями по сравнению с элементами главных подгрупп.
1. У d-элементов лишь небольшая часть валентных электронов делокализована по всему кристаллу (тогда как у щелочных и щелочноземельных металлов валентные электроны полностью отданы в коллективное пользование). Остальные d-электроны участвуют в образовании направленных ковалентных связей между соседними атомами. Таким образом, эти элементы в кристаллическом состоянии обладают не чисто металлической связью, а ковалентно-металлической. Поэтому все они твердые(кроме Hg) и тугоплавкие (за исключением Zn, Cd) металлы
2. Вследствие незаполненности d-оболочек и наличия близких по энергии незаполненныхns- и np-уровней, d-элементы склонны к комплексообразованию; их комплексные соединения, как правило, окрашены и парамагнитны.
3. d-Элементы чаще, чем элементы главных подгрупп, образуют соединения переменного состава (оксиды, гидриды, карбиды, силициды, нитриды, бориды). Кроме того, они образуют сплавы между собой и с другими металлами, а также интерметаллические соединения.
4. Для d-элементов характерен большой набор валентных состояний (табл. 8.10) и, как следствие этого, изменение кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств в широких пределах.
Поскольку часть валентных электронов находится на s-орбиталях, то проявляемые ими низшие степени окисления как правило равны двум. Исключение составляют элементы, ионы которых Э +3 и Э + имеют устойчивые конфигурации d 0, d 5 и d 10: Sc 3+, Fe 3+, Cr +, Cu +, Ag +, Au +.
Соединения, в которых d-элементы находятся в низшей степени окисления, образуют кристаллы ионного типа, в химических реакциях проявляют основные свойства и являются, как правило, восстановителями.
Устойчивость соединений, в которых d-элементы находятся в высшей степени окисления (равной номеру группы),увеличивается в пределах каждого переходного ряда слева направо, достигая максимума для 3d-элементов у Mn, а во втором и третьем переходных рядах – у Ru и Os соответственно. В пределах одной подгруппы стабильность соединений высшей степени окисления уменьшается в ряду 5d > 4d > 3d, о чем свидетельствует характер изменения энергии Гиббса
5. Сходство d-элементов с элементами главных подгрупп Э(0) в полной мере проявляется у элементов третьей группы ns 2np 1 и (n – 1)d 1ns 2. С возрастанием номера группы оно уменьшается; элементы VIIIА подгруппы – газы, VIIIВ – металлы. В первой группе снова появляется отдаленное сходство (все элементы – металлы), а элементы IВ подгруппы – хорошие проводники; это сходство усиливается во второй группе, так как d-элементы Zn, Cd и Hg не участвуют в образовании химической связи.
6. d-элементы IIIВ–VIIВ подгрупп в высших степенях окисления по свойствам подобны соответствующим p-элементам. Так, в высших степенях окисления Mn (VII) и Cl (VII) являются электронными аналогами. Подобие электронных конфигураций (s 2p 6) приводит к подобию свойств соединений семивалентных марганца и хлора.
7. Как известно, восстановительная способность металла определяется не только его энергией ионизации (М – ne – → Мn +; +∆H иониз), но и энтальпией гидратации образовавшегося катиона (Мn + + mH 2O → Мn +·mH 2O; –∆H гидр). Энергии ионизации d-элементов в сравнении с другими металлами велики, но они компенсируются большими энтальпиями гидратации их ионов. Вследствие этого электродные потенциалы большинстваd-элементов отрицательны.
В периоде с ростом Z восстановительные свойства металлов уменьшаются, достигая минимума у элементов IВ группы. Тяжелые металлы VIIIВ и IВ групп за свою инертность нПоскольку для d-элементов в пределах подгруппы устойчивость высших степеней окисления сверху вниз растет, то окислительные свойства соединений высшей степени окисления резко падают. Так, соединения хрома (VI) (CrO 3, K 2CrO 4, K 2Cr 2O 7) и марганца(VII) (Mn 2O 7, KMnO 4) – сильные окислители, а WO 3, Re 2O 7 и соли соответствующих им кислот (H 2WO 4, HReO 4) восстанавливаются с трудом.названы благородными.
8. На кислотно-основные свойства гидроксидов d-элементов влияют те же факторы (величина ионного радиуса и заряд иона), что и на гидроксиды p-элементов.
