Переходные металлы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Перехо́дные мета́ллы (перехо́дные элеме́нты) — элементы побочных подгрупп Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, в атомах которых появляются электроны на d- и f-орбиталях.[1] В общем виде электронное строение переходных элементов можно представить следующим образом: ~(n-1)d^{x}ns^{y}. На ns-орбитали содержится один или два электрона, остальные валентные электроны находятся на ~(n-1)d-орбитали. Поскольку число валентных электронов заметно меньше числа орбиталей, то простые вещества, образованные переходными элементами, являются металлами.

Таблица переходных металлов
Группа
Период
III IV V VI VII VIII I II
4 21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
5 39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
6 * 72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
7 ** 104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Cn
Лантаноиды * 57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
Актиноиды ** 89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr


Общая характеристика переходных элементов[править | править вики-текст]

Все переходные элементы имеют следующие общие свойства:[2]

Формула соединения Характер соединения
Mn(OH)2 Основание средней силы
Mn(OH)3 Слабое основание
Mn(OH)4 Амфотерный гидроксид
H2MnO4 Сильная кислота
HMnO4 Очень сильная кислота
  • Для всех переходных элементов характерно образование комплексных соединений.

Подгруппа меди[править | править вики-текст]

Подгруппа меди, или побочная подгруппа I группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, включает в себя элементы: медь Cu, серебро Ag и золото Au.

Свойства металлов подгруппы меди[3]

Атомный
номер
Название,
символ
Электронная
конфигурация
Степени
окисления
p,
г/см³
tпл,
°C
tкип,
°C
29 Медь Cu [Ar] 3d104s1 0, +1, +2 8,96[4][5] 1083[4][5] 2543[4][5]
47 Серебро Ag [Kr] 4d105s1 0, +1, +3 10,5[6] 960,8[6] 2167[6]
79 Золото Au [Xe] 4f145d106s1 0, +1, +3 19,3[7] 1063,4[7] 2880[7]

Для всех металлов характерны высокие значения плотности, температур плавления и кипения, высокая тепло- и электропроводность.[8]

Особенностью элементов подгруппы меди является наличие заполненного предвнешнего ~(n-1)d-подуровня, достигаемое за счёт перескока электрона с ns-подуровня. Причина такого явления заключается в высокой устойчивости полностью заполненного d-подуровня. Эта особенность обусловливает химическую инертность простых веществ, их химическую неактивность, поэтому золото и серебро называют благородными металлами.[9]

Медь[править | править вики-текст]

Металлическая медь в стеклянной пробирке

Медь представляет собой довольно мягкий металл красно-жёлтого цвета[10]. В электрохимическом ряду напряжений металлов она стоит правее водорода, поэтому растворяется только в кислотах-окислителяхазотной кислоте любой концентрации и в концентрированной серной кислоте):

\mathrm{Cu + 2H_2SO_4 \longrightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O}
\mathrm{Cu + 4HNO_3 \longrightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O}
\mathrm{3Cu + 8HNO_3 \longrightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O}

В отличие от серебра и золота, медь окисляется с поверхности кислородом воздуха уже при комнатной температуре. В присутствии углекислого газа и паров воды её поверхность покрывается зелёным налётом, представляющим собой основной карбонат меди(II).

Для меди наиболее характерна степень окисления +2[11], однако существует целый ряд соединений, в которых она проявляет степень окисления +1.

Оксид меди(II)[править | править вики-текст]

Оксид меди(II) в порошкообразной форме

Оксид меди(II) CuO — вещество чёрного цвета. Под действием восстановителей при нагревании он превращается в металлическую медь:

\mathrm{CuO + CO \longrightarrow Cu + CO_2\uparrow}
\mathrm{CuO + H_2 \longrightarrow Cu + H_2O}

Растворы всех солей двухвалентной меди окрашены в голубой цвет, который им придают гидратированные ионы ~[Cu(H_2O)_6]^{2+}.

При действии на растворимые соли меди раствором питьевой соды образуется малорастворимый основной карбонат меди (II) — малахит:

\mathrm{2CuSO_4 + 2Na_2CO_3 + H_2O \longrightarrow (CuOH)_2CO_3\downarrow + 2Na_2SO_4 + CO_2\uparrow}

Гидроксид меди(II)[править | править вики-текст]

Свежеосаждённый гидроксид меди(II)

Гидроксид меди(II) Cu(OH)2 образуется при действии щелочей на растворимые соли меди(II)[12]:

\mathrm{CuSO_4 + 2NaOH \longrightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4}

Это малорастворимое в воде вещество голубого цвета. Гидроксид меди(II) — амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. При сильном нагревании или стоянии под маточным раствором он разлагается:

\mathrm{Cu(OH)_2 \longrightarrow CuO + H_2O}

При добавлении аммиака Cu(OH)2 растворяется с образованием ярко-синего комплекса:

\mathrm{Cu(OH)_2 + 4NH_3 \longrightarrow [Cu(NH_3)_4](OH)_2}

Соединения одновалентной меди[править | править вики-текст]

Соединения одновалентной меди крайне неустойчивы, поскольку медь стремится перейти либо в Cu2+, либо в Cu0. Стабильными являются нерастворимые соединения CuCl, CuCN, Cu2S и комплексы типа ~[Cu(NH_3)_2]^+.[13]

Серебро[править | править вики-текст]

Кристаллы металлического серебра

Серебро более инертно, чем медь[14] , но при хранении на воздухе оно чернеет из-за образования сульфида серебра:

\mathrm{2Ag + H_2S \longrightarrow Ag_2S + H_2\uparrow}

Серебро растворяется в кислотах-окислителях:

\mathrm{2Ag + 2H_2SO_4 \longrightarrow Ag_2SO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O}
\mathrm{Ag + 2HNO_3 \longrightarrow AgNO_3 + NO_2\uparrow + H_2O}
\mathrm{3Ag + 4HNO_3 \longrightarrow 3AgNO_3 + NO\uparrow + 2H_2O}

Наиболее устойчивая степень окисления серебра +1. В аналитической химии широкое применение находит растворимый нитрат серебра AgNO3, который используют как реактив для качественного определения ионов Cl, Br, I:

\mathrm{Ag^{+} + Cl^{-} \longrightarrow AgCl\downarrow}

При добавлении к раствору AgNO3 раствора щёлочи образуется тёмно-коричневый осадок оксида серебра Ag2O:

\mathrm{2AgNO_3 + 2NaOH \longrightarrow Ag_2O\downarrow + 2NaNO_3 + H_2O}

Многие малорастворимые соединения серебра растворяются в веществах-комплексообразователях, например, аммиаке и тиосульфате натрия:

\mathrm{AgCl + 2NH_3 \longrightarrow [Ag(NH_3)_2]Cl}
\mathrm{Ag_2O + 4NH_3 + H_2O \longrightarrow 2[Ag(NH_3)_2]OH}
\mathrm{AgBr + 2Na_2S_2O_3 \longrightarrow Na_3[Ag(S_2O_3)_2] + NaBr}

Золото[править | править вики-текст]

Кристаллы чистого золота, выращенные методом химического транспорта.

Золото представляет собой металл, сочетающий высокую химическую инертность и красивый внешний вид, что делает его незаменимым в производстве ювелирных украшений[15]. В отличие от меди и серебра, золото крайне инертно по отношению к кислороду и сере, но реагирует с галогенами при нагревании:

\mathrm{2Au + 3Cl_2 \longrightarrow Au_2Cl_6}

Чтобы перевести золото в раствор, необходим сильный окислитель, поэтому золото растворимо в смеси концентрированных соляной и азотной кислотцарской водке»):

\mathrm{Au + HNO_3 + 4HCl \longrightarrow H[AuCl_4] + NO\uparrow + 2H_2O}

Платиновые металлы[править | править вики-текст]

Платиновые металлы — семейство из 6 химических элементов побочной подгруппы VIII группы Периодической системы, включающее рутений Ru, родий Rh, палладий Pd, осмий Os, иридий Ir и платину Pt. Эти металлы подразделяются на две триады: лёгкие — триада палладия (Ru, Rh, Pd) и тяжёлые — триада платины (Os, Ir, Pt).

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Яндекс.Словари: Переходные элементы (рус.)(недоступная ссылка — история). — Краткое описание переходных элементов. Выдержка из БСЭ. Проверено 29 июня 2009.
  2. XuMuK.Ru - Переходные элементы (рус.). Проверено 27 июня 2009. Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012.
  3. Свойства элементов подгруппы меди на Alhimikov.Net (рус.). Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012.
  4. 1 2 3 Физические свойства меди на XuMuK.Ru (рус.). Проверено 27 июня 2009. Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012.
  5. 1 2 3 Физические свойства меди на Яндекс.Словари (рус.)(недоступная ссылка — история). Проверено 27 июня 2009.
  6. 1 2 3 Физические свойства серебра на XuMuK.Ru (рус.). Проверено 28 июня 2009. Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012.
  7. 1 2 3 Физические свойства золота на XuMuK.Ru (рус.). Проверено 28 июня 2009. Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012.
  8. Имеется в виду только подгруппа меди, а не металлы в целом.
  9. Химия вокруг нас: благородные металлы (рус.). Проверено 27 июня 2009. Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012.
  10. Химия. Лекции и электронные учебники на Xenoid.Ru (рус.). Проверено 27 июня 2009. Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012.
  11. Химия d-элементов I группы (рус.). Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012.
  12. Это «классический» способ получения нерастворимых оснований
  13. Химия меди (рус.). Проверено 28 июня 2009. Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012.
  14. Про серебро - свойства серебра (рус.). Проверено 28 июня 2009. Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012.
  15. Функции золота, современные представления о золоте, интересные факты о золоте (рус.)(недоступная ссылка — история). Проверено 29 июня 2009. Архивировано из первоисточника 15 июня 2009.

Литература[править | править вики-текст]

  • Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001.
  • Ерёмина Е. А., Рыжова О. Н. Глава 17. Переходные элементы // Справочник школьника по химии. — М.: Экзамен, 2009. — С. 250-275. — 512 с. — 5000 экз. — ISBN 978-5-377-01472-0.
  • Кузьменко Н. Е. , Ерёмин В. В., Попков В. А. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы. — М.: Экзамен, 1997-2001.
  • Лидин Р. А., Андреева Л. Л., Молочко В. А. Справочник по неорганической химии. — М.: Химия, 1987.
  • Некрасов Б. В. Основы общей химии. — М.: Химия, 1974.
  • Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. — Л., 1977. — С. 98.
  • Спицын В. И., Мартыненко Л. И. Неорганическая химия. — М.: МГУ, 1991, 1994.
  • Турова Н. Я. Неорганическая химия в таблицах. Учебное пособие. — М.: Высший химический колледж РАН, 1997.

См. также[править | править вики-текст]