Переходные металлы


Переходные металлы

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


Содержание

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 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 ~(n-1)d-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

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):

\mathrm{Cu + 2 \ H_2SO_4 \longrightarrow \ CuSO_4 + \ SO_2 \uparrow + 2 \ H_2O}

\mathrm{Cu + 4 \ HNO_3 \longrightarrow \ Cu(NO_3)_2 + 2 \ NO_2 \uparrow + 2 \ H_2O}

\mathrm{3 \ Cu + 8 \ HNO_3 \longrightarrow 3 \ Cu(NO_3)_2 + 2 \ NO \uparrow + 4 \ H_2O}

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 основной 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) в порошкообразной форме

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

\mathrm{CuO + \ CO \longrightarrow \ Cu + \ CO_2 \uparrow}

\mathrm{CuO + \ H_2 \longrightarrow \ Cu + \ H_2O}

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

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

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

Гидроксид меди(II)

Свежеосаждённый гидроксид меди(II)

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

\mathrm{CuSO_4 + 2 \ NaOH \longrightarrow \ Cu(OH)_2 \downarrow + \ Na_2SO_4}

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:

\mathrm{Cu(OH)_2 \longrightarrow \ CuO + \ H_2O}

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

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

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 ~[Cu(NH_3)_2]^+. [13]

Серебро

Металлическое серебро в стеклянной пробирке

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

\mathrm{2 \ Ag + \ H_2S \longrightarrow \ Ag_2S + \ H_2 \uparrow}

Серебро растворяется в кислотах-окислителях:

\mathrm{2 \ Ag + 2 \ H_2SO_4 \longrightarrow \ Ag_2SO_4 + \ SO_2 \uparrow + 2 \ H_2O}

\mathrm{Ag + 2 \ HNO_3 \longrightarrow \ AgNO_3 + \ NO_2 \uparrow + \ H_2O}

\mathrm{3 \ Ag + 4 \ HNO_3 \longrightarrow 3 \ AgNO_3 + \ NO \uparrow + 2 \ H_2O}

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:

\mathrm{Ag^{+} + \ Cl^{-} \longrightarrow \ AgCl \downarrow}

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

\mathrm{2 \ AgNO_3 + 2 \ NaOH \longrightarrow \ Ag_2O \downarrow + 2 \ NaNO_3 + \ H_2O}

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

\mathrm{AgCl + 2 \ NH_3 \longrightarrow \ [Ag(NH_3)_2]Cl}

\mathrm{Ag_2O + 4 \ NH_3 + \ H_2O \longrightarrow 2 \ [Ag(NH_3)_2]OH}

\mathrm{AgBr + 2 \ Na_2S_2O_3 \longrightarrow \ Na_3[Ag(S_2O_3)_2] + \ NaBr}

Золото

Золотой самородок

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:

\mathrm{2 \ Au + 3 \ Cl_2 \longrightarrow 2 \ AuCl_3}

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

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

Платиновые металлы

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).

Примечания

  1. Яндекс.Словари: Переходные элементы  (рус.). — Краткое описание переходных элементов. Выдержка из БСЭ. Проверено 29 июня 2009.
  2. XuMuK.Ru - Переходные элементы  (рус.). Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012. Проверено 27 июня 2009.
  3. Свойства элементов подгруппы меди на Alhimikov.Net  (рус.). Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012.
  4. 1 2 3 Физические свойства меди на XuMuK.Ru  (рус.). Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012. Проверено 27 июня 2009.
  5. 1 2 3 Физические свойства меди на Яндекс.Словари  (рус.). Проверено 27 июня 2009.
  6. 1 2 3 Физические свойства серебра на XuMuK.Ru  (рус.). Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012. Проверено 28 июня 2009.
  7. 1 2 3 Физические свойства золота на XuMuK.Ru  (рус.). Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012. Проверено 28 июня 2009.
  8. Имеется в виду только подгруппа меди, а не металлы в целом.
  9. Химия вокруг нас: благородные металлы  (рус.). Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012. Проверено 27 июня 2009.
  10. Химия. Лекции и электронные учебники на Xenoid.Ru  (рус.). Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012. Проверено 27 июня 2009.
  11. Химия d-элементов I группы  (рус.). Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012.
  12. Это «классический» способ получения нерастворимых оснований
  13. Химия меди  (рус.). Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012. Проверено 28 июня 2009.
  14. Про серебро - свойства серебра  (рус.). Архивировано из первоисточника 22 февраля 2012. Проверено 28 июня 2009.
  15. Функции золота, современные представления о золоте, интересные факты о золоте  (рус.).(недоступная ссылка — история) Проверено 29 июня 2009.

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.

См. также

Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Переходные металлы" в других словарях:

  • ПЕРЕХОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ — химич. элементы I6 и VIIIб подгрупп периодич. системы элементов. В П. м. внутр. оболочки атомов заполнены только частично. Различают d металлы, у к рых происходит постепенное заполнение З d (от Sc до Ni), 4 d (от Y до Pd) и 5 d (от Hf до Pt)… …   Физическая энциклопедия

  • переходные металлы — Элементы 16 и VIII6 подгруппы Периодич. системы. У атомов п. м. внутр. оболочки заполнены только частично. Различают rf ме таллы, у к рых происходит постепенное заполнение 3<7 (от Se до Ni), 4rf (от Y до Pd) и 5d (от Hf до Pt) оболочек, и/… …   Справочник технического переводчика

  • переходные металлы — [transition metals] элементы Iб и VIIIб подгруппы Периодической системы. У атомов переходных металлов внутренние оболочки заполнены только частично. Различают d металлы, у которых происходит постепенное заполнение 3d (от Se до Ni), 4d (от Y до… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • Металлы платиновой группы — 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 …   Википедия

  • Переходные элементы — Переходные металлы (переходные элементы) химические элементы побочных подгрупп I VIII групп Периодической системы элементов Д.И. Менделеева (3 12 групп в длиннопериодном варианте таблицы). Переходные металлы выделяют на основании незавершённости… …   Википедия

  • металлы — Простые вещ ва, обладающие в обычных условиях хар рными св вами: высокой электро и теплопроводностью, отрицат. темп рным коэфф. электропроводности, способностью хорошо отражать электромагн. волны, пластичностью. М. В. Ломоносов определял м. как… …   Справочник технического переводчика

  • ПЕРЕХОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — (переходные металлы; хим. элементы, расположенные в побочных подгруппах больших периодов периодической системы; являются d и f элементами. Назв. переходные связано с тем, что в периодах П. э. вклиниваются между s и р элементами. Всего известно 65 …   Химическая энциклопедия

  • МЕТАЛЛЫ — (от греч. metallon, первоначально шахта, руда, копи), простые в ва, обладающие в обычных условиях характерными св вами: высокими электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэфф. электропроводности, способностью хорошо… …   Физическая энциклопедия

  • ПЕРЕХОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — (переходные металлы) химические элементы подгрупп б периодической системы Менделеева. Атомы переходных элементов имеют незавершенные внутренние электронные оболочки. Различают d элементы, у которых происходит заполнение внутренних 3d , 4d , 5d и… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ПЕРЕХОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — переходные металлы, d и f элементы, хим. элементы, у к рых d и f оболочки частично заполнены электронами. К d элементам относятся металлы подгрупп меди Си, цинка Zn, скандия Sc, титана Ti, ванадия V, хрома Сr, марганца Мп, а также VIII гр.… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

Книги

Другие книги по запросу «Переходные металлы» >>