Гидроксиды низших степеней окисления d-элементов обычно проявляют основные свойства, а отвечающие высшим степеням окисления – кислотные. В промежуточных степенях окисления гидроксиды амфотерны. Особенно отчетливо изменение кислотно-основных свойств гидроксидов при изменении степени окисления проявляется в соединенинях марганца
9. Отличительной особенностью переходных элементов является образование фаз переменного состава. Это, во-первых, твердые растворы внедрения и замещения и, во-вторых, соединения переменного состава. Твердые растворы образуются элементами с близкими электроотрицательностями, атомными радиусами и одинаковыми кристаллическими решетками. Чем больше отличаются элементы по своей природе, тем менее они растворяются друг в друге и тем более склонны к образованию химических соединений. Такие соединения могут иметь как постоянный, так и переменный состав. В отличие от твердых растворов, в которых сохраняется решетка одного из компонентов, для соединений характерно образование новой решетки и новых химических связей. Другими словами, к химическим соединениям относят лишь те фазы переменного состава, которые резко отличаются по строению и свойствам от исходных.
Лекция 15. Общая характеристика d-элементов периодической системы Д.И. Менделеева (2 часа)
1. Особенности d-элементов по сравнению с элементами главных подгрупп.
2. Элементы подгруппы марганца.
3. Элементы подгруппы хрома.
4. Макро- и микроэлементы в земледелии.
15.1 Особенности d-элементов по сравнению с элементами главных подгрупп.
Всего известно 35 d-элементов, из них 30 есть в земной коре, а 5 искусственные и радиоактивные. Все эти элементы называют переходными металлами
d-элементы расположены в периодической системе в больших периодах между s- и p-элементами. Характерной особенностью переходных элементов является то, что в их атомах заполняются орбитали не внешнего слоя, а предвнешнего слоя. У d-элементов валентными являются энергетически близкие девять орбиталей – одна ns-орбиталь, три np-орбитали и пять (n-1) d-орбиталей.
Во внешнем слое у атомов d-элементов находятся 1 – 2 электрона. Остальные валентные электроны расположены в (n-1) d-состоянии, т. е. в предвнешнем слое.
Подобное строение электронных оболочек атомов определяет ряд общих свойств d-элементов:
1. все d-элементы – металлы, отличающиеся от s-металлов меньшей восстановительной способностью и иногда химической инертностью;
2. для большинства d-элементов характерно проявление нескольких степеней окисления, сравнимых по термодинамической устойчивости в обычных условиях. Это значит, что для них характерно большое число окислительно-восстановительных реакций;
3. многие d-элементы в высших степенях окисления проявляют кислотные свойства, в промежуточных амфотерные, а в низших основные;
4. d-элементы способны образовывать разнообразные комплексные соединения;
5. в отличие от соединений s-металлов большинство соединения d-элементов имеют характерные окраски.
15.2 Элементы подгруппы марганца.
В состав этой подгруппы входят марганец Mn, технеций Tc и рений Re.
Валентные орбитали ns 2 (n-1)d 5
Оксид и гидроксид марганца(II) - MnO (серо-зеленые кристаллы) и Mn(OH)2 (осадок телесного цвета) обладают основными свойствами. Оксид марганца (III) Mn2O3 (бурые кристаллы) тоже основной. Ему соответствует гидроксид Mn(OH)3 (черно-коричневого цвета).
Оксид и гидроксид марганца(IV) – MnO2 (черные кристаллы) и Mn(OH)4 – амфотерны, со слабо выраженными основными и кислотными свойствами.
Оксид марганца (VI) MnO3 и, соответствующая ему марганцовистая кислота H2MnO4, в свободном состоянии не получены. Соли этой кислоты (манганаты) в водных раствора окрашены в зеленый цвет.
Mn2O7 (зеленовато-бурая маслянистая жидкость) и HMnO4 (известна только в водных растворах и относится к сильным кислотам) это кислотные соединения. Ангидрид, кислота и ее соли пермаганаты - сильные окислители. Соединения марганца(IV) проявляют окислительно-восстановительную двойственность, а соединения марганца(II) – восстановители.
Элементы подгуппы марганца образуют комплексные соединения: K2[Mn(OH)6], Na2[ReF8], [Mn2(CO)10].
