Русская Википедия:Переходные металлы

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

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

Шаблон:Main

Файл:Cu,29.jpg
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):

<math>\mathrm{Cu + 2H_2SO_4 \longrightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O}</math>
<math>\mathrm{Cu + 4HNO_3 \longrightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O}</math>
<math>\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)

Шаблон:Main

Файл:CopperIIoxide.jpg
Оксид меди(II) в порошкообразной форме

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

<math>\mathrm{CuO + CO \longrightarrow Cu + CO_2\uparrow}</math>
<math>\mathrm{CuO + H_2 \longrightarrow Cu + H_2O}</math>

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

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

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

Гидроксид меди(II)

Шаблон:Main

Файл:Copper(II) hydroxide.JPG
Свежеосаждённый гидроксид меди(II)

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

<math>\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>\mathrm{Cu(OH)_2 \longrightarrow CuO + H_2O}</math>

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

<math>\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>[Cu(NH_3)_2]^+</math>.[13]

Серебро

Шаблон:Main

Файл:Silver crystal.jpg
Кристаллы металлического серебра

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

<math>\mathrm{2Ag + H_2S \longrightarrow Ag_2S + H_2\uparrow}</math>

Серебро растворяется в кислотах-окислителях:

<math>\mathrm{2Ag + 2H_2SO_4 \longrightarrow Ag_2SO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O}</math>
<math>\mathrm{Ag + 2HNO_3 \longrightarrow AgNO_3 + NO_2\uparrow + H_2O}</math>
<math>\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>\mathrm{Ag^{+} + Cl^{-} \longrightarrow AgCl\downarrow}</math>

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

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

Золото

Шаблон:Main

Файл:Au crystals1.jpg
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>\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 кислотцарской водке»):

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

Платиновые металлы

Шаблон:Main 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

Шаблон:Родственные проекты

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Ссылки

Внешние ссылки

  1. Шаблон:БСЭ3
  2. Шаблон:Cite web
  3. Шаблон:Cite web
  4. 4,0 4,1 4,2 Шаблон:Cite web
  5. 5,0 5,1 5,2 Шаблон:БСЭ3
  6. 6,0 6,1 6,2 Шаблон:Cite web
  7. 7,0 7,1 7,2 Шаблон:Cite web
  8. Имеется в виду только подгруппа меди, а не металлы в целом.
  9. Шаблон:Cite web
  10. Шаблон:Cite web
  11. Шаблон:Cite web
  12. Это «классический» способ получения нерастворимых оснований
  13. Шаблон:Cite web
  14. Шаблон:Cite web
  15. Шаблон:Cite web

Шаблон:Выбор языка Шаблон:Периодическая система элементов Шаблон:Группы химических элементов

Шаблон:Спам-ссылки