1 / 57

Переходные элементы

Переходные элементы. d- орбитали. d Orbitals. Последовательность заполнения орбиталей. Изменение атомных радиусов. 1 Ǻ=100pm ( пикометры). Доступные степени окисления. Соединения переходных металлов. Проявляют как ионный так и ковалентный характер. MnO т.пл. 1785 о C.

kimball
Download Presentation

Переходные элементы

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Переходные элементы

  2. d-орбитали d Orbitals

  3. Последовательность заполнения орбиталей

  4. Изменение атомных радиусов 1 Ǻ=100pm (пикометры)

  5. Доступные степени окисления

  6. Соединения переходных металлов • Проявляют как ионный так и ковалентный характер. • MnO т.пл. 1785о C. • Mn2O7 летучая жидкость. • Характерно образование многоатомных анионов и катионов. • VO2+, MnO4-, Cr2O72- и др.

  7. Получение свободных металлов (металлургия) • Концентрирование. • Отделение руды. • Обжиг. • Получение оксидов . • Восстановление. • Обычно восстановитель - углерод в разных видах. • Очистка.

  8. Альтернативные методы • Восстановление смесей металлов. • Fe(CrO2)2 восстанавливается в феррохром (добавка к стали). • Аналогично V2O5 и MnO2. • Титан - не восстанавливается углем, используют металлический магний.

  9. Получение чугуна и стали Fe2O3(тв) + 3 CO(газ)→2 Fe(ж) + 3 CO2(газ)

  10. Химические реакции в доменной печи Образование газов - восстановителей Восстановление оксида железа Образование шлака Примеси в образующемся металле

  11. Превращение чугуна в сталь • Три основных изменения. • Уменьшение содержания C. • 2,14-4% чугун • 0-1.5% сталь. • Удаление (путем образования шлаков): • Si, Mn, P (до 1% в чугуне) • иные примеси. • Добавление металлов, образующих сплавы. • Cr, Ni, Mn, V, Mo, и W.

  12. Титан • TiCl4 - исходное для производства соединений титана. • катализаторов полимеризаци. TiCl4(ж) + H2O(ж) → TiO2 + 4 HCl • TiO2 пигменты красителей .

  13. Ванадий • Ванадит 3Pb3(VO4)2·PbCl2 • Феррованадий 35-95% V в Fe • Высокопрочные стали • Пентаоксид ванадия. • Катализатор. • Теряет кислород (обратимо) при 700-1000 C. • Широкий диапазон степеней окисления. +5 +4 +3 +2

  14. Хром При растворении в кислотах получаются голубые растворы Cr2+:Cr + 2 HCl = CrCl2 + H2 ­ Двухвалентный хром – сильный восстановитель: 2 CrCl2 + 2 H2O = 2 Cr(OH)Cl2 + H2 ­ Гидроксид хрома +3 амфотерен: Cr(OH)3 + 3 H3O+ [Cr(H2O)6]3+ Cr(OH)3 + 3 OH– [Cr(OH)6]3– Соединения хрома +6 – сильные окислители: (NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + 4 H2O + N2

  15. Хром

  16. Марганец • Веьсма распространен 1% земной коры. • Пиролюзит MnO2. • MnO2 + Fe2O3 + 5 C → Mn + 2 Fe + 5 CO • Степени окисления +2 до +7 • Гидроксид марганца +2 легко окисляется: • 2 Mn(OH)2 + O2 = 2 MnO2*H2O 2 MnO2 + O2 + 4 KOH = 2 K2MnO4 + 2 H2O Неустойчивый манганат диспропорционирует: 3 K2MnO4 + 2 H2O = 2 KMnO4 + MnO2 + 4 KOH Соединения марганца +4 и +7 в кислой среде – сильные окислители:MnO2 + 4 HCl = MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

  17. Триада железа Fe Co Ni • Fe • производство более 500 миллионов тонн в год. • наиболее важный металл. • 4.7% содержание в земной коре (самый распространенный тяжелый металл) • Co • 0.002% . • Сплавы, Co5Sm магнит. • Ni • Сплавы, никелевые покрытия.

  18. Различные степени окисления

  19. Химические свойства железа 4Fe + 3O2 + 6H2 O  4Fe(OH)3 (ржавление)3Fe + 2O2 Fe3O4 (железная окалина) 3Fe + 4H2O –t°  Fe3O4 + 4H2 (700–900°C) 2Fe + 3Br2 –t°  2FeBr3Fe + S –t°  FeSFe + H2SO4(разб.)  FeSO4 + H22Fe + 6H2SO4(конц.) –t°  Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2OFe + 6HNO3(конц.) –t°  Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2OFeCl2 + 2KOH  2KCl + Fе(OH)2Fe(OH)2 + H2SO4 FeSO4 + 2H2OFe(OH)2 –t°  FeO + H2O (без доступа воздуха) 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3

  20. Соединения железа (+3) 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 (при обжиге пирита) Fe2O3 + 6HCl –t° 2FeCl3 + 3H2OFe2O3 + 2NaOH + 3H2O –t° 2Na[Fe(OH)4]Fe3+ + H2O  [Fe(OH)]2+ + H+[Fe(OH)]2+ + H2O  [Fe(OH)2]+ + H+[Fe(OH)2]+ + H2O  Fe(OH)3 + H+Fe(OH)3 + 3HCl  FeCl3 + 3H2OFe(OH)3 + NaOH  Na[Fe(OH)4]2Fe+3Cl3 + H2S-2 S0 + 2Fe+2Cl2 + 2HCl 2Fe+3Cl3 + Cu0 2Fe+2Cl2 +Cu2+Cl2

  21. Соединения железа (+6) Оксоферраты (+6) получаются в щелочной среде:Fe2O3 + 3 KNO3 + 4 KOH = 2 K2FeO4 + 3 KNO2 + 2 H2O Соединения железа +6 – сильные окислители:2 FeO42– + 2 Cr3+ + 2 H+ = 2 Fe3+ + Cr2O72– + H2OУстойчивость к окислению возрастает в ряду: Fe2+, Co2+, Ni2+

  22. Fe2O3 + Al = Al2O3 + Fe

  23. Металлы 12 группы (Zn Cd Hg) • Цинк • 40% мирового производства цинка идет на защиту стали • Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2 ­ • Zn + 2 NaOH + 2 H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2 • Кадмий • аккумуляторы • стержни атомных реакторов.

  24. Токсичность кадмия и ртути • Hg изменяет свойства ферментов, содержащих серу. • Органические производные Cd и Hg значительно токсичнее металлов • Некоторые бактерии превращают Hg2+ в производные CH3Hg+. • Накопление в водоемах. • Cd вызывает поврежедения печени, почек и легких

  25. Химические свойства меди Cu + 4HNO3(конц) = Cu(NO3)2 + 2NO2 +2 H2O 3Cu + 8HNO3(разб) = 3Cu(NO3)2 + 2NO +4 H2O В присутствии кислорода медь растворяется водном растворе аммиака: 4 Cu + 8 NH3 + O2 + 2 H2O = 4 [Cu(NH3)2] OH Cu2+ - окислитель: 2 [CuI2] = 2 CuI + I2 2 CuCl2 + 4 KI = 2 CuI + I2 + 4 KCl Соединения меди +2 (амфотерны) - [Cu(OH)2] + 2MOH = M2[Cu(OH)4]. Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag

  26. 2CuO + C = 2Cu + CO2

  27. Серебро и золото Не реагируют с кислотами (благородные металлы), за исключением: Ag + 2HNO3 = AgNO3 + NO2 + H2O 2Ag + 2H2SO4 = Ag2SO4 + SO2 + 2H2O AgNO3 + NaHal = AgHal + NaNO3 Hal = Cl, Br, I t AgBr + 2 Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr Au + HNO3 + 4 HCl = H[AuCl4] + NO + 2H2O 4 Au + 8 NaCN + O2 + 2 H2O = 4 Na[Au(CN)2] + 4 NaOH

  28. Cu + AgNO3 = Cu(NO3)2+2Ag

  29. Координационные соединения переходных металлов

  30. Теория Вернера • Соединения, состоящие из других, более простых соединений называются комплексными • Центральный атом - окружен молекулами или ионами (лигандами) • Координационное число - число лигандов во внутренней координационной сфере комплекса Альфред Вернер Нобелевская премия 1913 г.

  31. Координационное число В

  32. Теория Вернера • Две серии аммиакатов кобальта. • CoCl3 и NH3. • CoCl3· (NH3)6 и CoCl3·(NH3)5. • По-разному реагируют с AgNO3. CoCl3· (NH3)6 CoCl3·(NH3)5

  33. Теория Вернера • Два типа валентностей. • Первичные валентности. • Сответствуют числу электронов, которые теряет атом, образуя ион. • Вторичные валентности. • Ответственны за связывание остальных групп с центральным атомом. [Co(NH3)6]Cl3 → [Co(NH3)6]3+ + 3 Cl- [CoCl(NH3)5]Cl2 → [CoCl(NH3)5]3+ + 2 Cl-

  34. Определение координационного числа и степени окисления центрального иона Каково координационное число и степень окисления кобальта в комплексном ионе [CoCl(NO2)(NH3)4]+? Лиганды: 1Cl, 1NO2, 4NH3 . К.ч. = 6 С.О.= +3

  35. Лиганды • Лиганды - основания Льюиса. • Донируют электронную пару металлу (кислота Льюиса). • Монодентатные лиганды. • донирует одну пару электронов • координирован в одной точке.

  36. Лиганды • Бидентатные лиганды. • донируют две пары электронов • образуют две связи с ионом металла. • Тридентатные, тетрадентатные…..полидентатные

  37. Номенклатура комплексных соединений • В названиях комплексов, лиганды во внутренней сфере приобретают окончание -о- хлоридо-, нитрато- • Число лигандов данного типа указывается приставкой. • Моно-, ди-, три-, тетра-… • Если лиганд имеет сложное название - прмещают в скобки с приставкой: • бис, трис, тетракис....

  38. Номенклатура комплексных соединений • При написании формулы • первым пишется символ металла, • за ним формулы анионов в алфавитном порядке, • формулы нейтральных лигандов в алфавитном порядке

  39. Изомерия комплексных соединений • Изомеры. • Различная структура и свойства. • Структурные изомеры. • Различное строение. • Стереоизомеры. • Одинаковое число и тип лигандов и способ координации. • Различен способ расположения лигандов вокруг центрального иона металла.

  40. Примеры изомеров Ионизационная изомерия [CrSO4(NH3)5]Cl [CrCl(NH3)5]SO4 хлорид пентамминосульфатохрома (III) сульфат пентамминохлорохрома (III) Координационная изомерия [Co(NH3)6][CrCN6] [Cr(NH3)6][CoCN6] гексамминохрома(III) гексацианокобальтат (III) гексамминокобальта (III) гексацианохромат

  41. Геометрические изомеры

  42. Геометрические изомеры фас- изомер мер- изомер

  43. Оптические изомеры

  44. Оптические изомеры [Co(H2NCH2CH2NH2)3]+

  45. Теория кристаллического поля • Связывание в комплексах d- элементов обусловлено притяжением между положительно заряженным ионом и электронами лигандов. • Электроны на d-орбиталях металла отталкиваются электронами лигандов. • Рассматриваются исключительно d-электроны иона металла.

  46. Энергия d-орбиталей в октаэдрических комплексах  - энергия расщепления в поле лигандов

  47. Электронная конфигурация октаэдрических комплексов Δ P Δ > P низкоспиновый d4 Δ < P высокоспиновый d4

  48. Спектрохимический ряд Δ - великоЛиганды сильного поля CN- > NO2- > en > NH3 > EDTA4- > SCN- > H2O > ONO- > C2O42- > OH- > F-> SCN- > Cl- > Br- > I- Δ - мало Лиганды слабого поля en - H2NCH2CH2NH2 EDTA4-

More Related