Марганец входит в состав многих металлоферментов растений и животных, без которых не может работать цикл Кребса. Это один из важнейших биохимических циклов любой живой клетки, вырабатывающий энергию и запасащий её в аденозинтрифосфате (АТФ). В качестве марганцевого микроудобрения используют MnSO4 ×H2O.
15.3 Элементы подгруппы хрома.
Шестую побочную подгруппу образуют металлы: хром Cr, молибден Mo, вольфрам W. Валентные орбитали ns 1 (n-1)d 5 .
Степени окисления у хрома +2, +3, +6, 0.
В степени окисления +2 хром образует CrO и Cr(OH)2 основного характера, крайне неустойчивые соединения – сильные восстановители. Самая устойчивая степень окисления для хрома +3. Оксид хрома Cr2O3 и гидроксид Cr(OH)3 – амфотерны. Эти соединения под действием сильных окислителей проявляют восстановительные свойства.
Соединения хрома(VI) – CrO3 и его гидратные формы H2Cr2O7 – дихромовая кислота и H2CrO4 - хромовая кислота проявляют кислотные свойства. Обе кислоты существуют в водном растворе и, при попытке выделить их из раствора, распадаются на хромовый ангидрид и воду. Устойчивы их соли – дихроматы и хроматы. Хроматы устойчивы в щелочной, а дихроматы в кислой среде.
Соединения хрома(VI) являются сильными окислителями.
Для молибдена и вольфрама наиболее характерна степень окисления +6, поэтому их соединения устойчивы, проявляют кислотные свойства (менее выраженные по сравнению с соединениями хрома) и не проявляют окислительных свойств.
Для хрома, молибдена и вольфрама характерно образование комплексных соединений: K3[Сr(OH)6], [Cr(H2O)6]Cl3, H2[WF8], K2[MoCl8] и т.д.
Как микроэлемент хром изучен недостаточно, но его биогенная роль не вызывает сомнений. Он входит в состав некоторых ферментов, осуществляющих окислительно-восстановительные реакции в клетках. Хром входит в состав пепсина, расщепляющего белки в пищеварительном тракте животных, участвуют в регуляции усвоения глюкозы тканями животных.
15.4 Макро- и микроэлементы в земледелии.
Макроэлементы это биогенные элементы, необходимые для нормального функционирования клетки. К ним относятся O, H, N, C. Фосфор и калий не входят в их число, но играют очень важную роль в нормальной жизнедеятельности растительных и животных организмов. Азотные, калийные и фосфорные удобрения необходимо вносить в почву центнерами на гектар, так как азот, фосфор и калий это не восполняемые элементы и то количество, которое есть в природе, не может удовлетворить потребности сельского хозяйства. Кислород, водород, углерод, азот, фосфор и калий получили названия макроэлементов, поскольку они в больших количествах входят в состав живых организмов, а удобрения, в которые они входят, получили названия макроудобрений.
Металлы, которые необходимы для всех живых организмов и содержание которых не превышает 10 -5 %, называют микроэлементами. К микроэлементам относят Mn, Co, Ni, Zn, Mo и в меньшей мере V и Cr. К микроэлементам относится бор.
Металлы-микроэлементы должны обладать определенными свойствами: они должны быть достаточно распространенными и достаточно рассеянными, т.е. быть доступными для усвоения из почв; они должны обладать изменчивостью химических свойств т.е. образовывать комплексы с различными лигандами, иметь различные степени окисления и легко переходить из одной степени окисления в другую. Этими свойствами в полной мере обладают d-элементы. Эти свойства позволяют микроэлементам активизировать ферменты. Микроэлементы подходят к ферментам как ключ к замку. Они комплементарныферментам.
Микроэлементы входят в состав микроудобрений (соли d-элементов), которые вносят в почву килограммами на гектар. Например: кобальт вносят в почву в виде соли CoSO4 ×7H2O и CoCl2 ×6H2O; медь в виде CuSO4 ×5H2O; цинк в виде ZnSO4 ×7H2O; молибден в виде раствора молибдата аммония (NH4)2MoO4.
Роль кобальта: образует каталитически активные центры многих ферментов, необходимые для синтеза ДНК и метаболизма аминокислот.
Роль никеля: стимулирует синтез аминокислот в клетке, ускоряет регенерацию белков плазмы крови, нормализует содержание гемоглобина у больных.
