Русская Википедия:Переходные металлы
| 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.
| 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]
- Небольшие значения электроотрицательности.
- Переменные степени окисления. Почти для всех d-элементов, в атомах которых на внешнем ns-подуровне находятся 2 валентных электрона, известна степень окисления +2.
- Начиная с d-элементов III группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, элементы в низшей степени окисления образуют соединения, которые проявляют основные свойства, в высшей — кислотные, в промежуточной — амфотерные. Например:
| 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
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>\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)
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)
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
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
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 кислот («царской 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
Примечания
Литература
Ссылки
- ↑ Шаблон:БСЭ3
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Шаблон:Cite web
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Шаблон:БСЭ3
- ↑ 6,0 6,1 6,2 Шаблон:Cite web
- ↑ 7,0 7,1 7,2 Шаблон:Cite web
- ↑ Имеется в виду только подгруппа меди, а не металлы в целом.
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Это «классический» способ получения нерастворимых оснований
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
Шаблон:Выбор языка Шаблон:Периодическая система элементов Шаблон:Группы химических элементов
_hydroxide.JPG){kind=link}
