Питание

Побочные подгруппы. Общая и неорганическая химия свойства элементов побочных подгрупп

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра общей и физической химии

ОБщая и неорганическая химИя Свойства элементов побочных подгрупп

Методические указания к лабораторным работам

для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата240100

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

УДК 546 (076.5)

ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ ПОБОЧНЫХ ПОДГРУПП: Методические указания к лабораторным работам / Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Сост.:Д.Э. Чиркст, Т.Е. Литвинова, И.В. Берлинский, Д.С. Луцкий.

Изложены методики проведения опытов по свойствам элементов периодической системы и обработки результатов экспериментальных работ. Лабораторные работы предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата 2400100 «Химическая технология».

Библиогр.:8

Научный редактор: проф. Чиркст Д.Э.

© Национальный минерально-сырьевой

университет «Горный» , 2012 г.

Свойства элементов побочных подгрупп Общие сведения

Побочные подгруппы периодической системы включают d -элементы до актиния включительно, все лантаноиды и первые четыре элемента ряда актиноидов.

У элементов побочных подгрупп наблюдается ряд характерных особенностей:

все элементы побочных подгрупп являются металлами;

многие элементы побочных подгрупп могут существовать в разных валентных состояниях (явление переменной валентности);

соединения большинства элементов побочных подгрупп обладают парамагнитными свойствами;

сходство по свойствам с элементами главных подгрупп как правило проявляется у соединений элементов с максимальной степенью окисления;

сходство свойств достаточно велико для элементов III–VIIгрупп периодической таблицы и мало заметно для элементовVIII–IIгрупп;

элементы побочных подгрупп способны к образованию окрашенных ионов типа Me z + – это свойство у металлов главных подгрупп отсутствует;

у элементов побочных подгрупп наблюдается сходство свойств в рядах по горизонтали, например Fe–Co–Ni, особенно характерное для элементовVIIIгруппы;

в подгруппах сверху вниз наблюдается изменение свойств от более активного металла к менее активному.

Ввиду того, что появление побочных подгрупп начинается в третьей группе, изучение элементов побочных подгрупп также логично начинать с изучения свойств элементов IIIВ группы.

Лабораторная работа № 7. Свойства элементовVii а группы. Галогены

Цель работы : изучение химических свойств галогенов.

Общие сведения

Входящие в VIIА подгруппу элементы фтор, хлор, бром, иод, астат называются галогены (солеобразующие). Такое название элементыVIIА подгруппы получили за способность взаимодействовать с металлами с образованием типичных солей типаMeГ n , где Ме – металл, Г – атом галогена.

Атомы галогенов содержат семь электронов на внешнем электронном уровне, следовательно, легко могут присоединять единственный электрон. Аналогичное строение внешнего электронного слоя обусловливает большое сходство галогенов друг с другом:

    все галогены – типичные неметаллы;

    у всех галогенов большое значение электроотрицательности;

    в бинарных соединениях проявляют валентность, равную 1;

    в бинарных соединениях с менее электроотрицательными элементами проявляют степень окисления −1;

    все галогены являются сильными окислителями.

Увеличение радиуса атома сверху вниз по группе приводит к тем же закономерностям, что и у элементов других главных подгрупп. С повышением порядкового номера элементов в ряду F–At

уменьшается электроотрицательность;

ослабевают неметаллические свойства;

ослабевает окислительная способность простых веществ: более легкие галогены в виде простых веществ окисляют галогенид-ионы более тяжелых галогенов;

усиливается восстановительная способность галогенид-ионов: более тяжелые галогены в виде Г − восстанавливают более легкие галогены из их кислородных соединений;

изменяется агрегатное состояние простых веществ: фтор и хлор – газы, бром – тяжелая жидкость, иод, астат – кристаллические вещества.

появление положительной степени окисления (фтор в своих соединениях всегда находится в степени окисления −1);

изменение состояния галогеноводородов: HF– жидкость, водный раствор образует слабую кислоту; остальные галогеноводороды – газообразные вещества, водные растворы образуют сильные кислоты;

изменения растворимости галогенидов: фториды щелочно-земельных элементов мало растворимы, фторид серебра – растворим; для остальных галогенов – наоборот.

фтор – единственный из галогенов, который не образует кислородных соединений. Остальные галогены образуют оксиды, носящие кислотный характер и являющиеся сильными окислителями, а также кислородные кислоты. Сами кислородные кислоты галогенов и их соли являются как правило сильными окислителями.

Главные подгруппы побочные подгруппы

состоят из s- и p-элементов состоят из d-элементов (и f-)

Металлические свойства элементов обусловлены легкостью отдачи электронов (эл-т эл-т х+): чем легче атом отдает электроны, тем более активным металлом он будет. Рассмотрим, как меняются металлические свойства в Периодической системе.

По периоду слева направо радиус атома уменьшается и растет число валентных электронов, и чем больше их становится, тем труднее их отдача. Следовательно, по периоду слева направо металлические свойства ослабевают.