Роль меди: медь входит в состав голубых белков, которые являются переносчиками и хранителями запасов молекулярного кислорода. В растительных организмах усиливает фотосинтез и углеводный обмен.
Роль цинка: известно более ста цинксодержащих ферментов, без которых не возможен гидролиз белков, полисахаридов, липидов, эфиров фосфорной кислоты, АТФ и других биологически важных органических веществ любой клетки.
Молибден – один из важнейших микроэлементов. Он входит во многие ферменты, осуществляющие окислительно-восстановительные превращения в клетке. При недостатке молибдена в почве растения не плодоносят и погибают в результате разнообразных заболеваний.
Лекция 16. Предмет аналитической химии. Качественный и количественный анализ. Аналитический сигнал. Химические, физические и физико-химические методы анализа(самостоятельно)
1. Предмет аналитической химии. Качественный и количественный анализ.
2. Аналитический сигнал. Методы анализа в аналитической химии (химические, физические и физико-химические).
D-Металлы I группы
d-Элементы входят в состав побочных подгрупп. В отличие от главных подгрупп при движении в побочных подгруппах сверху вниз восстановительная активность уменьшается. У элементов данных подгрупп на последнем энергетическом уровне находятся один или два электрона, поэтому эти элементы относятся к металлам. Большинство из них являются основными конструкционными металлами. У f-элементов происходит заполнение f-подуровня.
Участие d-подуровня в образовании химических связей приводит к появлению дополнительных валентностей и соответственно к многообразию химических соединений, образуемых данными металлами. Устойчивость большинства валентных возможностей данных элементов определяется возможностью образования энергетически выгодных электронных конфигураций – наполовину или полностью заполненных s-, р-, d- и f-подуровней. Большинство переходных металлов и их соединений характеризуются определенной окраской. Данные металлы образуют большое количество комплексных соединений.
К d-металлам I группы относятся: медь (Сu), серебро (Аg) и золото (Аu). Электронная конфигурация валентной зоны данных элементов имеет вид
(n-1)d 10 ns 1 . Теоретически рассматриваемые элементы должны проявлять степень окисления +1, но участие в образовании связей двух d-электронов повышает их степень окисления до +3. Наиболее устойчивые степени окисления для меди +2, серебра +1, а золота +3.
Медь – вязкий металл светло-розового цвета, легко прокатываемый в тонкие листы. Медь хорошо проводит теплоту и электрический ток, уступая в этом отношении только серебру. Чистые металлы являются очень мягкими и пластичными, поэтому на практике используются в виде сплавов. Важными сплавами меди являются латунь (сплав меди с цинком) и бронза (оловянная, алюминиевая, кремниевая и другие). Некоторые специальные латуни и медноникелевые сплавы (мельхиор и нейзильбер) устойчивы к коррозии в морской воде. Серебро используется в виде сплава с медью, а золото – в сплавах с серебром или медью.
Золото, в сравнении с медью и серебром, характеризуется аномально высокой плотностью 19,3 г/см 3 , которая примерно в два раза выше плотности меди и серебра. Такая особенность присуща всем металлам, расположенным в периодической таблице после лантаноидов, и является следствием так называемого «лантаноидного сжатия».
Медь – химически стойкий металл, но в присутствии влаги и углекислого газа покрывается зеленым налетом (СuОН)2СО3. Серебро и золото на воздухе не окисляются.
В ряду напряжений медь, серебро и золото стоят после водорода и не
восстанавливают водород из соляной и разбавленной серной кислот. Однако в присутствии кислорода медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей двухвалентной меди:
В азотной кислоте и концентрированной серной медь и серебро растворяются:
Золото в данных условиях не растворяется, а растворяется только в смеси азотной и соляной кислот (1:3).
Медь, серебро и золото в присутствии кислорода растворяются в щелочных растворах цианидов. Например,
Особенностью d-металлов, в том числе меди, серебра и золота, является их способность к образованию комплексных соединений:
Серебро легко взаимодействует с сероводородом и другими соединениями серы с образованием на поверхности черного сульфида Аg2S.
