Переходные металлы

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Расположение переходных металлов в периодической системе химических элементов
H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
 
* Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr


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: [math]\displaystyle{ (n-1)d^{x}ns^{y} }[/math]. На ns-орбитали содержится один или два электрона, остальные валентные электроны находятся на [math]\displaystyle{ (n-1)d }[/math]-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

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

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, +5 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 [math]\displaystyle{ (n-1)d }[/math]-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

Основная статья: Медь
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-окислителях (в азотной кислоте любой концентрации и в концентрированной серной кислоте):

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

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 основный 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)

Основная статья: Оксид меди(II)
Оксид меди(II) в порошкообразной форме

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

[math]\displaystyle{ \mathrm{CuO + CO \longrightarrow Cu + CO_2\uparrow} }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathrm{CuO + H_2 \longrightarrow Cu + H_2O} }[/math]

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

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

[math]\displaystyle{ \mathrm{2CuSO_4 + 2Na_2CO_3 + H_2O \longrightarrow (CuOH)_2CO_3\downarrow + 2Na_2SO_4 + CO_2\uparrow} }[/math]

Гидроксид меди(II)

Основная статья: Гидроксид меди(II)
Свежеосаждённый гидроксид меди(II)

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

[math]\displaystyle{ \mathrm{CuSO_4 + 2NaOH \longrightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4} }[/math]

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:

[math]\displaystyle{ \mathrm{Cu(OH)_2 \longrightarrow CuO + H_2O} }[/math]

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

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

Соединения одновалентной меди

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 [math]\displaystyle{ [Cu(NH_3)_2]^+ }[/math].[13]

Серебро

Основная статья: Серебро
Кристаллы металлического серебра

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

[math]\displaystyle{ \mathrm{2Ag + H_2S \longrightarrow Ag_2S + H_2\uparrow} }[/math]

Серебро растворяется в кислотах-окислителях:

[math]\displaystyle{ \mathrm{2Ag + 2H_2SO_4 \longrightarrow Ag_2SO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O} }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathrm{Ag + 2HNO_3 \longrightarrow AgNO_3 + NO_2\uparrow + H_2O} }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathrm{3Ag + 4HNO_3 \longrightarrow 3AgNO_3 + NO\uparrow + 2H_2O} }[/math]

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−:

[math]\displaystyle{ \mathrm{Ag^{+} + Cl^{-} \longrightarrow AgCl\downarrow} }[/math]

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

[math]\displaystyle{ \mathrm{2AgNO_3 + 2NaOH \longrightarrow Ag_2O\downarrow + 2NaNO_3 + H_2O} }[/math]

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

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

Золото

Основная статья: Золото
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:

[math]\displaystyle{ \mathrm{2Au + 3Cl_2 \longrightarrow Au_2Cl_6} }[/math]

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

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

Платиновые металлы

Основная статья: Металлы платиновой группы

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).

Значение переходных металлов

Без переходных металлов наш организм существовать не может. Железо – это действующее начало гемоглобина. Цинк участвует в выработке инсулина. Кобальт – центр витамина В-12. Медь, марганец и молибден, а также некоторые другие металлы входят в состав ферментов.

Многие переходные металлы и их соединения используются в качестве катализаторов. Например, реакция гидрирования алкенов на платиновом или палладиевом катализаторе. Полимеризация этилена проводится с помощью титансодержащих катализаторов.

Большое использование сплавов переходных металлов: сталь, чугун, бронза, латунь, победит.

См. также

Примечания

  1. ↑ Яндекс.Словари: Переходные элементы // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  2. ↑ [www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3252.html XuMuK.Ru - Переходные элементы]. Дата обращения: 27 июня 2009.
  3. ↑ Свойства элементов подгруппы меди на Alhimikov.Net (недоступная ссылка). Архивировано 22 февраля 2012 года.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 [www.xumuk.ru/spravochnik/239.html Физические свойства меди на XuMuK.Ru]. Дата обращения: 27 июня 2009.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 Физические свойства меди на Яндекс.Словари // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 [www.xumuk.ru/spravochnik/257.html Физические свойства серебра на XuMuK.Ru]. Дата обращения: 28 июня 2009.
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 [www.xumuk.ru/spravochnik/289.html Физические свойства золота на XuMuK.Ru]. Дата обращения: 28 июня 2009.
  8. ↑ Имеется в виду только подгруппа меди, а не металлы в целом.
  9. ↑ Химия вокруг нас: благородные металлы. Дата обращения: 27 июня 2009. Архивировано 1 марта 2012 года.
  10. ↑ Химия. Лекции и электронные учебники на Xenoid.Ru. Дата обращения: 27 июня 2009. Архивировано 10 февраля 2012 года.
  11. ↑ Химия d-элементов I группы (недоступная ссылка). Архивировано 22 февраля 2012 года.
  12. ↑ Это «классический» способ получения нерастворимых оснований
  13. ↑ Химия меди. Дата обращения: 28 июня 2009. Архивировано 25 февраля 2012 года.
  14. ↑ Про серебро - свойства серебра (недоступная ссылка). Дата обращения: 28 июня 2009. Архивировано 22 февраля 2012 года.
  15. ↑ Функции золота, современные представления о золоте, интересные факты о золоте (недоступная ссылка). Дата обращения: 29 июня 2009. Архивировано 15 июня 2009 года.

Литература

  • 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.

Ссылки


Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Переходные_металлы&oldid=7163101