По группе (берем элементы главных подгрупп, подгрупп А, содержащих s- и p-элементы) сверху вниз число валентных электронов постоянно, но радиус атома увеличивается. И чем дальше расположены валентные электроны от ядра, тем легче их оторвать от атома и тем сильнее металлические свойства. (В побочных подгруппах, т.е. для d-элементов, за исключением 3-Б группы, изменение энергии ионизации носит обратный характер: она увеличивается сверху вниз). Следовательно, самый активный металл в Периодической системе - франций (Fr).

Потенциал ионизации (I, эВ) - та энергия, которую нужно затратить для отрыва электрона от атома. Чем меньше I, тем активнее металл (I минимален у Fr).

Неметаллические свойства элементов обусловлены способностью элементов присоединять к себе электроны (в итоге атомы достраивают свой валентный слой, приобретают отрицательный заряд, а их электронная оболочка становится, как у инертного газа (эл-т эл-т х-).

Неметаллические свойства обратны металлическим.

По периоду слева направо для завершения внешнего электронного слоя до восьми электронов атому нужно принять все меньше электронов, этот процесс осуществляется все легче и неметаллические свойства возрастают.

По группе снизу вверх радиус атома уменьшается, ядро все активнее притягивает к себе недостающие до октета электроны и неметаллические свойства возрастают. Самый активный неметалл в Периодической системе - фтор (F).

Энергия сродства к электрону (Е, эВ) - та энергия, которая выделяется при присоединении электрона к атому. Чем больше Е, тем активнее неметалл (Е максимальна у F).

Вопросы для закрепления материала :

1.У какого элемента (алюминия или галлия) сильнее выражены металлические свойства?

2.Почему элементы ванадий и галлий находятся в разных подгруппах Периодической системы?

Медь, серебро и золото относятся к d-элементам с общей электронной формулой...(n-1)s 2 p 6 d 10 ns 1 . По сравнению с главной подгруппой притяжение наружных электронов к ядру сильнее, т.к. радиус атомов меньше и химическая активность значительно ниже.

В ряду напряжения все эти элементы стоят после водорода, т.е. не вытесняют его из кислот.

Серебро и золото на воздухе не окисляются. Гидриды все три элемента не образуют.

Являются хорошими комплексообразователями. Склонны к образованию интерметаллических соединений.

Медь

В природе встречается в виде следующих соединений: Cu 2 S – медный блеск, Cu 2 O – куприт, CuFeS 2 – медный колчедан, Cu 2 (OH) 2 CO 3 – малахит.

Для производства меди значение имеют сульфидные руды. Переработка основана на том, что сульфиды переводят в оксиды обжигом с последующим восстановлением углеродом до меди. Полученная "черновая" медь содержит в качестве примесей Fe, Zn, Pb, Bi, Sb. Для получения чистой электротехнической меди ее подвергают рафинированию, т.е. в электролизную ванну в качестве анода помещают "черновую" медь, в качестве катода чистую медь в качестве электролита используют раствор сульфата меди и процесс электролиза ведут таким образом, чтобы на катоде шло восстановление только меди, а примеси уходили в шлам. В чистом виде медь - металл красного цвета, вязкий, пластичный, с высокой тепло- и электропроводностью.

Химические свойства

1. На воздухе медь покрывается пленкой оксида, которая предотвращает дальнейшее разрушение. Во влажном воздухе, идет образование вещества зеленого цвета - малахита:

Cu + O 2 + CO 2 + H 2 O = (CuOH) 2 CO 3

2. При нагревании медь реагирует с серой и галогенами:

Cu + Cl 2 = CuCl 2

3. Хорошо растворяется в азотной кислоте и концентрированной серной кислоте:

Сu + 4HNO 3(конц) = Cu(NO 3) 2 +2NO 2 ­ + 2H 2 O

3Cu + 8HNO 3(разб) = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO ­ + 4H 2 O

Cu + 2H 2 SO 4(конц) = CuSO 4 + SO 2 ­ + 2H 2 O

4. С кислородом образует два оксида: CuO – черного цвета, Cu 2 O – красного цвета. Оба оксида в воде не растворимы. Соответствующие основания: CuOH – желтого цвета, Cu(OH) 2 – голубого цвета. В небольшой степени Cu(OH) 2 обладает амфотерными свойствами:

Cu(OH) 2 + 2NaOH = Na 2

Соли меди в водных растворах, как правило, окрашены в зелено-голубой цвет, многие из них образуют кристаллогидраты: CuSO 4 . 5H 2 O, CuCl 2 . 4H 2 O, Cu(CH 3 COO) 2 . 2H 2 O. Кристаллогидрат CuSO 4 . 5H 2 O (медный купорос) используются как средство борьбы с вредителями и для протравки семян.

Медь имеет большое значение в технике при производстве сплавов. Это латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы.

Латунь . Сплав меди с цинком (Zn до 45%). Латуни используются в машиностроении, судостроении (латунь устойчива в морской воде).

Бронзы . Сплавы меди с оловом, бериллием, кремнием, алюминием. Используются в машиностроении.

Медно-никелевые сплавы : мельхиор, константан, копель. Идут на изготовление посуды (мельхиор), используются в электротехнике.