Важнейшие соединения данных металлов следующие:
CuSO4 – сульфат меди (II). В безводном состоянии белый порошок. При поглощении воды синеет. Водный раствор имеет сине-голубой цвет, вследствие гидратации ионов меди. При кристаллизации образуются синие кристаллы медного купороса CuSO4·5Н2О;
(CuОН)2СО3 – карбонат гидроксомеди(II). Встречается в природе в виде минерала малахита. Все соединения меди ядовиты, поэтому посуду из меди лудят, т.е. покрывают оловом. Медь принадлежит к числу микроэлементов.
АgNО3 – нитрат серебра, называемый ляписом. Применяется в гальванотехнике и медицине. Ионы серебра обладают бактерицидными свойствами.
Золотая кислота Аu(ОН)3 (Н3АuО3) и другие соединения золота легко
Общая характеристика d-элементов
Понятие переходный элемент обычно используется для обозначения любого элемента с валентными d- или f-электронами. Эти элементы занимают в периодической таблице переходное положение между электроположительными s-элементами и электроотрицательными p-элементами.
d-Элементы принято называть главными переходными элементами. Их атомы характеризуются внутренней застройкой d-подоболочек. Дело в том, что s-орбиталь их внешней оболочки обычно заполнена уже до того, как начинается заполнение d-орбиталей в предшествующей электронной оболочке. Это означает, что каждый новый электрон, добавляемый в электронную оболочку очередного d-элемента, в соответствии с принципом заполнения, попадает не на внешнюю оболочку, а на предшествующую ей внутреннюю подоболочку. Химические свойства этих элементов определяются участием в реакциях электронов обеих указанных оболочек.
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. Орбиталь 4s заполняется раньше, чем орбиталь 3d, потому что имеет меньшую энергию (правило Клечковского).
Следует, однако, отметить существование двух аномалий. Хром и медь имеют на своих 4s-орбиталях всего по одному электрону. Дело в том, что полузаполненные или полностью заполненные подоболочки обладают большей устойчивостью, чем частично заполненные подоболочки.
В атоме хрома на каждой из пяти 3d-орбиталей, образующих 3d-подоболочку, имеется по одному электрону. Такая подоболочка является полузаполненной. В атоме меди на каждой из пяти 3d-орбиталей находится по паре электронов. Аналогичная аномалия наблюдается у серебра.
Все d-элементы являются металлами.
Характерные степени окисления d элементов:
Хром находится в 4-м периоде, в VI группе, в побочной подгруппе. Это металл средней активности. В своих соединениях хром проявляет степени окисления +2, +3 и +6. CrO — типичный основный оксид, Cr 2 O 3 — амфотерный оксид, CrO 3 — типичный кислотный оксид со свойствами сильного окислителя, т. е. рост степени окисления сопровождается усилением кислотных свойств.
Железо
Железо находится в 4-м периоде, в VIII группе, в побочной подгруппе. Железо — металл средней активности, в своих соединениях проявляет наиболее характерные степени окисления +2 и +3. Известны также соединения железа, в которых оно проявляет степень окисления +6, которые являются сильными окислителями. FeO проявляет основные, а Fe 2 O 3 — амфотерные с преобладанием основных свойств.
Медь находится в 4-м периоде, в I группе, в побочной подгруппе. Ее наиболее устойчивые степени окисления +2 и +1. В ряду напряжений металлов медь находится после водорода, ее химическая активность не очень велика. Оксиды меди: Cu2O CuO. Последний и гидроксид меди Cu(OH)2 проявляют амфотерные свойства с преобладанием основных.
Цинк находится в 4-м периоде, во II-группе, в побочной подгруппе. Цинк относится к металлам средней активности, в своих соединениях проявляет единственную степень окисления +2. Оксид и гидроксид цинка являются амфотерными.
Химия d-, f-элементов
Видеоурок посвящён изучению d-, f-элементов, положению элементов в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, особенностям строения атомов и их свойствам.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Химия d-, f-элементов"
Первым дэ-элементом является скандий, он расположен в четвёртом периоде, третьей бэ группы.
Валентными электронами у скандия являются электроны предвнешнего дэ-подуровня и внешнего эс-подуровня.
Следующие за скандием девять химических элементов также относятся к дэ–элементам, в атомах которых происходит заполнение три-дэ-подуровня.
