ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Химия d-элементов IV-VIII групп периодической системы Д.И. Менделеева из "Общая химия Изд2" Переходные металлы IV — VII групп. Сокращенные электронные конфигурации атомов (и-1) d ns уТ1, 2г и Ш, (и-1) d ns у V, КЬ и Та, (и-1) у Сг и Мо, 5d 6s у Ш и (и-1) d ns у Мп, Тс и Ке. Все /-металлы IV - VII групп имеют неспаренные электроны и свободные атомные орбитали на /-подуровнях предвнещнего слоя. Соответственно из-за образования ковалентных связей между атомами элементов они характеризуются высокими температурами плавления (см. рис. 11.3) и кипения, энергиями атомизации (см. рис. 11.11) и механической прочностью. Максимальную температуру плавления имеет вольфрам. Плотность металлов возрастает с увеличением атомного номера как в периоде, так и в группе (табл. 11.4). Физические свойства /-элементов зависят от их чистоты. Чистые металлы ковкие и пластичные, примеси, как правило, придают им хрупкость и повышают твердость. [c.371] Первые энергии ионизации 1 у элементов четвертого и пятого периодов относительно мало отличаются. Элементы шестого периода имеют более высокое значение 1 (табл. 11.4). Наблюдается уменьшение металлического радиуса с увеличением атомного номера элемента по периоду (с одним исключением у марганца) и с уменьшением атомного номера по группам (табл. 11.4). В виде простых веществ это металлы серебристо-белого (Т1, 2г, НГ, Мп), серовато-белого (Сг, Мо, ) и серого (V, КЬ, Та) цвета. [c.371] Все элементы этих групп характеризуются относительно невысокой электроотрицательностью (см. рис. 11.12) и более отрицательными, чем стандартный потенциал водородного электрода, электродными потенциалами (см. рис. 11.5) (исключение составляют рений и технеций). С увеличением атомного номера потенциалы металлов, за исключением Мп, возрастают по периоду. [c.371] Как видно, элементы пятого и шестого периодов растворяются в растворах кислот, в которых они образуют анионные комплексы, причем, как правило, в присутствии сильных окислителей. При нагревании химическая активность элементов заметно возрастает. Рассматриваемые металлы проявляют в соединениях переменную степень окисления, причем для элементов четвертого периода более характерны низшие степени окисления (+2 и +4), а для элементов пятого и шестого периодов — высшие степени окисления. Типичными координационными числами в соединениях являются 4, 6, 7 и 8, причем для Т1, V, Сг, Мо и Ш более характерны первые два, а для других элементов — вторые два числа. [c.372] Марганец и его соединения токсичны (ПДК 0,3 Ядовиты также соединения хрома, особенно СЮ3. [c.372] Большинство /-металлов ГУ-УП групп получают методами металлотермии (с помощью магния, натрия, кальция, алюминия), восстановлением оксидов водородом или кремнием. Тантал также выделяют электролизом расплавов, марганец - электролизом из водных растворов. [c.373] Многие /-элементы ГУ-УП групп используются как легирующие добавки для улучшения качества сталей. В состав сталей их обычно вводят в виде ферросплавов (сплавов с железом), например, феррохрома, ферромарганца, ферротитана, феррованадия и др. Легирование ими придает сталям ценные качества, например коррозионную стойкость (хром, марганец, титан), твердость и ударная вязкость (цирконий), твердость и пластичность (титан), прочность, ударная вязкость и износостойкость (ванадий), твердость и износостойкость (вольфрам), твердость и ударная вязкость (марганец), жаропрочность и коррозионную стойкость (молибден, ниобий). Марганец используется как раскислитель стали. Все более широкое применение получают эти металлы и их сплавы, как конструкционные, инструментальные и другие материалы. Так, титан и его сплавы, характеризуемые легкостью, коррозионной устойчивостью и жаропрочностью, применяются в авиастроении, космической технике, судостроении, химической промышленности и медицине. В атомных реакторах используются цирконий (конструкционный материал, отражающий нейтроны), гафний (поглотитель нейтронов), ванадий, ниобий и тантал. Вследствие высокой химической стойкости тантал, ниобий, вольфрам и молибден служат конструкционными материалами аппаратов химической промышленности. Вольфрам, молибден и рений, как тугоплавкие металлы, используются для изготовления катодов электровакуумных приборов и нитей накаливания термопар и в плазмотронах. Вместе с тем при высоких температурах вольфрам и молибден окисляются кислородом, причем образующиеся при высокой температуре оксиды не защищают эти металлы от коррозии, поэтому на воздухе они не жаростойки. Вольфрам служит основой сверхтвердых сплавов. Хромовое покрьггие придает изделиям декоративный вид, повышает твердость и износостойкость. [c.373] При взаимодействии /-элементов 1У-У1 групп со слабыми окислителями (углерод, кремний, бор, азот) при высокой температуре образуются металлоподобные карбиды, силициды, бориды и нитриды. [c.373] В качестве катализаторов нащли применение ИСи (полимеризация этилена), УгОз — получение серной кислоты, а также СГ2О3, МпОг- Диоксид титана Т102 применяется как белый, оксид хрома -зеленый, а хромат свинца (IV) как желтый и красный пигменты в красках и эмалях. Диоксид марганца МпОг и оксиды ванадия широко используются как окислители в химических источниках тока. Диоксид циркония используется как огнеупор, а в последнее время как основная часть твердого электролита в топливных элементах. [c.374] В то же время железо, кобальт и никель растворяются в разбавленных кислотах, особенно при нагревании. Железо наименее химически стойко из металлов VIII группы. [c.375] Все элементы VIII группы проявляют переменную степень окисления. Наиболее характерными степенями окисления являются +2 (Ре, N1, Со, Рс1, Р1), +3 (Ре, Со, 1г), +4 (Ки, 1г, Р1). Максимальная степень окисления +8 наблюдается у осмия и рутения (см.гл. 2). [c.375] Никель и кобальт получают путем сложной переработки руд. Конечные стадии заключаются в восстановлении оксидов углеродом или водородом и электролитическом рафинировании. Мировое производство никеля около 700 тыс.т/год, кобальта около 30 тыс.т./год. [c.376] Никель и кобальт используются как катализаторы некоторых реакций, а радиоактивный кобальт - применяется в медицине. Широко используется никелирование для получения защитных декоративных покрытий. На основе никеля создано большое число ценных сплавов жаропрочных — нимоник (59 % N1, остальное Сг, Со и др.), инконель (73% N1, остальное Сг Ре и др.), нихром (60 % N1, остальное Сг, Ре и др.), алюмель (сплав N1 с А1, Мп, Со, 81), химически стойких - мо-нель (65% N1, остальное Си и др.) магнитных — пермаллой (78,5% N1, 21,5% Ре). Сплав никеля (36%) с железом и другими компонентами (инвар) практически не расширяется при повышении температуры до 100С. [c.376] Металлы платиновой группы получают путем разделения самородных смесей металлов, отделения от руд и выделения из шламов, образующихся при производстве никеля, меди и других металлов. Платиновые металлы широко используются в качестве катализаторов различных процессов, а также для изготовления лабораторной посуды, анодов электролизеров. Вследствие высокой твердости и химической стойкости они используются для изготовления контактов и других ответственных деталей электротехнического и радиотехнического оборудования, медицинских инструментов. Сплавы с КЬ или 1г применяются в термопарах. Благодаря способности растворять водород, сплав палладия с серебром применяется для очистки водорода. [c.377] Платина и палладий применяются в ювелирном деле и зубопроте-зировании. Родий служит покрытием зеркал и рефлекторов. [c.377] Металлы I группы. К /-элементам первой группы (1Б) относятся медь (Си), серебро (Ag) и золото (Ли). Медь достаточно распространена, а серебро и золото — относительно редкие элементы. Это металлы красного (Си), белого (А ) и желтого (Аи) цвета. Сокращенные электронные конфигурации (и-l) °ns . [c.377] На внешних л-подуровнях у атомов этой группы находится по 1 электрону, на предвнешних /-подуровнях по 10 электронов, т.е. атомы элементов характеризуются провалом электронов. Полное заполнение /-подуровня приводит к снижению температуры плавления (см. рис. 11.10), энтальпии ионизации (см. рис. 11.11), возрастанию энтропии (см. рис. 11.4). Эти металлы, особенно серебро и золото, имеют невысокую твердость и высокую пластичность. Плотности меди и серебра близки друг другу, плотность золота значительно выше (табл. 11.6). Вследствие особой электронной конфигурации атомов (и-l) / я5 все они характеризуются высокими электрической проводимостью и теплопроводностью. Серебро имеет наиболее высокие электрическую проводимость (63 10 См/м) и теплопроводность [423 Вт/(м-К)]. [c.378] Медь получают пиро- или гидрометаллургическим методом, рафинированием, электролизом или извлечением ионным обменом или экстракцией. Серебро и золото получают при переработке полиметаллических руд или из самородков. [c.379] Из меди изготавливают кабели, провода, токопроводящие части электрических аппаратов и двигателей, сплавы с цинком (латуни), с оловом (бронза), никелем (мельхиор), монетные сплавы (с никелем, оловом и цинком), с никелем и цинком (нейзильбер). Из сплавов меди производят теплообменники (латунь), электротехнические приборы (константан, манганин), термопары (копель), химически стойкие аппараты (нейзильбер, мельхиор). Серебро и золото применяются в ювелирном деле, для изготовления контактов, монет, медалей. Серебро также используется для изготовления электровакуумных приборов, припоев, катализаторов, для стерилизации воды. Золото служит материалом зубных протезов, химической аппаратуры Все эти металлы применяются для получения гальванопокрытий защитных (медь), декоративных (золото, серебро), специальных (токопроводящих, светоотражательных и др.). Пыль серебра весьма токсична (ПДКдц = 0,01 мг/м ). Из соединений металлов применяются галогениды серебра как светочувствительные материалы (в фотографии AgBr), оксиды и хлориды серебра и меди — в источниках тока, оксид меди — для окрашивания стекла и эмалей, медный купорос — для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве. [c.379] Вернуться к основной статье