Дэ-элементы расположены в побочных подгруппах, которые начинаются с четвёртого периода, их называют переходными элементами, к эф-элементам относятся лантаноиды и актиноиды, они вынесены отдельно и расположены внизу периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева. Лантаноиды находятся вместе с лантаном в шестом периоде в третьей бэ группе, а актиноиды в седьмом периоде третьей бэ группы.
Как было сказано, третья B группа начинается скандием, у которого один электрон на три-дэ-орбитале, у иттрия, лантана и актиния также по одному электрону на дэ-орбитале, так как это элементы третьей бэ группы, и максимальная степень окисления их в соединениях равна плюс трём.
Кроме степени окисления плюс три, для них характерна и степень окисления плюс два.
Лантаноиды – элементы третьей бэ группы, они расположены в шестом периоде, у них начинается заполнение четвёртого-эф-подуровня. Актиноиды – это элементы седьмого периода третьей бэ группы, у них идёт заполнение пятого-эф-подуровня. Они представляют собой радиоактивные элементы, не имеющие стабильных нуклидов. Актиноиды – это редкие элементы.
У элементов четвёртой B группы появляется второй электрон на дэ-подуровне.
К этим элементам относятся: титан, цирконий, гафний. Для этих элементов в соединениях характерны степени окисления: плюс два, плюс три и плюс четыре.
К пятой B группе относятся ванадий, ниобий, тантал.
У них на дэ-подуровне появляется третий электрон, поэтому для них характерны такие степени окисления, как плюс два, плюс три, плюс четыре, плюс пять.
К элементам шестой B группы относятся хром, молибдэн, вольфрам.
У них на дэ-подуровне должно быть по четыре электрона, но у хрома и молибдэна наблюдается такое явление, как «проскок электрона», потому что энергетически более выгодно, когда орбитали наполовину или полностью заполнены. Именно поэтому, у хрома и молибдэна по пять электронов на дэ-подуровне. Для этих элементов возможны степени окисления: плюс два, плюс три, плюс шесть.
Марганец, технеций, рений являются элементами седьмой B группы.
Из них наиболее распространён марганец, а технеций и рений являются редкими элементами. У них на дэ-подуровне по пять электронов, поэтому для них возможны степени окисления: плюс два, плюс три, плюс четыре, плюс шесть, плюс семь.
Восьмая B группа состоит из триады железа – железа, кобальта, никеля и все последующие триады – это платиновые металлы.
На дэ-подуровне у этих элементов от 6 до 8 электронов, поэтому в соединениях для них возможны следующие степени окисления: плюс два, плюс три, плюс четыре, плюс шесть, плюс восемь.
Свойства железа, кобальта и никеля будут очень похожи, а также схожи свойства и у платиновых металлов. Для никеля наиболее характерна степень окисления плюс два, плюс три – для железа и кобальта, плюс четыре – для платины, плюс шесть – для родия и иридия, а плюс восемь – только для осмия.
У элементов первой B группы появляется ещё один электрон.
К этим элементам относятся: медь, серебро, золото. Для элементов этой группы возможны степени окисления плюс один, плюс два, плюс три.
У элементов второй B группы дэ-подуровень полностью заполнен.
Это такие элементы, как цинк, кадмий, ртуть. Для них возможны степени окисления плюс один и плюс два.
Среди дэ-элементов наиболее распространённым является железо, он занимает четвёртое место после кислорода, кремния и алюминия.
Среди соединений железа наиболее распространены магнетит, или магнитный железняк, гематит, или кровавник, лимонит, пирротин, пирит, сидерит.
Широко распространён такой металл, как титан. Известно около семидесяти минералов титана, к наиболее распространённым относятся ильменит, или титанистый железняк, рутил, анатаз.
Содержание марганца в земной коре составляет одну десятую процента по массе. К наиболее распространённым соединениям марганца относятся: пиролюзит, марганцевая обманка, марганцевый колчедан, родохрозит, или малиновый шпат.
У хрома тоже есть свои минералы. Например, хромистый железняк, или хромит и другие.
У цинка наиболее распространённым соединением является цинковая обманка, или сфалерит. Медь встречается как в самородном состоянии, так и в виде соединений. Таких как медный колчедан, халькозин, или медный блеск.
Наиболее распространёнными соединениями кобальта являются каролит, линнеит, кобальтин.
У молибдэна известно около двадцати минералов, наиболее известные это: молибдэнит, повеллит и др.
А вот вольфрамовые минералы обычно вкраплены в гранитные породы и содержание вольфрама там от одного до двух прооцентов.
Элементы, которые не способны концентрироваться в земной коре и которые не образуют собственных минералов, называются рассеянными. К ним относятся гафний, рений, кадмий, лантаноиды.
Ртуть встречается в природе в большинстве сульфидных минералов. Наибольшее промышленное значение имеет киноварь.
Серебро, как и золото, в основном встречаются в самородном состоянии.
Платиновые металлы встречаются в природе в рассеянном состоянии. Платина, иридий, палладий встречаются как в самородном состоянии, так и в составе интэрметаллидов.
Самым редким дэ-элементом на Земле является технеций, он встречается в урановых рудах.
Если сравнивать физические свойства дэ-элементов, то можно заметить следующую закономерность: по периоду слева направо от скандия до хрома температура плавления увеличивается, у марганца температура плавления понижается, и в ряду от марганца до цинка идёт последовательное уменьшение температуры плавления.
По группе сверху вниз также увеличиваются температуры плавления, самым тугоплавким металлом, как известно, является вольфрам.
Плотность от скандия к ванадию увеличиваются, вниз по группе сверху вниз плотность также увеличивается, тяжелыми являются вольфрам, золото, платина, а самым тяжёлым является осмий.
В образовании химической связи могут участвовать электроны эс, пэ, дэ-орбиталей. Но на внешнем энергетическом уровне небольшое число электронов, поэтому в химических реакциях они отдают электроны. Таким образом, все дэ-элементы являются металлами.
Изменение физических свойств d-элементов
Из-за большого числа валентных электронов все дэ-элементы проявляют переменные степени окисления. В отличие от элементов главных подгрупп, устойчивость соединений дэ-элементов в высшей степени окисления возрастает вниз по группе. В отличие от эс- и пэ-элементов для дэ–элементов характерен более широкий набор степеней окисления их атомов в соединениях.
Например, для скандия: плюс три, для титана – плюс три и плюс четыре, для ванадия – плюс два, плюс три, плюс четыре и плюс пять, для хрома – плюс два, плюс три и плюс шесть, для марганца – плюс два, плюс три, плюс четыре, плюс шесть и плюс семь, для железа – плюс два, плюс три, плюс шесть, для кобальта – плюс два и плюс три, для никеля – плюс два, плюс три, для меди – плюс один, плюс два, для цинка – плюс два.
У каждого дэ-металла есть соединения с различными кислотно-основными свойствами. Например, соединения хрома в степени окисления плюс два проявляют основные свойства, в степени окисления плюс три – амфотэрные, а в степени окисления плюс шесть – кислотные.
Так как у дэ-элементов идёт заполнение предвнешних орбиталей, то это приводит к близости химических свойств у ряда элементов, их ещё называют элементами-близнецами. Это от циркония до гафния, от ниобия до тантала, от молибдэна до вольфрама.
Ещё большее сходство обнаруживается у эф-элементов – лантаноидов и актиноидов.
Таким образом, к дэ-элементам относятся 32 элемента периодической системы от четвёртого до седьмого периодов. В третьей-бэ-группе у атомов появляется первый электрон на дэ-орбитали, в последующих бэ-группах дэ-подуровень заполняется до 10 электронов.
С увеличением порядкового номера свойства дэ-элементов изменяются незначительно. У дэ-элементов медленно происходит возрастание атомного радиуса, также они имеют переменную валентность, связанную с незавершенностью предвнешнего дэ-электронного подуровня.
В низших степенях окисления дэ-элементы обнаруживают металлические свойства, при увеличении порядкового номера в бэ группах они уменьшаются.
В растворах дэ-элементы с высшей степенью окисления обнаруживают кислотные и окислительные свойства, при низших степенях окисления – наоборот. Элементы с промежуточной степенью окисления проявляют амфотэрные свойства.
У химических элементов бэ-групп валентными являются электроны как внешнего, так и предвнешнего и даже третьего снаружи уровня, как у эф-элементов. Если у атомов эс-, пэ-элементов увеличение на единицу заряда ядра приводит к добавлению одного электрона на внешний энергетический уровень, то в атомах элементов бэ-групп электроны добавляются не на внешний уровень, а на предвнешний или третий снаружи уровень.
Читайте также: