Периодтық жүйенің d-элементтері


VIIIB топша элементтерінің жалпы сипаттамалары.

Элементтердің физикалық, химиялық қасиеттері.

Оттекті қосылыстары, қасиеттері. Тұздары, гидролизі

VIIIB топшасы элементтері периодтық жүйеде ерекше орын алады: онда

9d- элемент 4-ші, 5-ші, 6-шы үлкен периодтың үш триадасын құрайды. Fe, Co, Ni – темір топшасы және екі триада платина металдарына жатады: Ru, Rh, Pd және Os, Ir, Pt.

Темір топшасы элементтерінің валентті электрондары: Fe …3d64s2;

Co …3d74s2 ; Ni…3d84s2. Fe – Co – Ni қатарында атомдардың ядро заряды артқан сайын d- деңгейшедегі жұптаспаған электрондар саны азаяды және төменгі тотығу дәрежелерінің тұрақтылығы артады.

Ерекшелік: а) Со пен Ni валенттілік электрон саны топ номерінен үлкен;

б) бұл элементтер топ номеріне сәйкес валенттілік көрсетпейді;

в) бір топшада горизонтальды 3 элемент орналасқан.

Атомдық радиустары, нм 0,126; 0,125; 0,124

И.э.,в 7,89; 7,87; 7,63

ЕЭ2+/Э,В -0,44; -0,277; -0,25

Бұл көрсеткіштерден 3 элементтің қасиеттері жақын екендігі көрінеді. Бұл элементтерге тән тотығу дәрежелері +2,+3. Темір үшін +3 тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстар тұрақтырақ. d5 болғанда берік конфигурация болады, темірде тек 1 ғана артық электрон болғандықтан 3d64s2, ал кобальтта 2 электрон артық 3d74s2, сондықтан +3, +2 қосылыстарының тұрақтылығы бірдей, ал никельде +2 тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстары тұрақты. Темірдің максимал тотығу дәрежесі +6, Co +5, Ni +4, бірақ Co 5+ және Ni 4 + сәйкес қосылыстары әлі белгісіз. Бұл элементтерге тотығу дәрежесі «ноль» болатын карбонилдер белгілі [Fe(CO)5] – бейтарап комплексті қосылыстар.

Кездесуі: Темір табиғатта таралуы бойынша O2, Si, Al, Fe – төртінші орында. Оның мөлшері 5,1%. Кобальт пен никель жер бетінде көп таралған элементтер. Fe мен Ni негізгі массалары жер ядросында. Темір оксид, сульфид ретінде: Fe3O4 магнетит, Fe2O3 – гематит, Fe2O3×H2O –лимонит, FeS – пирротин, FeS2 – пирит, сонымен бірге FeAsS – арсенопирит, FeCO3 – сидерит ретінде кездеседі. Метеоритте, вулкандарда темір бос күйінде болады. Co, Ni көбінесе бірге кездеседі. Co,Ni көбінесе сульфидті қосылыс түзеді: СоAsS – кобальтин, NiAs – никелин, NiAsS – герсдорфит, мышьяк-никель жылтыры.

Алынуы: Оксидті кендерінен карботермиялық, алюмотермиялық әдістермен тотықсыздандырып өндіреді: Fe2O3 +3C→2Fe + 3CO карботермия (кокс);

Fe2O3 + CO→2Fe+3CO2 ;

Fe2O3 + 2АІ → 2Fe + АІ2О3 - алюмотермия

Темірді оксидтерінен сутегімен тотықсыздандырып алады:

Fe2O3 +3Н2 → 2Fe + 3Н2O.

Таза темірді темірдің пентакарбонилін термиялық айырып:

Fe(CO)5 = Fe + 5CO және FeCІ2 ерітіндісінің электролизі арқылы:

FeCІ2 Fe + СІ2 алады.

Сульфидті, арсенидті кендерін алдымен оксидтерге айналдырады. С, СО тотықсыздандырғыш ретінде қолданылатын себебі темір орташа активті металл.Оксидтер домна пештерінде тотықсыздандырылып, шойын алынады (~4%С болады). Мартен, бессемер, томас әдістерімен шойынды болатқа айналдырады (~1,4% С болады).

Кобальт пен никельді оксидтерін сутегімен, кокспен, алюминиймен, кремниймен тотықсыздандырып, карбонилдерін айырып, тұздарының сулы ерітінділерін электролиздеп, алады.

Физикалық және химиялық қасиеттері: үш металл да ферромагнитті. Балқу температуралары: Fe(1536); Co(1493); Ni(14530C) қиын балқитын металдар, балқу температурасы осы қатар бойынша азаяды, себебі 3d- қабатта жұпталмаған электрондар саны азаяды. Ақ жылтыр, ауыр металдар.

Бұл металдардың активтіктері орташа. Сутегіге дейін тұрғандықтан, сұйытылған қышқылдардан H2 ығыстырады. Концентрациясы H2SO4>70% болса, темір пассивтеледі. Концентрлі HNO3 Fe, Co, Ni үш металды да пассивтейді, НСІ+ HNO3 қоспасында үш металл да ериді. Кобальт қымыз қышқылында ериді, [Co(C2O4)3]3- оксалатты комплекс түзеді. Сілтілер ертінділері бұл 3 металға да әсер етпейді. Егер темірдің құрамында қоспалар болса, коррозияға тез ұшырайды:

4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3.

Таза металдар бөлме температурасында сумен, оттегімен, галогендермен әрекеттеспейді. Қыздырғанда, әсіресе ұсатылған күйде болса, олардың активтіктері артады.

Қосылыстары: ЭО және Э2O3 және FeO3 оксидтерін түзеді;

Э+O2→ оксидтер қоспасы түзіледі. Оксидтерді жеке алу үшін гидроксидтерін не кейбір тұздарын айырады:

Э(ОН)2 t0 ЭО + H2O;

2Э(ОН)3 t0 Э2О3 + 3H2O;

Co2O3 және Ni2O3 тұрақсыз, айрылып ЭО береді: Ni2O3 → 2NiO + 1/2O2; Co3O4 және Fe3O4 болады, бірақ олар оксидтер қоспасы, мысалы, Fe2O3×FeO.

Оксидтер қышқылдарда ериді: ЭО + қышқыл → Э2+ (тұзы) + Н2О. Оксидтер суда ерімейді: ЭО + H2O→ жүрмейді. Сондықтан гидроксидтерін тұздарына сілті қосып алады.

Fe(OH)2 – ақ, Co(OH)2 – алқызыл, Ni(OH)2 – жасыл түсті тұнбалар. Бөлмедегі ауа оттегісімен тек Fe(OH)2 тотығады:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓ қоңыр;

Fe3+→Co3+→Ni3+ оттегіге тұрақтылығы артады, себебі +3 тотығу дәрежелері тек Fe3+ тән. Никель(ІІ) гидроксиді тек күшті тотықтырғыштармен сілтілік ортада тотығады:

2Ni(OH)2 + 2NaOH + Br2 → 2Ni(OH)3 + 2NaBr. Бұл металдардың(ІІІ) гидроксидтері қышқылдармен әр түрлі әрекеттеседі:

2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O;

Ал Co(OH)3 + H2SO4 → CoSO4 + O2 + H2O, молекула ішіндегі ТТР,

H2SO4 тотықтырғыш емес.

2Ni(OH)3 + 6НCl → 2NiCl2 + Cl2 + 6H2O. Егер бір элемент бірнеше тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстар түзсе, төменгі тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыс негіздік, жоғары тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыс қышқылдық қасиет көрсетеді, ал аралық тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыс амфотерлі болады. Fe2+ → Fe3+ → Fe6+: FeO – негіздік оксид; Fe2O3 амфотерлі оксид; FeO3 – қышқылдық оксид, бос күйінде бөлініп алынбаған. Сәйкес гидроксидтері: Fe(OH)2 Fe(OH)3 H2FeO4 негіздік, амфотерлі, қышқылдық қасиеттер көрсетеді.

Fe(OH)3 + NaOH →t0 NaFeO2 (феррит) + 2H2O; HFeO2 – темірлі қышқыл. Fe2O3 + Na2CO3 балқытып NaFeO2 + CO2; Амфотерлі болғандықтан

Fe(OH)3 ↓ + 3NaOH → Na3[Fe(OH)6] сулы ортада;

2Fe(OH)3 + 10КOH + 3Br2 → 2K2FeO4(феррат) + 6KBr + 8H2O; HFeO4 – темір қышқылы. Фераттар күшті тотықтырғыштар.

Бейметалдармен қосылыстары тек галогендермен, күкіртпен валенттіліктеріне сәйкес қосылыстар түзеді: 2Fe + 3Cl2→ 2FeCl3;

Co,Ni + Cl2 → ЭCl2. Галогенидтері суда жақсы ериді, гидролизге ұшырайды.

Fe + S → FeS; Э + S → ЭS(Co,Ni) сульфидтері суда ерімейді.

Э(ЭО) + 2HCl → ЭCl2 + (Н2)H2O; ЭF2 ғана суда ерімейді, Co +S→CoS;

CoCl2 + (NH4)2S → CoS↓ + 2NH4Cl.

Сульфаттарын металдарды не оксидтерін сұйытылған күкірт қышылында ерітіп алады: Э (ЭО) + H2SO4(сұйыт.) → ЭSO4 + H2 (H2O);

Ерітіндіден олар кристаллогидрат ретінде бөлінеді: ЭSO4 ×7H2O(купорос):

FeSO4 ×7H2O – ашық жасыл, CoSO4×7H2O – қызыл, NiSO4×7H2O – жасыл. Fe2O3 + 3H2SO4(конц.) → Fe2(SO4)3 + 3Н2О.

Fe2(SO4)3×2О не Fe2(SO4)3×10Н2О;

Нитраттар: 3Э + 8HNO3(сұйыт.) → 3Э(NO3)2 + 2NO + 4H2O;

Э(NO3)2 .2О тек Fe(NO3)3 - те ғана кристаллогидрат белгілі:

Fe + 6HNO3(25%) +6H2O → Fe(NO3)3 ×6H2O + 3NO2 + 3H2O.

Карбонаттар: FeCO3; CoCO3.6H2O; NiCO3.6H2O. Қос тұздар (шениттер): (NH4)2[Fe(SO4)2]; (NH4)2[Fe(SO4)2]×6H2O – Мор тұзы, темірдің +2 тотығу дәрежесі бұл қосылыста тұрақты, ал FeSO4 тұзында +2 тотығу дәрежесі ауа оттегісімен тез тотығады. Ашудастар (NH4)2SO4×Fe2(SO4)3×24H2O; (NH4)2SO4×Co2(SO4)3×24H2O тек темір мен кобальтта белгілі, никельде осындай қосылыстар жоқ; Бұл элементтерді анықтау үшін:

Fe3+ анықтау үшін (сапалық реакция): Fe3+ +NH4CNS → Fe(CSN)3 қызыл;

Ni+2 + диметилглиоксим (Чугаев реактивы) → қызыл↓

Fe2+ + гем →гемоглобин;

Fe(OH)2 сілтілермен әрекеттеспейді, бірақ минералды қышқылдармен әрекеттесіп, тұздар түзеді. Кобальттың(ІІ) гидроксидтері 2 модификация түрінде болады: көк тұнба – α-Со(ОН)2 және β- Со(ОН)2 – алқызыл тұнба.

Сонымен, бұл металдардың қышқыл-негіздік қасиеттерінің, тотығу-тотықсыздану қасиеттерінің өзгеруінде, тотығу дәрежелерінің тұрақтылықтарында белгілі бір заңдылықтар бар. Темірге тұрақтырақ т.д. +3, никельге − +2, ал кобальт қосылыстары үшін +2,+3 т.д. тұрақтылықтары бірдей. Сондықтан кобальт пен темірге аралас оксидтер (Э3О4) түзу тән, никельде аралас оксид жоқ. Барлық d-металдар комплекс қосылыстар түзуге қабілетті. Э(+2) иондары үшін аммиакты комплекстерінің тұрақтылығы Fe – Co – Ni қатар бойынша артады.

[Э(NH3)6]2+ суда ерігенде олар бұзылады:

[Э(NH3)6]2+ + 2Н2О → Э(ОН)2 + 2NH4+ + 4NH3.

Никельдің аммиакты комплексі тұрақты. [Э(ОН)6]3+, [Fe(СN)6]3+; [Fe(СN)6]4+; [Fe(С2O4)3]3+ тағы сол сияқты комплекстері бар. Цианидты комплекстер темір мен кобальтқа тән, тұрақты, бұл комплекстердің бос күйінде комплекс қышқылдары да бар. Цианидты темірдің комплекстері темір(ІІ, ІІІ) анықтауға қолданылады:

4FeCІ3 + 3К4[Fe(СN)6] → Fe4[Fe(СN)6]3 ↓ +12КСІ калийдің гексациано(ІІ) ферраты, темір(ІІІ) үшін реактив, ол көк түсті тұнба түзеді, берлин лазурі деп аталады :

3FeCІ2 + 2К3[Fe(СN)6] → Fe3[Fe(СN)6]2 ↓ +6КСІ, калийдің гексациано(ІІІ) ферраты, темір(ІІ) үшін реактив, ол көк түсті тұнба түзеді, турнбулль көгі деп аталады. Темір топшасы металдары СО-мен қосылып карбонилдер деп аталатын комплекстер түзеді. Олар реакцияға түскіш, улы заттар. Карбонилдер аса таза металдар алу үшін қолданылады.

Қолданылуы: Темір топшасы элементтерінің көбінесе құймалары қолданылады: өндірістің барлық салаларында. Кобальт аса қатты құймалар алуға, никель органикалық синтездерде катализатор ретінде, темір(ІІІ) оксиді бояу жасауға, никельден химиялық қондырғылар жасауға, никель ракета техникасында, темірден жасалған конструкциалық материалдарды никельмен жабуға никель қолданылады

Никель, темір, кобальт иондары микроэлементтер.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Темір топшасы элементтерінің сипаттамаларының жалпы заңдылықтары;

2. Жай заттардың физикалық және химиялық қасиеттері;

3. Табиғатта таралуы және алынуы;

4. Оксидтері, гидроксидтері, қасиеттері;

5. Тұздары, олардың ерігіштіктері, тұздарының гидролизі.

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. Балқытқан кезде жүретін мына реакциялар теңдеулерін аяқтау қажет:

а) Fe2O3+KNO3+KOH→…; б) Fe2O3+KClO3+KOH→…

2. Күкірт қышқылы ортасында K2FeO4 және калий иодиді арасында жүретін реакция теңдеуін жазу керек.

3. Na2CO3 ерітіндісін а) темір(II) сульфаты ерітіндісіне: б) темір(III) сульфаты ерітіндісіне қосқанда қандай процесс жүреді? Реакциялар нәтижесі неге әр түрлі? Реакциялар теңдеулерін жазу керек.

4. 1т 24%-ті K4[Fe(CN)6] ерітіндісін тотықтыру үшін хлордың

(00С және 101,3кПа) қандай көлемі қажет?

5. Аз еритін судағы темір(II) карбонаты ерітіндісі а) оны көміртегі диоксидімен қанықтырғанда; б) ауада тұрғанда қандай құбылыс болатындығын реакция теңдеулерімен көрсету керек.

6. Ішкі сфераны нитрит-ионымен біртіндеп ауыстырып [Co(NH3)6]Cl3 комплексінің К3[Co(NО2)6] комплексіне өтуінің қатарын көрсету қажет.

7. Көмір(II) оксидімен темір, кобальт, никель қандай қосылыстар түзеді? Зарядсыз темір, кобальт, никель атомдарының электрондық структурасына сүйеніп, бұл қосылыстар құрамының әр түрлі болатындығын түсіндіру қажет.

8. Стандартты электродтық потенциалдар мәніне сүйеніп, мына тотықсыздандырғыштардың а) Zn; б) Ni; в) H2S қайсылары (қайсысы) Fe2O3 оксидін бос металға дейін тотықтырады?

9. Домна пешінің әр түрлі бөлігінде жүретін химиялық процестерді көрсету керек. Болат өндірісінде кенге не үшін кальций карбонаты қосылады?

10. 10мл FeSO4 ерітіндісіндегі темір(III)-ке дейін тотықтырылған, сосын гидроксид күйінде тұнбаға түскен. Тұнбаны қақтаған соң, оның массасы 0,4132г болды. Алғашқы ерітіндідегі FeSO4 тұзының молярлы концентрациясын есептеу керек. Жауабы: 0,26моль/л.

11. Мына қатарда Fe(II)-Co(II)-Ni(II) тотығуға тұрақтылығы қалай өзгереді? Ал мына қатарда Fe(III)-Co(III)-Ni(III) тотықтырғыш қабілеттілігі қалай өзгереді?

12. VIIIВ топ элементтерінің горизонталь немесе вертикаль қатарлары қалай бөлінеді? Қай элементтің тотығу дәрежесі топ нөмеріне сәйкес келеді? Платинаны қандай еріткішпен ерітеді? Теңдеуін жазу керек. Платина(II) және (IV) үшін координациялық сан нешеге тең?

13. Fe, Co, Ni стандартты электродтық потенциалдар қатарында қай орында? Осы металдардың қышқылдарға қатынасы. Темір қандай жағдайда және қай қышқылдармен пассивтеледі? Бұл құбылысты түсіндіру керек.

14. Fe, Co, Ni табиғатта көбінесе қандай қосылыстар күйінде кездеседі? Химиялық таза металдарды қалай алады? Темір карбонилі қандай жағдайларда түзіледі? Fe,Co,Ni металдар үшін қандай тотығу дәрежелері белгілі.

15. Темір(II, III) оксидтері мен гидроксидтерінің негіздік қасиеттері бірдей ме? Олардың тұздары гидролизге қалай ұшырайды? FeCl3 ерітіндісі гидролиз әсерінен сары-қоңыр түске боялады, қыздырған кезде ерітінді түсі қоюланады, ал қышқыл қосса, ашықтанады. Неге?

16. Реакция теңдеулерін аяқтау керек:

FeCI3 + Br2 + KOH = …; Ni2O3 + HCI = … ; Ni2O3 + H2SO4 = …;

Ni(OH)3 + H2SO4 = …; Co2O3 + HCI = …;

NiS + HNO3 = NO + …; FeSO4 + KIO3 + H2SO4 = I2 + …;

17. Неге темірдің(ІІІ) сульфиді және иодиді түзілмейді? Реакция теңдеулерін аяқтау керек: a) Fe3+ + I- = , б) Fe2(SO4)3 + (NH4)2S = .

18. Fe2O3 сутегімен тотықсыздандыру мына теңдеумен жүреді:

Fe2O3 + 3H2 = Fe + 3H2Oбу . ∆Н = +96,61кДж болса, стандартты жағдайда бұл реакция жүре ме? ∆S = 0,1387кДж/моль.К. Fe2O3 тотықсыздануы қай температурада басталады?

19. Электронды-иондық теңдеу бойынша жүйенің коэффициенттерін қою керек: Fe3+ + I- + H2O ↔ Fe2+ + IO3- + H+. Стандартты электродтық потенциалдар

мәнін пайдаланып тура әлде кері реакция жүретіндігін анықтау керек.

0Fe3+ / Fe2+) = +0,77в; (Е0IO3- / I- ) = +1,09в.

20. Мына өзгерістерді жүзеге асыратын реакциялар теңдеулерін жазу керек: а) FeS2 → Fe2O3 → Fe → FeCI2 → Fe(CN)2 → K4[Fe(CN)6] → К3[Fe(СN)6] . б) Co2O3 → Co → Co(NO3)2 → Co(OH)2 →Co(OH)3 → CoCI2 → CoCI3.

в) NiO → Ni → Ni(NO3)2 → Ni(OH)2 → Ni(OH)3 → NiCI2 .

VIIB топша элементтері. Элементтердің жалпы

сипаттамасы. Марганецтің оттекті қосылыстары,

ерекшеліктері. Рений қосылыстары, қасиеттері, қолданылуы

Жетінші топтың қосымша топшасының d- элементеріне марганец, рений, технеций жатады. Марганец, технеций және рений – толық электрондық аналогтар.

Mn, Tc, Re (n-1)d5ns2 электрондық формалары, d5 – жартылай толған d –орбиталь тұрақты, соңдықтан бұл элементтерге +2 тотығу дәрежесі көбірек тән. Mn … 3d54s2; Tc…4d55s2; Re … 5d56s2. r=0,130нм; 0,136нм; 0,137нм сәйкесінше.

Радиусына байланысты қараса, Tc мен Re қасиеттері ұқсас болуы керек.

Tc – жасанды элемент, жер қыртысында жоқ. Жер қыртысында Mn~9.10-2% (темірден кейін), Re – 1.10-7 % кездеседі.

tб0С 1244; 2200; 3180

ρ, г/см3 7,44; 11,49; 21,04

EЭ2+/Э,в -1,18; 0,4; ЕЭ+3/Э 0,3 (рений үшін)

Марганец пен ренийдің +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7 тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстары бар. Карбонилдерде Mn пен Re тотығу дәрежелері ноль болады. Марганец үшін +2, +4, +7 тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстары көбірек. Рeнийдің +7 тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстары тұрақты;

Tc+4, +6, +7 тотығу дәрежесі көбірек тән.

Кездесуі. MnO2×хH2O – пиролюзит, Mn көбінесе темірмен бірге оксидтер, карбонаттар, сульфидтер кендерінде кездеседі. Mn3O4 – гаусманит, Fe3O4-пен бірге; Mn2O3×Fe2O3 – биксбит; MnCO3 – родохрозит FeCO3 – сидеритпен бірге, MnS – марганец алдамышы FeS – пирротинмен бірге, MnS2 – марганец колчеданы FeS2 колчеданмен бірге. Re молибден, вольфрам, платина кендерінде қоспа ретінде кездеседі, өзінің кені жоқ.

Алынуы. Марганецті пиролюзиттен, гаусманиттен, алдын ала өртелген карбонатты және сульфатты кендерінен алюминиймен тотықсыздандырып алады:

3Mn3О4 (2MnO.Mn2O3) + 8Al→ 4Al2O3+ 9Mn – алюмотермия

Рений – сирек металл, өзінің кені жоқ болғандықтан, оны мыс, молибден-вольфрам өндірісіндегі қалдықты байытып, жоғарғы оксидіне Re2O7 айналдырып, сілті ерітіндісімен өңдеп, перренатқа айналдырады да, сутегімен тотықсыздандырады:

Re2O7 + 2KOH → 2KReO4 (перренат) + H2O

2KReO4 + 7H2 → 2Re (ұнтақ) + 2KOH + 6H2O

Re ұнтағын →t0(доға) металл кесегіне айналдырады.

Молибденді немесе рутенийді атқылап, технецийді алады:

9842Mo +10n(нейтрон)→9942Mo→-ß 9943Tc

10444Ru +10n→10443Tc+11H

Ядролық реакторларда 1кг плутонийден (Pu) 25г Tc алады.

Қолданылуы: Mn қара, түсті металлургияда легирлеуші металл ретінде; Tc – нейтрондарды жұтқыш ретінде, катализаторлар құрамына қосылады, радиациялық диагностикада қолданылады; Re – электроникада, Тб(балқу температурасы) үлкен болғандықтан, ыстыққа төзімді құймалар құрамына кіреді, соңдықтан ұшақтар мен ракеталардың бөлшектерін жасайды. Калий перманганаты медицинада, аналитикалық химияда, шарап өндірісінде қолданылады. Марганец микроэлемент.

Физикалық және химиялық қасиеттері: Бұл металдар қиын балқитын, ақ жылтыр, ауыр металдар. Марганец электродтық потенциал мәні бойынша активті металл, бірақ беті оксидті қабатпен жабылып тұратындықтан, активтігі біршама төмен, ал рений мен технеций кернеу қатарында сутегіден кейін орналасқан. Егер ұсақтаса, марганец судан сутегіні бөліп шығарады. Осы үш металл да бөлме температурасында ауада берік. Марганец қыздырған кезде ауада жанады: 3Mn + 2O2(ауа) →t0 Mn3O4.

Технеций мен ренийді 3000С-қа дейін қыздырса, жоғары оксидтерін түзіп, тотығады: Tc, Re+O2300C Э2O7;

Марганец тотықтырғыш болмайтын сұйытылған қышқылдармен шабытты әрекеттеседі:

Mn+2HCl (конц., сұйық), H2SO4(сұйыт.)→ H2 +MnCl2, MnSO4 ;

Tc, Re + HCl, H2SO4 (сұйытылған) → реакция жүрмейді, себебі Е>0.

Сұйытылған азот қышқылында марганец +2 тотығу дәрежесіне дейін, ал технеций мен рений жоғары тотығу дәрежелеріне дейін тотығады:

Mn + 4HNO3(сұйық) → Mn(NO3)2 + 2NO + 2H2O;

2Tc, Re+7HNO3 →HЭO4 +7NO+2H2O реакция нәтижесінде HTcO4 – технеций және HReO4 – рений қышқылдары түзіледі.

Сонымен, қышқыл ортада марганец үшін +2, технеций мен рений үшін +7 тотығу дәрежелері тұрақты, сондықтан марганецтің жоғары тотығу дәрежесі қышқыл ортада тотықтырғыш, технеций мен ренийдің төменгі тотығу дәрежелері тотықсыздандырғыштар болады. Сілтілік ортада бұл үш элемент те тұрақты.

Марганец галогендермен шабытты әрекеттеседі, ал қыздырғанда басқа да бейметалдармен әрекеттеседі:

Mn + Г2 → MnГ2;

Mn + S = MnS;

3Mn + 2P = Mn3P2;

1000С температураға дейін қыздырса, рений мен технеций фтормен, хлормен, ал 3000С температурадан жоғары болса, броммен әрекеттеседі:

Tc, Re + Г2 Э2Г7. Йодпен реакцияға түспейді. Тек өте жоғары температурада ғана рений мен технеций басқа бейметалдармен реакцияға түседі.

Марганецті тотығу дәрежесіне байланысты оксидтер мен гидроксидтердің қышқыл- негіздік қасиеттерінің өзгеруін көрсететін «модельді» элемент ретінде қарауға болады. Элемент төменгі тотығу дәрежесінде негіздік, жоғары тотығу дәрежесінде қышқылдық қасиет көрсетеді:

MnO, Mn2O3 және Mn(OH)2, Mn(OH)3 – негіздік; MnO2, Mn2O5 және MnO(OH)2, Mn(OH)4 – амфотерлік; MnO3, Mn2O7 және H2MnO4, HMnO4 қышқылдық .

Сонымен бірге тотығу дәрежесіне байланысты марганец бойынша элементтердің тотығу-тотықсыздану қасиеттерінің өзгеруін және тотығу дәрежелеріне әр түрлі орта әсерінен де көруге болады.

MnO4- + 5e- + H+ → Mn2+ + 4H2O, түссіз ерітінді

MnO4- + 1e- + OH- → MnO42-, жасыл ерітінді

MnO4- + 3e- + H2O → MnO2, қоңыр тұнба

Қосылыстары: Оксидтері және гидроксидтері

Марганецтің мына оксидтері белгілі: MnO, Mn2O3, MnO2, Mn2O7

MnO – табиғи пиролюзиттен, марганецтің оксалаты мен карбонатын термиялық айырып алады: MnO2 + H2 → MnO + H2O;

MnСO3 → MnO + СО2.

4MnO2300C 2Mn2O3+O2 – ауада қыздырып алады.

Марганецтің жоғарғы оксидін алу:

2KMnO4+2H2SO4 (конц.)→Mn2O7 (жасыл сұйық зат)+2KHSO4+H2O

Технеций мен ренийді оттегіде қыздырғанда бірден олардың жоғары тотығу дәрежесіне сай оксидтері түзіледі: Тс,Re+O2t0 Э2O7.

Төменгі тотығу дәрежесіне сай ренийдің оксиді былай алынады:

Re2O7 + CO → 2ReO3(қызыл ұнтақ) + CO2, бірақ ол тұрақсыз, диспропорциялану реакциясына түседі:

3ReO3 t0 Re2O7+ ReO2 – вакуумда қыздырғанда бұл реакция жүреді, одан ренийдің +6 тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстарының тұрақсыздығы көрінеді. Бұл элементтердің тек жоғары тотығу дәрежесіне сәйкес оксидтері ғана суда ериді:

Э2O7 +H2O→HЭO4, марганец, рений, технеций қышқылдары.

HMnO4→HTсO4→HReO4 күші азаяды, себебі металдық қасиет артады, бірақ беріктілігі артады. HMnO4 күші HCl күшіне жақын, яғни диссоциацияға толық түседі. Бұл қышқылдар тұздары перманганат, пертехнат, перренат деп аталады. HMnO4 ерітіндіде 20% болады, жоғарырақ концентрациясы оттегіні бөліп, айрылады. Сілтілік ортада Н2ЭO4 қышқылы тұрақтырақ, тұздары манганат, технат, ренат деп аталады. Бейтарап, қышқыл ортада диспропорция реакциясына түседі: 3ЭO42- + 2H2O → 2ЭO4- + ЭO2 + 4OH-.

Н2ЭO4 – бос күйінде жоқ, тек тұздары ғана болады. Олар былай алынады:

2KMnO4 + Na2SO3+ 2KOH → 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O; ЭO42- – жасыл, MnO4- қызыл, TcO4- қызыл-сары, ReO4- – түссіз.

MnO2 + KOH + O2 → K2MnO4 + H2О; Re + KOH + O2 → K2ReO4 + H2O

Рений мен технецийдің диоксидтерін олардың аммоний пертехнаттары мен перренаттарын айырып алады:

2NH4ЭO4 = 4H2О + N2 + 2ЭO2, бірақ бұл оксид те қыздырғанда ауада диспропорцияланады: 7ЭO2 t02O7 + 3Э.

ЭO2 суда ерімейтіндіктен олардың гидроксидтерін жанама жолмен алады:

2Mn(OH)2 + О2 + 2H2O = 2Mn(OH)4. Э(OH)4 – амфотерлі гидроксид, тұздары манганиттер, рениттер деп аталады.

Зертханада калий перманганаты O2 алу үшін қолданылады:

2KMnO4 t0 K2MnO4 + MnO2 + O2.

MnO2 (қышқылдық қасиет) + BaO(негіз) →BaMnO3 (гаусманит) . +5 тотығу дәрежесіне сәйкес қосылысты былай алады:

KMnO4+K2SO3+2KOH→ K3MnO4+K2SO4+H2O; K3MnO4 көгілдір қосылыс, гипоманганат, ерітіндіде оңай диспропорцияланады:

2Na3MnO4 + 2H2O = MnO2 + Na2MnO4 + 4 NaOH.

Сол сияқты ренийдің де гипоренаты бар:

2ReO2 + NaReO4 + 2NaOH = 3NaReO3 + H2O.

Э(ОН)4 амфотерлі қосылыстар: Mn – Tc – Re қатары бойынша қышқылдық қасиеттері азаяды. Олардың тұздары манганиттер, рениттер деп аталады. Табиғи қосылысы гаусманит: Mn(OH)2 + Mn(OH)3 бұл гидроксидтер көбірек негіздік қасиет көрсетеді. Бұл металдар күкіртпен де стехиометриялық қосылыстар береді: MnS, MnS2, Re2S7, Tc2S7.

Тұздары: Mn2+ тұздары суда жақсы ериді, тек MnCO3, Mn3(PO4)2 ерімейді. Суда еритін тұздары кристаллогидраттар түзеді. Марганец көптеген комплекс қосылыстар түзеді:[Mn(H2O)6]SO4, K4[MnCI6], Na4[Mn(NO3)6], Na3[Mn(CN)6]. Сонымен бірге карбонилдері де белгілі, онда элементтердің тотығу дәрежелері ноль болады: Э2(СО)10.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Перманганаттың реакция ортасына байланысты тотығу дәрежесінің өзгеруі, мысалдар келтіріңіздер.

2. Марганецтің тотығу дәрежесіне байланысты оксидтерінің, гидроксидрерінің қасиеттерінің өзгеруін көрсететін реакциялар теңдеулерін жазыңыздар.

3. Рений қосылыстарын алу, қасиеттері.

4. Технецийді алу, оның қосылыстарының қасиеттері.

5. Марганец, рений элементтерінің табиғаттағы қосылыстары және оларды алу.

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. Марганец топшасы және галогендер атомдарының құрылысымен салыстырғандағы айырмашылықты көрсету керек. Қай тотығу дәрежесінде бұл элементтердің қасиеттерінде ең жақын ұқсастықты көруге болады?

2. Массасы 7,60г FeSO4 бейтарап және қышқыл ерітінділерде тотығуы үшін қажет калий перманганатының массасын есептеу керек.

Жауабы: 2,63г; 1,58г.

3. Марганец қосылысының а) тотықтырғыш; б) тотықсыздандырғыш;

в) тотықтырғыш та, тотықсыздандырғыш та бола алатындығын көрсететін реакциялар теңдеулерін жазу керек.

4. Мына реакциялар теңдеулерін аяқтау керек: а) KMnO4+K2SO3+H2SO4

б) KMnO4+K2SO3+KOH → в) KMnO4+K2SO3+H2O→

5. Бір мезгілде мына иондар болатын ерітінділерді дайындауға бола ма: Sn2+ және Hg2+; Sn2+ және Fe3+; SO32- және MnO4-; Cr2O7 2- және SO4 2-? Қай иондар тобы бірге бола алмайды және неге?

6. Калий перманганатының термиялық айрылу реакциясының теңдеуін жазу керек. Бұл реакция тотығу-тотықсыздану реакциясының қай типіне жатады?

7. Күкірт қышқыл ерітіндісінде 40мл 0,12н KMnO4 ерітіндісі неше грамм FeSO4 ×7H2O тұзын тотықтыра алады? Жауабы: 1,334г.

8. Металл рений алу үшін KReO4 немесе NH4ReO4 тұздарын сутегі қатысында қыздырады, екінші реактив қатысуы жағдайында азот бөлінеді, реакция теңдеулерін жазу керек.

9. Тұз қышқылы 1кг MnO2 оксидімен әрекеттескенде хлордың қанша көлемі (170С және 99,3кПа) бөлінеді? Жауабы: 279л.

10. 87% MnO2 оксиді бар 100кг пиролюзиттен K2MnO4 тұзының қанша мөлшерін алуға болады? Оның шығымы 60% -ті құрайды. Осы алынған K2MnO4 массасын KMnO4 тұзына дейін тотықтыру үшін 1000А тоқты неше сағат өткізуге болады? Жауабы: 118,2кг; 16,1сағ.

11. Рений қышқылын алу үшін азот қышқылында ренийді ерітеді, реакция теңдеуін жазу керек.

12. Рений (VII) оксиді, рений қышқылы және калий перренаты қасиеттерін марганецтің сәйкес қосылыстарымен салыстыру керек. Кернеу қатарында Mn, Te, Re қалай орналасқан? Қышқылдармен қалай реакцияға түседі? Бұл элементтердің тотығу дәрежесі өскен сайын оксидтертері мен гидроксидтерінің қасиеттері қалай өзгереді?

13. KMnO4 қосылысынан оттегі алу реакциясының теңдеуін жазу керек. KMnO4 және MnSO4 ерітінділері арасында жүретін диспропорциялану реакциясының теңдеуі. [MnCl6]2- және [CrCl6]3- комплекстерінің магниттік қасиеттері неге бірдей?

14. Құрамында 12% қоспасы бар 4,35кг техникалық MnO2 қосылысынан K2MnO4 алу үшін калий селитрасының қанша массасы жұмсалады?

Жауабы: 4,45кг.

15. Марганец, рений, технеций сұйытылған қышқылдармен қалай әрекеттеседі? Мына реакциялардың электрондық, молекулалық теңдеулерін жазу керек: а) Mn + HCI = …, б) Tc + HNO3 = …, в) Re + HCIO4 + H2O = …

16. Неге марганец(VІ) диспропорциaлану реакциясына түседі? Мына реакциялардың электрондық, молекулалық теңдеулерін жазу керек:

a). K2MnO4 + H2O = …, б). K2MnO4 + H2SO4 = …, в). MnO3 + H2O = …,

17. Мына өзгерістерді іске асыратын реакциялар теңдеулерін жазу керек: Mn3O4 → Mn → MnCI2 → Mn(OH)2 → Mn(OH)4 → MnO2 → K2MnO4.

18. Ренийге қай т.д. көбірек тән? Реакциялардың электрондық және

молекулалық теңдеулерін жазу керек: а). Re + H2O2 = …, б). ReO3 + HNO3 = …

VIB топша элементтері. Элементтердің жалпы

сипаттамасы. Алынуы, қасиеттері. Тұздарын алу

және олардың қасиеттері, қолданылуы

Периодтық жүйенің VIB топшасында хром, молибден, вольфрам орналасқан. d5 – орбиталь тұрақты болғандықтан бұл элементтерде (n-1)d4ns2 электрондардың: хромның 3d44s2 болу керек орбитальдардағы электрондар 3d54s1; 4d45s2 Мо үшін 4d55s1 болып 1 электрон «секіреді». Вольфрамда валентті электрондық конфигурациясы аяқталған 4f14- қабаттан соң болғандықтан 4f145d46s2 қалады.

Жер қыртысында Cr 2.10-2%; Мо, W~10-4% кездеседі. Табиғатта бұл элементтер қосылыс күйінде ғана кездеседі және өздерінің кендері бар. Хромның ең көп тараған минералы – хромит FeO.Cr2O3, маңыздылығы бойынша екінші минералы – қорғасын хроматы PbCrO4. Молибденнің көбірек тараған минералы – MoS2 – молибден жылтыры. Вольфрам табиғатта екі валентті металдардың вольфраматы ретінде кездеседі. CaWO4 – шеелит, PbWO4 – штольцит, FeхMn1-x WO4 – вольфромит, WS2 вольфрам жылтыры, молибден жылтырымен бірге болады.

Алынуы: Тұздарының балқымасы →эл-з Э:

2ЭСІ3 балқымасы →эл-з 2Э + 3СІ2

Э2О3+C(карботермия) → 2Э + 3СО;

Э2О3+ (АІ, мырыш) металотермия → 2Э +АІ2О3 (ZnO).

Таза металдары Э2О3 + Al,H2 → 2Э + АІ2О3, Н2О;

Қолданылуы: Хром, молибден, вольфрамды металлургияда арнайы болаттар алу үшін қолданады, легирлеуші компоненттер реінде қосылады, сонда болаттың беріктілігі артады. Никель мен хром құймасы (нихромдар) қиын балқитындықтан олардан 1100-12000С температураға шыдайтын бөлшектер жасап, пештерде қолданады. Вольфрамның балқу температурасы өте жоғары болғандықтан электр шамдарының сымы ретінде қолданылады. Хром(ІІІ) оксиді жасыл түсті, сондықтан бояуларға қосылады. Хром(ІІІ) ашудастары не сульфаттары тері өндірісінде қолданылады.

Физикалық және химиялық қасиеттері. r0 сәйкесінше: 0,127; 0,139; 0,140 нм болғандықтан, вольфрам мен молибден қасиеттері ұқсас. Тб 1875; 2620; 33950C. Ауыр металдар, вольфрам – ең қиын балқитын металл.

ЕЭ3+/Э = -0,744В (хром); -0,20В (молибден). Кернеу қатарында бұл екі металдар сутегіге дейін тұр. Бұл металдардың сыртында жұқа оксид қабаттары болғандықтан (Cr2O3, WO3, MoО3) элементтер инертті, яғни суда, ауада өзгеріске ұшырамайды, оксидтік қабатты еріткен соң реакцияға түседі:

Э(Cr,Mo) + HCl(H2SO4)→ ЭCl3(Сr2(SO4)3) +H2 Бұл элементтер қышқылдар қоспасында жақсы ериді, егер бір қышқыл тотықтырғыш болса:

Э + 6HNO3 + 8HF → H2[ЭF8] + 6NO2 + 6H2O.

Суық жағдайда концентрлі азот, күкірт қышқылдары және патша арағы хромды пассивтендіреді; ал ыстық концентрлі қышқылдар хромды хром(ІІІ) тұздарына дейін, молибденді – молибден қышқылына дейін тотықтырады:

2Cr + 6H2SO4 = Сr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Mo + 2HNO3 + H2O = H2MoO4 .H2O↓ +2NO.

Вольфрам тек патша арағында және қышқылдар қоспасында (HNO3+3HF) ғана ериді. Тотықтырғыштар қатысында сілтілер балқымасында бұл элементтер өте жақсы ериді:

Э + 3NaNO3 + 2NaOH = Na2ЭO4 + 3NaNO2 + H2O, хроматтар, вольфраматтар, молибдаттар түзіледі. Бұл элементтердің ұнтақтары ауада жақсы жанады: Э+ O2→ Cr2O3, MoО3, WO3.

Элементтердің осындай оксидтер түзуінен мынандай қорытынды жасауға болады: хромның жоғарғы тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстары тотықтырғыштар, ал молибден мен вольфрамның төменгі тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстары тотықсыздандырғыштар болады.

Хром топшасы элементтері қыздырған кезде галогендермен, халькогендермен, пниктогендермен (тек висмутпен әрекеттеспейді), IVA топшасының бейметалдарымен, бормен әрекеттеседі. Төменгі тотығу дәрежелеріне сәйкес стехиометриялық қосылыстар түзеді. Сонымен, хром және оның аналогтары – біршама активті металдар.

Қосылыстары: Бұл металдар +2, +3, +4, +6 тотығу дәрежелеріне сәйкес қосылыстар береді, бірақ хромда CrO, Cr2О3, СrО2, СrО3 оксидтері болса, молибденде тотығу дәрежелері +4, +5, +6 сәйкес МоО2, Мо2О5, МоО3 оксидтері бар, ал вольфрамда тек екі оксид болады: WO2, WO3 тотығу дәрежелері сәйкесінше +4 және +6.

CrO – негіздік қасиет көрсетеді, қара түсті, гидроксидін айырып алады.

Тұзына сілті қосып сары түсті гидроксидін алады:

CrCl2+2NaOH→ Cr(ОН)2 + 2NaСІ;

Cr2+ қосылыстары тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді:

2CrCl2 +2НСІ → 2CrCl3 + H2; Ауа оттегісімен өте оңай тотығады:

4CrCl2 +4НСІ + О2 → 4CrCl3 + 2H2О;

Cr2+ қосылыстары суды да айырады:2CrCl2 +2 Н2О → 2CrОНCl2 + H2;

Cr(ОН)2 негіздік қасиет көрсетеді, қышқылдарда ериді.

Вольфрам мен молибденнің +2, +3 тотығу дәрежелеріне сәйкес оксидтері және гидроксидтері жоқ, себебі олар тұрақсыз, диспропорциялану реакцияларына түседі.

Хром (+3) оксиді жасыл түсті ұнтақ, суда, қышқылдарда, сілтілерде ерімейді. Зертханада аммоний бихроматын айырып алады:

(NH4)2Cr2O7 t0 Cr2О3 + N2 + 4H2O – молекула ішіндегі тотығу-тотықсыздану реакциясы.

Cr(ОН)3↓ соңдықтан жанама жолмен алады:

CrCl3 +3NaOH →↓Cr(ОН)3 + 3NaСІ;

Cr2(SO4)3 + 6NH4OH→↓2Cr(ОН)3 + 3(NH4)2SO4.

Cr2О3 – оксиді де амфотерлі. Амфотерлі гидроксид: Cr(ОН)3 ↔ НСrO2 сондықтан қышқылмен де, сілтімен де әрекеттеседі:

Cr(ОН)3 ↓+3HCl→ CrCl3 + 3H2O;

Cr(ОН)3 ↓+3NaOH → Na3[Cr(OH)6].

МоО3 пен WO3 былай алынса: Э + О2 → ЭО3, СrО3 элементтерден алынбайды, ол мына реакция арқылы алынады:

K2Cr2O7 + H2SO4конц.→ K2SO4 + 2СrО3(қызыл кристалл) + H2O.

Хромның(VІ) қосылыстары улы. ЭO3+H2O→↓H2CrО4 – хром қышқылы;

↓H2МоО4 – молибден қышқылы; ↓H24 –вольфрам қышқылы, осы қатар бойынша H2CrО4 – H2МоО4 – H24 күштері әлсірейді, әлсіз қышқылдар. Тұздары: CrО4 2- сары, МоО42-, WО42- – түссіз, хромат, молибдат, вольфрамат.

H2МоО4 және H24 аздап амфотерлік қасиет көрсетеді, олар күшті қышқылдармен әрекеттескенде:

ЭО2(ОН)2 + 2НСІ = ЭО2СІ2 + 2H2O, сонда комплекс катион ЭО22+ хромил, молибденил, вольфрамил алынады. Оларды ЭГ6 гидролизі арқылы да алады:

ЭСІ6 + 2H2O ↔ ЭО2СІ2 + 4НГ.

Хром (+6) қосылыстары сілтілік ортада сутегі пероксидімен әрекеттесіп көк түсті хром пероксидін түзеді:

Н2CrО4 +2H2O2 → 3H2O + CrО5(СrО3+ O2) пероксид.

VIB топша элементтері жоғары тотығу дәрежелерінде полиқосылыстар түзеді. Ерітінді концентрациясы өскен сайын дихромат Cr2О72 тоқ сары, сосын трихромат Cr3О102- – қызыл, тетрахромат Cr4О132- – қызыл-қоңыр болады, қышқылдары тұрақсыз, тұздары бар: дихромат суда жақсырақ ериді:

H2O+ Cr2О72- (тоқ сары)↔ 2 CrО42- (сары) )+ 2H+, қышқыл ортада тепе-теңдік солға ығысады, сулы не сілті ортада – оңға ығысады.

K2Cr2O7 + 2КОН→2К2CrО4 +H2O;

К2CrО4 + H2SO4→ K2Cr2O7+ K2SO4 + H2O.

Хроматтар күшті тотықтырғыштар, әсіресе қышқыл ортада. Бөлме температурасында HI, H2S, H2SO3 және олардың тұздарын, ал қыздырғанда HCI, HBr да тотықтырады:

K2Cr2O7+ 14HСI → 2KCI + 2СrCI3 +7H2O +3CI2.

W, Мо элементтері де изополиқышқылдар (NH4)6Mo7O24; Na10W12O41 және гетерополиқышқылдарын түзеді: (NH4)3(PMo12O40) не (NH4)3[ P(Mo3O10)4], тұздары аммоний фосфомолибдаты.

Хром топшасы элементтері галогендермен, халькогендермен әрекеттесіп, Э3+ тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстар береді:

Э+Г2→ ЭГ3;

Э + S → Э2S3.

Cr3+ тұздары кристаллогидраттар түзеді, галогенидтері, нитраттары, сульфаттары суда жақсы ериді, гидролизге ұшырайды. Фосфаты, сульфиді, фториді суда ерімейді. Хромкалий ашудастары KCr(SO4)2∙12H2O тері өндірісінде қолданылады. Хром(ІІІ) катионды, анионды комплекстер түзеді: [Cr(ОН)6 ]3-, [Cr(NH3)6 ]3+.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Хромның тотығу дәрежесіне байланысты қосылыстарының қасиеттерін көрсететін реакциялар теңдеулерін жазу керек.

2. Элементтердің қышқылдарының қасиеттерінің өзгеруі, сәйкес тұздарын алу, гидролиз процестерінің теңдеулерін жазу керек.

3. Қосылыстарының қолданылуы.

4. Хром топшасы элементтерінің қатысында жүретін тотығу-тотықсыздану реакцияларына мысалдар келтіріп, теңдеулерін жазу керек.

5. Хром топшасы элементтерінің комплексті қосылыстарын жазып, тұрақсыздық константаларының мәндері арқылы салыстыру керек.

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. Хром, молибден және вольфрам периодтық жүйенің VI тобында орналасуын түсіндіру керек. VIB және VIА топша элементтеріндегі ұқсастықты көрсету керек.

2. Хромның қасиеттерін: а) атом құрылысы мен периодтық жүйеде орналасуына байланысты; б) хромның ауаға, суға және қышқылдарға қатысын; в) оксидтері мен гидроксидтерінің құрамы мен сипатын көрсету қажет.

3. Хром(VI) қосылыстарының тотықтырғыш қасиеті қандай ортада (қышқыл ортада әлде сілтілік ортада) көбірек көрінеді? Хром(Ш) қосылыстарының тотықсыздандырғыш қасиеттері ше? Осы жағдайларды түсіндіру керек.

4. 1кг ашудас (квасцы) алу үшін K2Cr2O7 массасын есептеу керек. Жауабы: 294,7г.

5. Мына өзгерістерді Cr2O3 → K2CrO4 → K2Cr2O7 → Cr2(SO4)3 → K3[Cr(OH)6] қалай жүргізеді?

6. 500мл K2Cr2O7 ерітіндісін күкірт қышқылы қатысында тотықсыздандыру үшін 560мл H2S (00C және 101,3кПа) жеткілікті болса, осы ерітіндінің нормальды концентрациясы қанша болғаны? Жауабы: 0,1н.

7. VI топтың d- және р- элементтер атомдарындағы электрондардың конфигурациясын көрсету керек. Олардың мына қасиеттері сәйкес келе ме: а)валенттілік электрондар сандары; б) валенттілік АО сандары; в) максимал тотығу дәрежелері?

8. Стандартты электродтық потенциалдар мәндері Cr, Мо, W элементтерінің қышқылдарға қатынасын қалай анықтайды?

9. Вольфрамның а) ыстық балқытқыш және азот қышқылдары қоспасымен;

б) тотықтырғыш қатысында сілтімен, мысалы NaNO2 балқытқан кездегі жүретін реакциялар теңдеулерін жазу керек. Na2CO3 пен Fe(CrO2)2 қосылыстарын ауада балқытқанда натрий хроматын алу реакциясының теңдеуін жазу керек.

10. Аквакомплекстердің [Cr(H2O)6] 2+ және [Cr(H2O)6] 3+ түстері қандай? CrСl3×6H2O қосылысының жағдайларға байланысты ерітінділерінің түсі күлгін, ашық жасыл және қою жасыл түсті болады? Неге?

11. Мына реакцияларды аяқтау керек: а)CrSO4 + O2+H2SO4 → б)CrCl2+O2+HCl→ в) CrSO4 + O2+H2O→ г) [Cr(H2O)6]2+ +O2

12. Аммоний дихроматы мен аммоний вольфраматы термиялық айрылғанда қандай оксидтер алынады? Неге реакцияларда айырмашылық бар?

13. Хром(Ш) тұздары ерітіндісіне сульфид- не карбонат-иондарын қосқанда құрамдары бірдей тұнбалар түседі. Неге? Хром(Ш) гидроксидінің тұнбасы неге сілтінің артық мөлшерінде ериді, сосын сұйылтқанда немесе ерітіндіні қайнатқанда қайтадан неге тұнба түзіледі?

14. Сулы ортада хромат пен дихромат-иондары қандай тепе-теңдік жүйе түзеді? Қышқыл не сілті қосқанда тепе-теңдік қалай ығысады? Барий тұздары ерітіндісіне K2Cr2O7 қосқанда неге BaCrO4 тұнбасы түзіледі?

15. Егер сулы ортада мына иондар NO2-, Cr2O72-, H+, NO3 - болса, олардың арасында реакция жүруі мүмкін бе?

16. Мына оксидтердің CrO3, MoO3, WO3 қайсысы а) суда ериді; б) қыздырғанда айрылады және в) күшті тотықтырғыш болады? Мына қышқылдардың H2CrO4, H2MoO4, H2WO4 қайсысы ақ ұнтақ күйінде не тек ерітіндіде бос күйінде болады?

17. Хромның изополиқышқылдарының жалпы формуласын жазу керек. Олар қандай ортада түзіледі? 2 және 3 хром атомы бар полиқышқылдарының графикалық формулаларын жазыңдар.

18. 200мл 0,1моль/л [Cr(H2O)5Cl]Cl2 ерітіндісінен хлорид-иондарын тұнбаға түсіру үшін қанша күміс нитраты қажет? Жауабы: 6,8г.

19. 5,6л (қ.ж.) хлор КCr(SO4)2 ерітіндісімен әрекеттесу үшін концентрациясы 2моль/л КОН ерітіндісінің қанша көлемі жұмсалады? Жауабы: 667мл.

20. 200г хром(Ш) сульфатымен әрекеттесуге концентрациясы 2моль/л КОН ерітіндісінен қанша көлем және 3%-ті Н2О2 (ρ=1г/мл) ерітіндісінен қанша көлем қажет болады? Жауабы: 2,55 және 1,73л.

21. K2Cr2O7 ерітіндісінің эквивалентінің молярлы концентрациясы0,25моль/л. Қышқыл ортада (қандай қышқыл) иодид-ионы мөлшері 0,01моль болатын KI ерітіндісімен әрекеттесу үшін K2Cr2O7 ерітіндісінің қандай көлемі қажет? Жауабы: 40мл.

22. Көлемдері бірдей және концентрациялары 0,01моль/л болатын K2CrO4 және BaCl2 ерітінділерін араластырса, тұнба түзіледі ме? Жауабы: түзіледі.

23. Мына өзгерістерді Cr → CrCI2 → CrCI3 → Cr(OH)3 → K3[Cr(OH)6] →K2CrO4 → K2Cr2O7 → Cr2(SO4 )3 → K3[Cr(OH)6] қалай жүргізеді?

24. Мына өзгерістерді WO3 → W →WO3 → Na2WO4 → H2WO4 →W2O5 қалай жүргізеді?

25. Мына өзгерістерді Mo → MoO3 → Mo → Na2MoO4 → H2MoO4 →(MoO2)SO4 қалай жүргізеді?

Ванадий тобы элементтері, алу, қасиеттері, қолданылуы.

VB топша элементтерінің физикалық және химиялық қасиеттері. Оксидтері, гидроксидтері, амфотерлі қасиеттері

Ванадий тобына ванадий, ниобий және тантал кіреді. Бұлардың валенттілік электрондық конфигурациясы – (n – 1)d3ns2, тантал атомдарының валенттілік орбитальдары алдында (n – 2)f14 қабаты орналасқан, сондықтан тантал мен ниобий радиустары жақын 0,145нм(Nb), 0,146нм (Ta), бұл жағдай олардың химиялық қасиеттерінің ұқсастығын түсіндіреді.

Скандий және титан тобы сияқты ванадий тобындағы металдар - үлкен периодтардың жұп қатарларының элементтері.

Бұл қосымша (VВ) топшадағы металдардың негізгі топшадағы элементтермен ұқсастығы жоғары валентті қосылыстарында, бұлардың сыртқы қабатындағы электрон саны аз болғандықтан (1-2) металдық қасиеттері басым. Бұлардың төменгі тотығу дәрежесін көрсететін қосылыстарына негіздік қасиет тән болады да,

жоғары тотығу дәрежесін көрсететін қосылыстары қышқылдық қасиет көрсетеді. Оларға сәйкес қышқылдары және тұздары бар. Топ бойымен жоғарыдан төмен қарай жоғары тотығу дәрежесінің (+5) тұрақтылығы артады, электртерістік кемиді, яғни металдық қасиеттері күшейеді.

Бұл үш металдың үшеуі де өте маңызды металл болғандықтан, алу технологиясы қиын болғанымен, оларды бос жеке күйде алуға тырысады. Үшеуін де таза түрде алюмотермия (металлотермия); карботермия әдістері арқылы оксидтерінен; галогенидтерінен сутегімен тотықсыздандырып; тұздарының балқымаларын электролиздеп, алуға болады:

2O5 + 10Al = 5Al2O3 + 6Э;

2ТаСІ3 + 3Н2 = 2Та + 6НСІ.

Алюминийдің орнына кальций не магний алса тотықсыздану процесі жақсырақ өтеді. Жер қыртысында ванадий – 1,5∙10-2, ниобий 1∙10-3, тантал 2∙10-4 мас.үлес, % таралған. Олар темір және полиметалл кендерінде, фосфорит, апатит құрамында кездеседі.

Физикалық және химиялық қасиеттері. Ванадий,ниобий жане тантал жылтыраған сұр түсті металдар, балқу температуралары жоғары. Кесек түрінде түрлі химиялық әрекеттерге берік, әсіресе ниобий мен тантал қышқылдарда да (HF,НNO3) және олардың қоспаларында да ерімейді. Ұсақтаса және жоғары температурада (30000С) олар оттегімен, галогендермен, күкіртпен, көміртегімен, азотпен әрекеттеседі, себебі бұларды пассивтендіріп тұрған, сыртындағы оксид қабаты бұзылады.

Бұл металдардың атомдық және иондық радиустарына қараса, ниобий мен танталдікі бірдей, ол лантаноидтық жиырылудың салдары. Бұл металдардың физика-химиялық қасиеттері олардың таза болуына өте тәуелді. Қоспа араласса, олардың беріктігін, иілгіштігін төмендетеді, қаттылығын өсіреді.

Оттекпен қыздырғанда реакцияласып оксид (Э2O5) түзеді, қышқылдық қасиеттер көрсетеді, бірақ ванадий оксидінен тантал оксидіне қарай қышқылдық қасиеттер төмендейді, сонымен бірге төменгі тотығу дәрежелеріне сәйкес оксидтері де (ЭO, Э2O3, ЭO2) белгілі. Э2O5 суда ерімейді, тек V2О5 аздап ериді.

Ванадийде төрт оксид бар׃ VO, V2O3 негіздік қасиет көрсетсе; VO2 – амфотерлі, V2O5 ванадий ангидриді айқын қышқылдық қасиет көрсетеді. Маңыздысы ванадий ангидриді V2O5 – қызыл сары түсті, суда біраз, сілтілерде жақсы еритін қатты зат, оған сәйкес қышқылдары:

V2O5 + H2O → 2HVO3 ванадий мета қышқылы

V2O5 + 2H2O → H4V2O7 екі ванадий қышқылы

V2O5 + 3H2O → 2H3VO4 ванадийдің ортоқышқылы.

Бұлардың тұздарын ванадат деп атайды, мысалы NH4VO3 аммоний метаванадаты. Ванадий диоксиді VO2 сілтілермен реакцияласып төрт ванадий қышқылының тұзын түзеді:

4VO2 + 2NaOH → Na2V4O9 + H2O, натрий ванадиті, кристалданғанда Na2V4O9 ·7H2O түзіледі.

Оксидтер қышқылдармен реакцияласып оксотұздар – ванадилдер (VO2+, VO3+, VO2+) түзеді, тотығу дәрежелері +4 және +5:

V2O5 + HСІ → 3H2O + VOСІ2 + СІ2

VO2 + H2SO4 → VOSO4 + H2O

Үш оттекті ванадий оксиді қышқылдармен реакцияласып тұз түзеді:

V2O3 + 3H2SO4 → V2(SO4)3 + 3H2O, әсіресе қос тұздары тұрақты.

KV(SO4)2 · 12H2O. Бір оттекті ванадий VO – негіздік оксид, тұрақты қос тұздары Me2SO4 · VSO4 · 6H2O белгілі. Сонымен ванадий қышқылдарына сәйкес тұздары: метаванадаттары NH4VO3, ортованадаттары К3VO4, парованадаттары К4V2O7 болады. Ванадийдің қосылыстары улы.

Галогендермен қыздырғанда реакцияласып, ЭГ5 және ЭГ3 түзеді. Галогенидтері қатты заттар, гидролизденеді׃

2ЭГ5 + 5H2O ↔ Э2О5 + 10НГ немесе NbCl5 + 4H2O → H3NbO4 + 5HCl.

Галогенидтер комплекс қосылыстар түзеді: NbCl5 + NaCI = Na [NbCl6].

Ванадий, ниобий және тантал балқыған күйде көмірмен тікелей әрекеттесуінен карбидтер түзіледі׃ V5C, V2C, V4C3 және VC; Nb2C; NbC; Ta2C, TаC. Карбидтер электр өткізгіш заттар.

Кремниймен де балқыған күйде реакцияласып, силидтер MeSi2 түзеді. Бұлар қатты, балқуы қиын, отқа берік заттар, өндірісте үлкен роль атқарады. Химиялық өте тұрақты заттар.

Борид, сульфид, фосфид қосылыстары да бар.

Сумен бұл металдар оксидті қабаттары болғандықтан реакцияласпайды.

Бұл металдар кернеу қатарында сутегіге дейін орналасқан болса да, тек қышқылдар қоспасында (біреуі тотықтырғыш, біреуі комплекс ионын түзетін) ериді: азот қышқылы алдымен ванадий бетіндегі оксид қабатын ерітеді.

3V + 5HNO3 → 3HVO3 + 5NO + H2O, ары қарай комплекс қосылыс түзіледі: 3V + 5HNO3 + 21HF → 3H2[VF7] + 10H2O+ 5NO

Түзілген ванадийдің метақышқылы ерімейтін гидратқа (V2O5.хH2O) айналады.

Nb мен Та патша сұйығында не HF араласқан HNO3 ериді׃

3Nb + 5HNO3 (HF) → 3HNbO3 + 5NO + H2O немесе

3Nb + 5HNO3 + 21HF → 3H2[NbF7] + 10H2O + 5NO

Сілті ерітінділерімен V, Nb, Ta реакцияласпайды. Балқыған сілтілерде, бетіндегі оксид қабаттары реакцияласу есебінен, металдар біртіндеп ериді׃

Э2O5 + 2KOH = 2KЭO3 + H2O.

Оттегі қатынасында реакция былай жүреді:

4Э + 5O2 + 12KOH = 4K3[ЭO4] + 6H2O.

Қолданылуы: Бес валентті ванадий қосылыстары күкірт қышқылын өндіруде қымбат платинаның орнына катализатор ретінде жұмсалады. Ванадийдің басқа қосылыстары – резенке, шыны, керамика, бояу, фото материалдар өнеркәсіптерінде және медицинада қолданылады.

Ванадий көбіне болатқа қосылатын болғандықтан, оны көбінесе темірмен аралас құйма – феррованадий (20 – 25%) түрінде өндіреді. 0,1 – 0,25% ванадий қосылса, ондай болат берік, серпімді, үзілмейтін, қажалмайтын болады; ол көбінсе автомашиналар өндірісіне мотор, цилиндр, рессор, ось жасауға жұмсалады. Алюминий құймаларына араластырса, олардың қаттылығы, өңдеуге икемділігі, теңіз суына шыдымдылығы (гидроұшақ, глиссер қайық) артады.

Ванадийлі болат өте берік болғандықтан одан жасаған конструкциялардың салмағын 30% кемітуге болады. Мысалы, темір жол вагонын алса, оның салмағын 2,5-3 тоннаға кемітуге болады, сонда үлкен үнем болады.

Тез кесетін аспаптар жасайтын болатқа да ванадийді қосады, ол металл өндеуді тездетеді, құралдың қызмет істейтін мерзімін ұзартады. Ниобий мен тантал коррозияға ерекше тұрақты, тіпті платинадан да артық. Өздері платинадан көп арзан болғандықтан химиялық ыдыс, химиялық аппаратардың негізгі бөлімдерін жасауда платинаны ығыстырып шығарып келе жатыр. Бұл металдардың балқу температуралары өте жоғары болғанымен, қыздырылмаған күйде оларды механикалық өңдеу, жаю (прокат), созу, соғу оңай. Ниобий мен танталдың карбидтері, аса қатты зат ретінде, кесуші – тілуші құралдардың өткір ұшын жасауға таптырмайтын заттар. Ұзақ қыздыруға, үлкен қысымға шыдамды, сондықтан турбинаға, реактивті ұшақтарға керекті құймаларға қосылады. Тантал хирургияда сынған сүйектерді біріктіруге жұмсалады.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Металдарды өндірісте алғанда жүретін процестер;

2. Бұл үш металдың бейметалдармен қосылыстары, қасиеттері;

3. Оксидтері, гидроксидтері, қасиеттері;

4. Тұздары, қасиеттері, гидролиз теңдеулері;

5. Қолданылуы

Титан тобы элементтері, алынуы, қасиеттері, қолданылуы.

ІVB топша элементтерінің физикалық және химиялық қасиеттері. Оксидтері, гидроксидтері, амфотерлі қасиеттері

Титан тобына титан, цирконий, гафний және курчатовий элементтері жатады. Олардың жалпы сипаттамасы: толық электрондық аналогтар, валентті электрондары – (n – 1)d2ns2, d- және s- электрондары арқылы байланыс түзеді, сонымен бірге толтырылмаған орбитальдары арқылы олар донорлы-акцепторлық байланыста түзе алады. Олар катионды комплекстер, ацидокомплекстер түзеді. Курчатовий өте аз мөлшерде синтезделген, қосылыстары әлі аз зерттелген. Титан топшасы элементтері поливалентті: титанның +4, +3 тотығу дәрежелеріне сәйкес қосылыстары тұрақты және көп; цирконий мен гафнийде осындай қосылыстар аз, керісінше, титан топшасы элементтерінің +1, +2 тотығу дәрежелеріне сәйкес қосылыстары тұрақсыз. Цирконий мен гафний қасиеттері өте ұқсас, егіз элементтер деп те аталады. Ең сыртқы қабатта 2 ғана электрон болғандықтан, бұлардың германий топшасындағы металдарға қарағанда негіздік (металдық) қасиеттері күштірек, әрі топ бойында жоғарыдан төмен қарай күшейе түседі, мысалы Ti (OH)4 амфотерлі, ал Нf (OH)4 негіздік қасиеті басым.

Кездесуі. Бұл металдар көптен бері белгілі, жер қыртысындағы мөлшері – титан – 0,6; цирконий – 2∙10-2, гафний – 3,5∙10-4 массалық үлес (%), бірақ олар көп игерілмеген, іс жүзінде аз қолданылатын элементтер, бұлар бытыраңқы кездеседі және алу тәсілдері қиын. Титанның 70-ке жуық минералдары бар, маңыздылары: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, перовскит CaTiO3. Цирконий минералдарынан өндірістік маңызы бары: баддалеит ZrO2, циркон ZrSiO4. Гафнийдің минералы белгісіз, циркониймен бірге болады.

Алынуы. Өндірісте титанды металлотермиялық әдіспен алады: TiCI4 + 2Mg = Ti + 2MgCI2. Цирконий мен гафний де осылай алынады.

Олардың үшеуі де болатқа ұқсас сұр металл, механикалық өңдеуге икемді, балқу температуралары жоғары.

Кернеу қатарында бұл элементтер сутегінің алдында орналасқан. Бірақ үшеуі де ауада, суда өзгермейді, минералды қышқылдарда да ерімейді, тек НF мен ыстық Н3РО4 қышқылдарында ериді, комплексті қосылыстар түзіледі:

Э + 6НF = Н2[ЭF6] +2Н2

олар жай заттар ретінде әлсіз, бірақ концентрлі органикалық қышқылдармен (сірке және қымыз қышқылдырымен) әрекеттеседі, комплексті қосылыс түзеді:

Э + 3Н2С2О4 = 2Н2 + Н2[Э(С2О4)3]. Концентрлі HNO3 және H2SO4 титан және оның аналогтары реакцияға түспейді, себебі олардың беткі қабаттары жұқа оксид қабаттарымен жабылған, сонымен бірге азот және күкірт қышқылдары оксидті қабатты одан сайын нығыздайды, пассивтейді.

НF және Н2С2О4 қышқылдары берік ацидокомплекс түзгіш болғандықтан пассивтелген оксидті қабатты ерітеді, ал металдар ол қышқылдарда жақсы ериді, кернеу қатарында сутегінің алдында тұрғандықтан:

ЭО2 + 6НF = Н2[ЭF6] +2Н2О;

ЭО2 + 3Н2С2О4 = 2Н2О+ Н2[Э(С2О4)3].

Қышқылдыр қоспасында егер бір қышқыл тотықтырғыш, бір қышқыл лиганда болатын жағдайда, бұл металдар жақсы ериді:

3Э + 4HNO3 + 18HF → 3H2[ЭF6] + 8H2O+ 4NO.

Бұл элементтерде металдық, яғни тотықсыздандырғыштық қасиеттері бар, бірақ кәдімгі жағдайда тұрақты, ең агрессивті ортаның өзінде коррозияға ұшырмайды. Балқу температураларына жеткізсе қатты қыздырғанда химиялық активтігі бірден өседі. Бұл жағдайда галогендермен әрекеттесіп, тетрагалогенидтер түзеді׃ TiCl4 сұйық, қалғандары қатты заттар.

Ti + 2Cl2 = TiCl4

Сілтілер ерітіндісінде титан топшасы металдары ерімейді. Тек сілтілік металдар фторидтері қатысында фторидті комплекстер түзіледі:

ЭF4 + 2MF = M2[ЭF6]. Тетрафторидтер – суда аз ериді, балқытқыш қышқылда жақсы ериді, комплекс түзіледі:

3ЭF4 + 2НF = Н2[ЭF6].

Хлоридтерді металл мен хлорды әрекеттестіріп немесе оксидтерді хлорлап (көміртек қатысында) алады. TiCl4 – түссіз, ауада түтінденетін, өткір иісті сұйық зат. Суда жақсы ериді, гидролизге ұшырайды:

TiCl4 + 4H2O = Ti (OH)4 + 4HСІ – толық гидролизге ұшыраса. Егер су аз болса, гидролиз былай жүреді:

TiCl4 + 3H2O = Н2TiO3 + 4HСІ не TiCl4 + H2O = (TiO)СІ2 + 2HСІ.

Оттекпен титан, цирконий, гафний жоғары температурада ғана диоксидтер түзеді, олар қиын балқиды׃ 2Zr + O2 = ZrO2

Титан топшасы элементері температура әсерінен күкіртпен, азотпен және көміртекпен әрекеттесіп сульфид, нитрид (MeN) және карбид (МеС) түзеді. Соңғы екеуі өте қатты (TiN – қаттылығы алмаздай) және қиын балқитын қосылыстар (> 3000о С).

Титан топшасы металдары салқын суға әсер етпейді, қайнап тұрған судан сутекті ығыстырып шығарады:

Э + 4H2O = Э(OH)4 + 2H2

Түзілген гидроксидтер металдың бетін қаптап, реакцияның ары қарай жүруіне кедергі жасайды.

Бұл топшаға жататын элементтердің гидроксидтерін тұздарының ерітінділерін сілтімен әрекеттестіріп алады:

ЭСІ4 + 4NaOH = Э(OH)4 + 4NaCI. Гидроксидтер – кілегейленген коллоидты ерітінділер. Жалпы формуласы Э(ОН)4 болғанымен құрылысы әр түрлі болып келеді. Мысалы, титанның ортоқышқылы – H4TiO4 және метақышқылы – H2TiO3 бар. Гидроксидтері сілтілерде ерімейді, күшті қышқылдармен ғана әрекеттеседі, яғни негіздік қасиеті басым. Бұл қасиет топ бойынша жоғарыдан төмен қарай күшейе түседі.

Титан топшасы металдарының бетінде оксид қабаттары болатындықтан, оттекті қышқылдар металдарға әсер етпейді, тек беткі қабаты бүлінсе ғана тотығу реакциясы жүреді׃

3Ti + 4HNO3 + H2O = 3H2TiO3 + 4NO.

Ti + 4H2SO4 = Ti(SO4)2 + 2SO2 + 4H2O

Титан топшасы металдары «патша» сұйығында оңай ериді׃

3Zr + 4HNO3 + 12HCl = 3ZrCl4 + 4NO + 8H2O

Титан. Титан қазіргі техникада маңызды орын алады, оның маңызы мыс, мырыш, қорғасындардан кем емес. Титанды көбінесе металлургияда арнаулы болат, құйма жасау үшін қолданады, мысалы, 0,1% Ti қосылса, ондай болат өте қатты, серпімді болады, одан рельс, вагондардың осін, дөңгелегін жасайды. Титан араласқан металдар өте маңызды конструкционды материал болады. Титанды құймалар өте жоғары температураға ұзақ уақыт шыдамды келеді. Титан карбидінің қаттылығы алмаздай.

Титан алюминийден сәл ауыр, бірақ одан үш есе берік. Титанның адам баласына келтіретін пайдасының келешегі мол.Титанның қосылыстарынан, оның диоксиді TiO2 ақ бояу ретінде (титан әгі), отқа берік зертханалық ыдыс жасауға қолданылады.

Цирконий. Қазіргі кезде цирконий да кең қолданылатын болды. Оның коррозияға төзімділігі және нейтрондарды сіңірмейтіндігі оны атомдық реакторлар (сүңгуір қайықтарда) жасауға таптырмайтын материал етті. Цирконий құймаларға араластыруға да өте керекті бағалы зат, мысалы мыс, магний, алюминийге аздап болса да цирконий араластырса, олардың беріктігі, төзімділігі бірнеше есе өсумен қабат, негізгі қасиеттері – электр өткізгіштігі (Cu мен Al), жеңілдігі (Mg мен Al) кемімейді. Цирконийдің қосылыстарынан маңыздылары – ZrО2 отқа берік, (Тб = 2700о С), химиялық әрекетке төзімді, сондықтан отқа берік бұйымдар, мысалы тигель, балқуы қиын шыны, глазурь, эмаль жасауға қолданылады.

Цирконий карбиды ZrС титанның карбиды сияқты, алмаз орнына қолданылады.

Гафний. Гафний оксиді де цирконийдің оксиді қолданылатын жерлерде қолданылады, сонымен бірге электрон шамдарына керекті құйма жасау үшін пайдаланылады.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Титан топшасы элементтерін өндірісте алғанда жүретін процестер.

2. Титан топшасы элементтерінің бейметалдармен қосылыстары, қасиеттері.

3. Оксидтері, гидроксидтері, алу, қасиеттері.

4. Тұздары, қасиеттері, қолданылуы.

5. Комплекс қосылыстарының түзілу теңдеулерін жазу керек.

Скандий топшасы металдары, жалпы сипаттамасы,

қасиеттері, қосылыстары, қасиеттері, қолданылуы

Үшінші қосымша (IIIB) топтардағы металдарға – скандий, иттрий, лантан, актиний және лантаноидтар (Z=58-71) мен актиноидтар (Z=90-103) топтарындагы металдар жатады. Сонымен бұл топшада ең көп элементтер бар – 32.

Қосымша ІІІВ топтары элементтерінен d- және f- элементтері басталады. Үлкен периодтардағы элементтердің электрондарын орналастырғанда, әрбір үлкен периодтың үшінші элементіне келгенде, оның соңғы электроны, сыртқы қабатқа емес, сырттан санағанда екінші ішкі қабаттағы d- қабатқа орналасады. Демек, скандий тобының металдарының d- қабатында бір электрон, титан тобының металдарында – екі электрон, ванадий тобының металдарында – үш электрон болады. Бұл электрондар – валенттік байланыс түзуге қатынасатын электрондар. Скандий және оның аналогтары әр қайсысы өз периодының бірінші d- элементі. Валенттілік электрондары (n-1)d1ns2, сондықтан тотығу дәрежелері +3. Активтіліктері жағынан тек сілтілік және сілтілік-жер металдарынан ғана төмен.

Кездесуі және қолданылуы. Бұл металдардың қосылыстары жиналыңқы түрде сирек кездеседі. Цирконий, гафний қосылыстарында кездеседі. Актиний уран кендерінде болады. Cкандийдің өзінің минералдары бар: ScPO4.2H2O –стереттит, Sc2Si2O7 – тортвейтит. 170-тей минералдар құрамында лантаноидтар кездеседі. Бұлардың өздері де, қосылыстары да болаттың арнайы сорттарын алуға, скандийдің кей қосылыстары (ферриттер) электроникада, лантан оксидтері оптикалық шыныларда, гадолиний, самарий, европий ядролық техникада, атомдық реакторларда, лантан және церий оксидтері катализатор ретінде, актиний, уран, плутоний, торий ядролық отын ретінде атомдық реакторларда қолданылады.

Алынуы. Скандий тобы элементтерін жеке алу өте қиын, себебі олар өздері кіретін кендердегі элементтермен өте ұқсас. Кендерді өңдеп болған соң олар көбінесе ЭҒ3 не ЭСІ3 күйінде болады, сосын олардың балқымаларын электролиздеп Sc, Y, La алынады. Сонымен бірге галогенидтерінен металтермиялық әдіспен алады.

Физикалық және химиялық қасиеттері. Sc және Y – ақ-сұр металдар, La және Ac – жылтыр ақ металдар. Sc және Y – жеңіл, La – ауыр металл. Скандий және лантаноидтардың химиялық активтіктері сілтілік-жер металдар активтігіне жақын. Кернеу қатарында жоғары орналасқан. Скандийдің өзі суда ерімейді, себебі беті оксид қабатпен жабылған, ал скандий топшасы элементтері – суды бөлме температурасында, кейбіреулері қыздырғанда айырады: 2Э + 6Н2О = 2Э(ОН)3 + 3Н2 ;

Сұйытылған қышқылдарда оңай ериді, тек НF,Н3РО4 қышқылдарында ерімейді, себебі ерімейтін фторидтер мен фосфаттар түзіледі:

2Э + 6НСІ = 2ЭСІ3 + 3Н2 .

Кей лантаноидтар сутекпен гидрид түзеді (LaH3):

2Э + 3Н2 = 2ЭН3. Скандийдің және лантаноидтардың электртерістіктері жақын, 1,2-1,3 маңында, сондықтан көптеген бейметалдармен әрекеттеседі.

Оксидтерін металдарды ауада тотықтырып, гидроксидтерін, карбонаттарын, нитраттарын, оксалаттарын айырып алады. Скандий, иттрий оксидтері ақ түсті, балқуы қиын ұнтақтар, суда және қышқылдарда ерімейді, лантанның, актинийдің оксидтері суда ерімейді, бірақ қышқылдарда ериді.

Гидроксидтерін тұздарын сілтілерде ерітіп алады:

ЭСІ3 + 3NaOH = Э(OH)3↓ + 3NaCI. Гидроксидтері суда ерімейтін заттар, барлығының да негіздік қасиеттері бар, әрі ол қасиеттер топ бойынша төмен қарай күшейеді, яғни La(OH)3 күшті негіз. Sc3+, Ү3+, La3+ иондары түссіз.

Хлоридтері, нитраттары және ацетаттары оңай ериді, Sc → La бағытында негіздік қасиет күшейетіндіктен гидролизденуі де сол бағытта кемиді.

Скандий тобының металдары қосымша топта болғанымен, галлий топшасына қарағанда типтік элементтерге (B,Al), әсіресе үш валентті қосылыстарында, ұқсасырақ.

Галогенидтерін элементтерді галогендермен не металдарды, оксидтерді, гидроксидтерді галогенсутек қышқалдарымен әрекеттестіріп алады. Фторидтері қиын балқитын, суда ерімейтін қосылыстар. Хлоридтер, бромидтер, иодидтер суда жақсы ериді, гидролизге түседі, оксогалогенидтер ЭОГ түзеді:

LaCI3 + H2O ↔ LaOCI + 2HCI.

Скандий топшасы сульфидтерін элементтерді өзара әрекеттестіріп, күкіртті сутек қышқылы мен тұздар ерітіндісін әрекеттестіріп алады:

Э + S = Э2S3 ; LaCI3 + H2S = La2S3 + 2HCI.

Оттекті қышқылдарының тұздары және комплекс қосылыстары. Скандий және лантаноидтардың нитраттары, сульфаттары, карбонаттары және фосфаттары бар: алғашқы екі тұздар суда жақсы ериді. Лантаноидтар нитраттарының ерігіштігі олардың реттік номерлері өскен сайын төмендейді де, сосын қайта өсе бастайды. Ең аз еритін нитрат Gd(NO3)3 . Cульфаттар ерігіштігі скандий топшасында жоғарыдан төмен қарай азаяды. Скандий, иттербий, лютеций тұздары гидролизге түседі, себебі олардың гидроксидтері амфотерлі.

Скандий және иттрий фторидті комплекс түзеді: K3[ЭF6]. Cонымен бірге сілтілік металдардың сульфаттарымен, нитраттарымен, карбонаттарымен қос тұздар түзеді: Me2SO4 Э2(SO4)3. Лантаноидтар көбінесе қос тұздар түзеді.

Лантаноидтар негізінен +3 тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстар түзеді, бірақ церийде +4, европийде +2 тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстары да бар. СеО2 оттегі мен металл әрекеттесуінен түзіледі, суда ерімейді, күшті тотықтырғыш: 2СеО2 + 8НСІ = 2СеСІ3 + CI2 + Н2О.

Церий сульфаты СеО2 ыстық концентрлі күкірт қышқылында ерітіліп алынады, ол суда жақсы ериді, гидролизге ұшырайды. Церийдің негіздік нитраттары мен карбонаттары бар, перхлораттары мен ацетаттары тұрақты.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Скандий тобы элементтерін өндірісте алғанда жүретін процестер;

2. Скандий тобы элементтерінің бейметалдармен қосылыстары;

3. Оксидтері, гидроксидтері, алу, қасиеттері;

4. Тұздары, қасиеттері, гиролиз процесі;

5.Скандий тобы элементтерінің комплексті қосылыстары.

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. Ванадий топшасының элементтерінің қасиеттерін а) V топтың негізгі топша элементтерімен; б) титан топшасы элементтерімен; в) хром топшасы элементтерімен салыстыру керек.

2. Мына иондардағы VO+, VO2+, VO4 3-, VO3-, VO3+, VO2-, VO2+, V4O92- ванадийдің тотығу дәрежелерін анықтау керек.

3. V2O5 оксидін оттегі қатысында NaCl тұзымен балқытқанда хлор бөлінеді және натрий ванадаты түзіледі. Реакция теңдеуін жазу керек.

4. Суық жағдайында натрий ортованадаты гидролизі кезінде пированадат түзілсе, қыздырғанда – натрий метаванадаты түзіледі. Бұл реакцияларды ионды - молекулалық түрінде жазу керек.

5. (NH4)2S және NH4NO3 ерітінділері әрекеттескенде аммоний тиометаванадаты түзіледі, егер бұл қосылысқа НCl қышқылымен әсер етсе, ол айрылып, аз еритін тиоангидрид түзіледі. Реакция теңдеулерін жазу керек.

6. Сұйытылған диоксониобий(V) сульфатын қайнатса, ол гидролизге ұшырайды, реакция теңдеуін жазу керек.

7. Калий танталатын (КТаО3) танталдың қай қосылысынан және оған қандай реагентпен әсер етіп алуға болады?

8. Сұйытылған азот қышқылымен Pb2O3 және Pb3O4 оксидтеріне әсер етсе, екі жағдайда да PbO2 түзіледі. Бұл реакциялар тотығу-тотықсыздану реакциялары бола ма? Реакция нәтижесінде түзілген зат бойынша Pb2O3 және Pb3O4 оксидтер құрылысы туралы қорытынды жасау керек.

9. Титан топшасы элементтерінің қайсысы НCl және сұйытылған Н2SO4 қышқылдарында ериді? Алынған қосылыстардағы металдың тотығу дәрежесі қандай?

10. Титан топшасындағы 3 металл да балқытқыш қышқылда, патша арағында, әсіресе HNO3 пен HF қоспасында ериді. Реакциялар теңдеулерін жазып, бұл жағдайларда HF функциясын көрсету керек.

11. Цирконий және гафнийдің және олардың қосылыстарының химиялық қасиеттеріндегі өте үлкен ұқсастықтарды қалай түсіндіруге болады?

12. Титан концентрлі азот қышқылымен қалайы сияқты, сілтілер ерітіндісімен кремний сияқты әрекеттеседі, реакция теңдеулерін жазу керек.

13. Титан(Ш) қосылыстарының қасиеттері қандай? Мына реакциялар теңдеулерін аяқтау керек: а)TiCl3+FeCl3→… б) TiCl3+ K2Cr2O7+ НCl сұйыт. →....

в) TiCl322О→....; г) Ti2(SO4)3 +KMnO4 +H2SO4 →…

14. Оксотитан (IV) сульфаты мен оксоцирконий (IV) хлоридтерінің графикалық формуласын жазу керек.

15. Егер ZrCl4 тұзына біраз (NH4)2CrO4 қосса, ақ тұнба түзіледі, ал егер оның артық мөлшерін қосса, тұнба ериді, реакция теңдеулерін жазу керек.

16. Периодтық жүйенің III тобының d -элементтер атомдарының электрондық формуласын жазу керек.

17. III топтың d- элементтерінің электрондық потенциалдары бойынша олардың қышқылдарға қатынасын көрсету керек, бұл элементтер өте сұйық азот қышқылындағы азоттың тотығу дәрежесін ең төменгі мәніне дейін жеткізеді. Бұл реакциялар теңдеулерін ионды-молекулалық және молекулалық түрде жазу керек.

18. Гидроксидтердің қышқыл-негіздік қасиеттері және ерігіштігі скандийден актинийге қарай қалай өзгереді? Скандий топшасы элементтерінің қос тұздарына мысал келтіру керек.

19. Мына өзгерістерді Ti → TiO2 → Ti2O3 → TiO2 →K2TiO3 → H2TiO3 →TiOSO4 қалай жүргізеді?

20. Мына өзгерістерді NH4VO3 → VOCI2 → VO(OH)2 → VOSO4 → V2(SO4)3 → VSO4 қалай жүргізеді?

21. Электрондық теңдеулерлер негізінде мына реакциялар теңдеулерін аяқтау керек: Ta + HNO3 + HF → H2[TaF7] + …; Nb + O2 + NaOH → … .

22. Ванадий топшасы элементтерінің қасиеттерін а) VА топша элементтерінің; б) титан топшасы элементтерінің; в) хром топшасы элементтерінің қасиеттерімен салыстыру керек.

23. Скандийден актинийге қарай гидроксидтерінің ерігіштіктері және қышқыл-негіздік қасиеттері қалай өзгереді?

24. Скандий топшасы элементтерінің қос тұздарына мысалдар келтіру керек.

25. Цирконий мен гафнийдің химиялық қасиеттерінің ұқсастығын қалай түсіндіруге болады? Мысалдар келтіру керек.

26. Титанның максимал және тұрақты координациалық саны 6, ал цирконий мен гафнийде – 7 және 8 болады, неге?

27. Титанның қандай қасиеттеріне сүйеніп оны конструкционды материал ретінде қолданады?

28. Оксотитан(IV) сульфаты мен оксоцирконий(IV) хлоридінің графикалық формулаларын жазу керек.

29. Танталдың қай қосылысынан және қандай реагент әсерімен калий танталаты К3ТаО3 алынады?

30. Мына гидроксидтердің қайсысы көбірек негіздік қасиет көрсетеді: а) Ті(ОН)4 не Ті(ОН)3 б) Ті(ОН)4 не Zr(OH)4 ?

II B топша элементтері Табиғатта кездесуі, алу.

Элементтердің химиялық қасиеттері, қолданылуы.

Қосылыстары, алу, қасиеттері. Комплекс қосылыстары,

алу, қасиеттері

Екінші топтың қосымша топшасының элементтері Zn, Cd, Hg, олардың атомдарының электрондық конфигурациясы (n-1)d10ns2, d- элементтерді аяқтайды, сондықтан олар басқа d- элементтерден өзгеше және тотығу дәрежелері +2 болады. Олар өзара толық электрондық аналогтар.

Сынаптың қасиетіне лантаноидты сығылу әсер етеді, сондықтан ол [Hg2]2+ радикалын түзеді,онда сынап атомдары өзара ковалентті байланыспен байланысқан – Hg – Hg – . Cынаптың бұл жағдайда тотығу дәрежесін +1 деп санайды.

Жер қыртысында Zn 8,3.10-3%; Cd~1,3.10-5%; Hg~ 8,3∙10-6%. Сынап бос күйінде де кездеседі. Көбінесе сульфид ретінде: ZnS – сфалерит; ZnCO3 – галмей; CdS – гринокит; Zn+Cd – көбінесе бірге болады. HgS – киноварь, сульфидтер жылтыр болғандықтан оларды алдамыштар деп те атайды.

r, 139нм 0,156нм 0,160нм

Е0Э2+,В: -0,763 -0,403 +0,854

Тб0C 420 321,3 -38,7

Алынуы. Пирометаллургияда: Мырыш пен кадмийдің сульфидті кендерін жағып, ары қарай карботермия әдісімен металдарды бөліп алады: ZnS(CdS)+O2→ZnO(CdO)+SO2.

Оксидтерді көмірмен, көмір(ІІ) оксидімен тотықсыздандырады: ЭО+С(СО)→ Zn (Cd) + СО(СО2) – карботермия;

Гидрометаллургияда оксидтерін сульфаттарға айналдырып, ерітінділерін электролиздеп, алады:

ZnO+H2SO4→ZnSO4+H2O; CdO+H2SO4→CdSO4+H2O;

CdSO4 (ZnSO4) электролиз → Zn (Cd), Н2 – катодта; О2 анодта бөлінеді. Сынап оксиді тұрақсыз болғандықтан, 4000С ол айрылады:

HgS +O2 → Hg + SO2 .

Физикалық және химиялық қасиеттері: Cd, Zn –жұмсақ металлдар, Hg-сұйық металл, буы өте улы, сондықтан оны жабық ыдыста сақтайды, егер төгілсе, тез жинап алу керек. Кадмийдің тұздары да улы. Кадмий мен мырыш ақ жылтыр металдар, бірақ ылғал жерде оксид қабатымен жабылады. Бұл топта металдар активтігі атомдық массалары өскен сайын төмендейді. Cd, Zn кернеу қатарында сутегіге дейін орналасқан, сондықтан сұйытылған қышқылдармен әрекеттеседі: Э + НСІ(H2SO4) →ЭSO4 (ЭСІ2) + H2.

Кадмий мен мырыш, сынаптың оксидтері мен сульфидтері элементтер өзара әрекеттесу нәтижесінде түзіледі:

Э: Cd, Zn +О2 (S)→ CdS, ZnS, ЭO. Hg +S→ HgS;

ZnО амфотерлі; CdO, HgО негіздік оксидтер.

Активті металдар болғандықтан Cd, Zn суда ериді, бірақ гидроксидтері ерімейтіндіктен металдардың еруі тоқтайды: Zn(ОH)2↓ pEK=11;

Zn(ОH)2 − амфотерлі, Cd(OH)2 pEK=14; Hg(ОH)2 pEK=16 ерігіштік көбейтіндінділерінің көрсеткіштері; бұл гидроксидтер тұрақсыз: Э(ОH)2 → ЭO + H2О. Zn(ОH)2↓+2NaOH→Na2[Zn(OH)4] амфотерлі болғандықтан.

Zn + 2NaOH→Na2[Zn(OH)4] + H2.

ZnO+Na2CO3балқытып Na2ZnO2+CO2.

Cd, Zn металдарымен күкірт қышқылы концентрациясына байланысты әрекеттеседі, қыздырған кезде SO2, S және H2S-ке дейін тотықсызданады:

Э + 2H2SO4 →ЭSO4 +2H2О +SO2

3Э +4H2SO43ЭSO4 +4H2О +S

4Э +5H2SO44ЭSO4 +4H2О +H2S

Азот қышқылының сұйытылған ерітіндісінде Cd, Zn еріп, оны аммиакқа (аммоний тұзына) дейін тотықсыздандырады:

4Э + 10HNO3 = 4Э(NO3)2 + NН4 NO3 + 3H2O;

Сынаппен реакция былай жүреді:

6Hg + 8HNO3 = 3Hg2(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

Концентрлі азот қышқылымен Cd, Zn әрекеттескенде, азот қышқылының концентрациясына байланысты N2O, NO, ал сынаппен концентрлі азот қышқылы әрекеттескенде NO2, ал сұйытылған азот қышқылынан NO түзіледі:

Hg + 4HNO3 = Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Cd, Zn: галогендермен әрекеткескенде ЭГ2 түссіз (хлоридтері, бромидтері, иодидтері) түзіледі, олар кристалды заттар, суда ериді, гидролизге түседі.Олар элементтер өзара әсерлескенде түзіледі. Фторидтер аз ериді. Сынап галогенидтері: HgСІ2 – сулема (улы зат!), Hg2СІ2 – каломель. Сынаптың (I) қосылыстары жағдайға байланысты тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш болады: Hg2СІ2+СІ2 = 2HgСІ2

Hg2СІ2+SnСІ2 = 2HgСІ2+ SnCI4. Сынаптың (IІ) қосылыстары тотықтырғыш болады: HgСІ2+SnСІ2 = Hg + SnCI4.

Бұл элементтер күкіртпен әрекеттесіп не еритін тұздары сульфидтермен әрекеттесіп сульфидтерін түзеді: (Cd2+, Zn2+ +S2-→ ZnS, CdS. Сынап сульфиді оңай түзіледі. ZnS pEK=24; CdS pEK=27, сондықтан мырыш сульфиді тұз қышқылында ериді, кадмий сульфиді – ерімейді, ал HgS тек азот қышқылында ериді. 3HgS +8HNO3 = 3Hg(NO3)2+2NO+ 3S + 4H2O.

Э(NO3)2, ЭSO4 суда жақсы ериді, гидролизге ұшырайды. ЭCO3 тек CdCO3, ZnCO3 белгілі, суда ерімейді. HgCO3 белгісіз.

Мырыш және оның аналогтары комплексті қосылыстар түзгіш:

2KI + Hg(NO3)2 = ↓HgI2 + 2KNO3

2KI + ↓HgI2 = K2[HgI4].

Комплекс қосылыстары: [Zn(OH)4]2-, pKтз = 15,5; [Zn(NH3)4]2+ pKтз = 9,46; [Cd(NH3)4]2+, pKтз =7,12; [Hg(NH3)4]2+ pKтз =19,28.

Бұл элементтерге тән комплексті қосылыстардың тұрақтылығы артады.

Қолданылуы: Zn 40% темірді жабуға, Cd атом реакторларында нейтрон ұстауға, Cd-сілтілік аккумуляторда, ZnO – ақ болғандықтан, бояу ретінде қолданылады. CdS, ZnS, ZnSe, HgSe (ZnTe, HgTe) жартылай өткізгіштер, люминофорлар, шамда қолданылады. Мырыш гальваникалық элементтерде анод ретінде, кадмий сілтілік аккумуляторларда, сынап химиялық және фармацевтикалық өндірісте, күндізгі жарық шамдарын жасауға, алтынды бейметалдар қоспасынан бөлуге қолданады.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. ІІВ топша элементтерін алу, қолданылуы;

2. d- металдарына неге көп тотығу дәрежелері сәйкес келеді?

3. ІІВ металдары гидроксидтерінің қышқыл-негіздік қасиеттері.

4. ІІВ металдарына сәйкес комплекс қосылыстар, қасиеттері.

5.ІІА және ІІВ элементтерін салыстырып, ұқсастықтары мен айырмашылықтарын көрсету керек.

I B топша элементтері. Жалпы сипаттамасы, электрондық формулалары. Тотығу дәрежелеріне байланысты қосылыстары. Комплексті қосылыстары, алынуы, қасиеттері

Бірінші топтың қосымша топша элементтері Cu, Ag, Au. Осы элементтердің химиялық активтіктерінің төмендігінің 2 себебі бар:

а) (n-1)d- қабатқа бір s-электронның өтуі және Au(n-2)f14 қабатының болуы: Cu IV периодта, электрондық конфигурациясы 3d94s2 болуы керек, ол 3d104s1; Ag V периодта 4d95s2 болуы керек, ол 4d105s1; Au VI периодта 5d96s2 болуы керек, ол 5d106s1;

б) IA топ элементтеріне қарағанда радиустары өте кішкене:

0,236 rк > rCu 0,128нм; 0,248rRb > rAg0,144 нм; 0,267rCs > rAu0,144 нм. IB топша элементтері +1, +2, +3 тотығу дәрежелерін көрсетеді, топ номерінен жоғары: Cu+2; Ag+1; Au+3 сәйкес қосылыстары көп және тұрақты. Бұл элементтер комплекс қосылыс түзуге өте бейімді. Ag ақ сұр түсті, жылтыр.

Cu қызыл, Au – сары.

Кездесуі. Жер қыртысындағы бұл металдардың массалық үлестері: 3.10-3% Cu; 6.10-6 % Ag; 4.10-7 % Au. Негізгі минералдары: Cu2S – мыс жылтыры, CuFeS2 – мыс колчеданы; Cu2O куприт; (CuOH)2CO3 – малахит. Ag2S аргентит; Ag2S полиметалл кендерінде кездеседі; AuTe2 кавалерит, бұл металдар бос күйінде де кездеседі.

Алынуы: Пирометаллургия: Cu2S+2O2→2CuO+SO2;

2SO2+O2 ↔ 2SO3 Өндірістен шыққан күкіртті газды күкірт қышқылына айналдырады.

SO3+H2O → H2SO4, пирометаллургия нәтижесінде түзілген мыс оксиді күкірт қышқылымен әрекеттесіп, мыс сульфатын түзеді:

CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O, бұл тұз ерітіндісінен гидрометаллургия (сулы тұз ерітіндісінің электролизі) арқылы мыс алынады.

2CuSO4 (ерітінді)→ электролиз Cu0 + O2 + H2SO4, қалдықсыз технология.

Қалған қалдықтардан (шлам) бағалы металдарды Ag, Au, Te, Se, т.б. алады. Ag, Au алу:

1. Полиметалл кендері құрамындағы алтын мен күмісті натрий не калий цианиді ерітіндісімен өңдейді:

Ag, Au + 2NaCN →ауа Na[Ag(CN)2], Na[Au(CN)2] ерітіндіге айналады, содан соң мырышпен ығыстырады:

2Na[Au(CN)2] + Zn → Na2[Zn(CN)4] + 2Au – цементация деп аталады.

2. Алтын мен күмісті сынаппен өңдеп, амальгама алады да, сосын сынапты ұшырады. Металдардың сынапта еруі – амальгама түзіледі: Ag|Hg→ t0 Hg +Ag.

Қасиеттері: Cu Ag Au

Е0Э1+,в: 0,5210, 799 1,691

Е0Э2+,в: 0,337 - -

Е0Э3+,в: - - 1, 50

Потенциалдың плюс мәні көп болған сайын тотықтырғыш ретінде күштірек. Бұл металдардың Тб ~10000С маңайында . Электр өткізгіштіктері өте жоғары. Ауада: Cu, Ag түсі өзгереді, себебі ауадағы күкіртпен қосылып, сульфид қабатымен жабылады: Ag2S қара, СuS.

Қосылыстары: Оксидтері: Э2O, ЭO, Э2O3: Cu2O; Ag2O; Au2O, тек мыс(ІІ), күміс(І), алтын(ІІІ) оксидтері тұрақты.

2Cu+O2 t0 Cu2O не мыс(І) пен алтын(І) оксидтерін гидроксидтерін айырып: 2ЭOH → t0 Cu2O, Au2O + H2O алады; ал AgOH тұрақтырақ, сондықтан ол болады және негіздік қасиет көрсетеді, CuOH, AuOH болмайды .

CuO, Au2O3 тұрақты, оларды былай алады: 2Cu+O2→2CuO;

2Au(OH)3 t0 Au2O3+3H2O. Бұл элементтердің гидроксидтерін еритін тұздарына сілті қосып алады:

CuCl2+2NaOH→Cu(OH)2↓+2NaCl;

AuCl3+3NaOH→Au(OH)3↓+3NaCl

Cu(OH)2 және Au(OH)3 амфотерлі, сондықтан олар еріп, комплексті қосылыстар береді: Cu(OH)2 ↓+ 2NaOH → Na2[Cu(OH)4];

Au(OH)3↓+ NaOH = Na[Au(OH)4]. Cu2O3 тұрақсыз, оны былай алады: 2CuSO4 + 2NaOH + H2O2 → Cu2O3 қызыл түсті + Na2SO4 + H2SO4 + H2O

Cu2O3 – күшті тотықтырғыш. Cu2O3 t Сu2O+O2

Cu2O3 + 6HCl →Cl2 + 2CuCl2 + 3H2O.

Тотығу дәрежесі +1 тұрақты қосылысты тек Ag+ береді, Ag2O аммиак ерітіндісінде еріп, комплексті қосылыс түзеді:

Ag2O + 4NH3 + 2H2O = 2 [Ag(NH3)2](OH).

Тұздары: Галагонидтері: AgГ↓ белгілі: AgCl, ЕК=10-10; AgBr, ЕК =10-13;

AgI, ЕК =10-16; Күмістің хлориді мен бромиді аммиакаттар түзеді:

AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]СІ. Ал күміс иодиді аммиакта ерімейді, себебі күміс йодидінің ерігіштік көбейтіндісі комплекс қосылыстың тұрақсыздық константасынан аз, AgI тек КІ артық мөлшерінде еріп, комплексті қосылыс түзеді: AgI + КІ = K[AgI2]. AgГ натрий тиосульфатында жақсы ериді, сондықтан оны фотоөндірісінде айрылмаған AgГ ерітуге қолданады:

AgГ + 2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaГ.

Мыс(І) галогенидтерінен CuСI белгілі, суда ерімейді, ауада тотығады:

4CuСI + О2 + 4НСІ → 4CuCl2 + 2H2O. CuСI диспропорциялану реакциясы тән: 2CuСI → CuCl2 + Cu, аммиакта ериді:

CuCl + 2NH3 = [Cu(NH3)2] СІ. НСІ да еріп комплексті тұз түзеді:

CuCl + HСІ = Н[CuСІ2].

+2 тотығу дәрежесі тұрақты Cu2+ галогенидтері бар, бірақ CuI2 жоқ, тез айрылады. Хлориді мен бромиді суда жақсы ериді, гидролизге ұшырайды, фториді суда ерімейді. +3 тотығу дәрежесі тұрақты Au3+ барлық галогенидтері бар, бірақ қыздырғанда AuГ3 t0 AuГ+Г2 айрылады;

AuСІ3 суда жақсы ериді, қышқыл түзіледі: AuСІ3 + Н2О = Н2[АuСІ3О], ол тұз қышқылымен әрекеттесіп, алтынхлорлысутек қышқылын түзеді:

Н2[АuСІ3О] + НСІ = Н[АuСІ4] + Н2О.

Бұл қышқылдың тұзын Na[АuСІ4]∙Н2О «алтын тұз» деп атайды.

Сульфидтері: Екі элементтің қосылуынан алады Cu + S → Cu2S(CuS), бұл қосылыстар табиғатта да бар. Ag2S, Ag2Se, Ag2Te түзеді, бұл қосылыстарды еритін тұздарына сульфидтер,селенидтер, теллуридтер қосып алады.

Комплекс қосылыстар: ІВ топша элементтері комплексті қосылыстарды оңай түзеді және олар негізінен суда жақсы ериді. Цианидті комплекстері тұрақтырақ: [Ag(CN)2]-, pKтз. = 21,1;

[Ag(CN)2]- ↔ Ag++2CN-; Kтз = [Ag+][CN-]2/[Ag(CN)2]- = 9×10-22

pK = − lgK = − lg9×10-22 = 22− lg9 = 21,1;

[Cu(CN)2]-, pKтз. =16,0; [Au+(CN)2]-, pKтз. = 38,3; [Au3+(CN)4]-, pKтз.=56,0;

Cu – Ag – Au қатары бойынша комплекстерінің → тұрақтылығы артады, массасы өскен сайын. Алтын мен күмістің цианидті комплекстері негізінен оларды өндірісте алу үшін қолданылады. [Ag(S2O3)2]3- күміс комплекстерінің ішіндегі маңыздысы, фотоматериалдарды бекіту үшін қолданылады. AgBr+2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2]+NaBr. Аммиакаттары тұрақты:

[Ag(NH3)]+, pKтз. = 3,2; [Ag(NH3)2]+, pKтз. = 7,0; [Cu(NH3)4]2+, pKтз. = 12,7;

[Cu(NH3)6]2+, pKтз. = 16,4; лиганда саны артқан сайын, тұрақтылығы артады. Алтын «патша арағында» ериді де комплексті қышқыл түзеді:

Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO + H2O.

Қолданылуы: 50%-дан астам мыс электр сымын және кабель дайындауға; балқымасы жез Cu+Zn; қола (Cu+Sn, не Cu+Be, Cu+Sn); мельхиор Cu+20% Ni; константан Cu+40%Ni. Мыс балқымалары коррозияға төзімді; қазіргі «күміс» тиын ақшалар Cu+Ni қоспасы; көптеген тұздары бояу ретінде қолданылады. Мыс микроэлемент. Күміс пен алтыннан зергерлік бұйымдар жасайды; химиялық өндірісте күмістен зертханалық құралдар жасайды; күмістің галогенидтері фотоөндірісінде, күміс медицинада, электротехникада, электроникада қолданылады. Алтын электротехникада, электроникада, дәрі-дәрмек жасауға қолданылады. Алтын – ақша жүйесінің негізі.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Табиғатта кездесетін қосылыстары, алынуы.

2. Оксидтері, гидроксидтері, алу, қасиеттері, ерекшеліктері.

3. Комплексті қосылыстары, қасиеттері, алу, қолданылуы.

4. Элементтердің және қосылыстарының қолданылуы.

5. ІА және ІВ топша элементтерінің ұқсастықтары мен айырмашылығы.

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. d- элементтер периодтық жүйеде қай топтарда және қай топшаларда орналасқан? Қай элементтердің жоғарғы тотығу дәрежесі топ номеріне сәйкес келеді, қайсыларынікі сәйкес келмейді?

2. I топтың d- элементтері атомдарының жалпы сипаттамасын атомдардың электрондық құрылысы тұрғысынан түсіндіру керек. Бұл элементтер үшін электронның «құлау» эффектісін қалай түсіндіруге болады? Неге күмістің +1 тотығу дәрежесі ерекше тұрақты?

3. I топтың бір периодында орналасқан d- және s- элементтер атомдарының құрылысы мен радиустарын салыстырып, олардың қасиеттерінің айырмашылығын түсіндіру керек.

4. Күміс пен алтынды өндірісте цианид әдісімен алу d –элементтеріне тән қандай қасиеттерге негізделген? Реакциялар теңдеулерін жазу керек.

5. Реакциялар теңдеулерімен: а) мыстың азот және күкірт қышқылдарымен әрекеттесуін; б) күмістің азот қышқылымен әрекеттесуін; в) алтынның «патша арағымен» әрекеттесуін көрсету керек.

6. Қандай процесс әсерінен мыс ауада жасылтым қабыршықпен, күміс қара қабыршықпен жабылады? Металдар беттерін қалай тазартады?

7. Мыс(I) және мыс(ІІ) оксидтері мен гидроксидтері қандай қасиеттермен сипатталады? Сусыз мыс(ІІ) сульфаты арқылы сұйық заттарда, мысалы, бензинде судың барлығын не жоқ екендігін анықтайды, қалай?

8. Сілтілік ортада мыс(ІІ) тұздарының ерітіндісі формальдегидпен әрекеттескенде натрий формиаты және қызыл мыс(I) оксиді Сu2О түзіледі, реакция теңдеуін жазып, бұл реакцияның практикада қолданылуын айту керек.

9. Мыс(I) және күміс(I) металдарының ерімейтін тұздары а) аммиак ерітіндісінде; б) галоген сутек қышқылдарының концентрлі ерітінділерінде немесе сілтілік металдардың галогенидтерінде ериді, неге? Оларды мына мысалдармен көрсетіңдер: CuCl+HCl→; AgI+NaJ→; AgCl+KCl→;

10. 0,1моль/л Na[Cu(CN)2] және K[Ag(CN)2] тұздары ерітінділеріндегі Cu+ және Ag+ иондарының концентрацияларын анықтау керек. Комплекс-иондардың [Cu(CN)2]- және [Ag(CN)2]- тұрақсыздық константалары сәйкесінше 1×10-24 және 1×10-21 сандарына тең.

11. Күміс иондарының бактерицидті әрекеті неге негізделген? Неге күміс қосылыстарын қоңыр шыныларда сақтайды? Күміс галогенидтерінің фотосуретте қолданылуы оның қандай қасиетіне негізделген? Күміс галогенидтерінің натрий тиосульфатымен реакциясы фотосуретте қандай қолданыс табады?

12. AgCl және AgI тұнбалары аммиак ерітіндісін қосқанда, олар өздерін әр түрлі ұстайды? Неге?

13. Мыс(ІІ) сульфаты және күміс(I) нитраты ерітінділерінің а) мыс б) платина электродтарында жүретін электролиз процесін жазу керек.

14. 1,6645 г жез сынамасын анализдегенде 1,3466г Cu(SCN)2 және 0,0840г SnO2 алынды. Анализденетін сынамадағы мыстың, қалайының және мырыштың массалық үлестерін санау керек. Жауабы: %: мыс – 28,77; қалайы –3,98; мырыш – 67,25.

15. Егер AuСІ3 ерітіндісімен H2S әрекеттескенде Au2S тұнбасы түзілсе, Au(ІІІ) қандай қасиет көрсетеді? Реакция теңдеуін жазу керек. AuCl3 гидролизге ұшырағанда H2[AuOCl3] қоңыр-қызыл түсті қышқыл түзіледі, егер тұз қышқылын қосса, ерітінді түсі сары болады. Теңдеулерді жазып, түсіндіру керек.

16. 0,5л ерітінді дайындауға кеткен CuSO4 ерітіндісінің молярлы концентрациясын және CuSO4 ×5H2O массасын мына мәндер бойынша анықтау керек: 0,1моль/л концентрациялы 25мл ерітіндісі 50мл KI ерітіндісінен (титрлеу арқылы) бос иодты бөліп шығарады. Жауабы: 0,05моль/л.

17. Мыс пен тағы бір екі валентті металдың балқымасына тұз қышқылымен әсер еткенде 276мл (қ.ж.) сутегі бөлінген. Балқыманың қалған бөлігі концентрлі күкірт қышқылында ерітілгенде бөлінген газды жұтуға концентрациясы 2моль/л 18,75мл NaOH жұмсалған. Екінші металды және оның балқымадағы массалық үлесін анықтау керек. Жауабы: Zn, 40%.

18. 24г мысты еріту үшін 8% азот қышқылы ерітіндісінің қанша көлемі жұмсалады? Бұл жағдайда бөлінген NО (қ.ж.) көлемін анықтау керек.

Жауабы: 754мл; 5,6л.

19. 25мл CuCl2 ерітіндісі 0,3173г йодты KJ ерітіндісінен ығыстырған болса, CuCl2 ерітіндісінің молярлығы нешеге тең? Тотықтырғыш ретінде CuCl2 ерітіндісінің нормальдығы қанша? Жауабы: 0,1М және 0,1н.

20. 1т қос тұз – мыстың арсениті мен ацетаты – 3Cu(AsO2)2×(CH3COO)2 түзілуі үшін қанша As2O2 және мыс(ІІ) купоросы CuSO4 ×5 H2O қажет?

Жауабы: 585,5кг; 985кг.

21. Мына реакциялар теңдеулерін аяқтау керек: а) Au + HCl + HNO3→ … ; б) Au +KCN +H2O+O2 →….

22. ІІ топ d- элементтерінің жалпы сипаттамасы. Бұл элементтер атомдарының (n-1) d10 электрондық конфигурацияларының тұрақтылығы қалай көрінеді?

23. Сынаптың 6s2 жоғары тұрақтылықтағы электрондық конфигурациясына негізделген қандай қасиеттері мырыш пен кадмий қасиеттерінен айырмашылық көрсетеді?

24. Кернеу қатарында Zn, Cd, Hg қай жерде орналасқан? Кадмий мырыш пен сынапты оларды тұздарының ерітінділерінен ығыстыра ала ма? Олардың қышқыл және сілті ерітінділеріне қатынастырын көрсету керек.

25. Zn2+, Cd2+, Hg2+ иондарының тотықтырғыш қасиеттері а) Н+ ионымен салыстырғанда; б) осы элементтердің жай заттар ретінде тотықсыздандырғыштық қасиеттері газ тәріздес сутегімен салыстырғанда әлсізірек немесе күштірек көріне ме? Неге?

26. Мырыш азот қышқылының концентрациясы азайған сайын оны қандай өнімдерге дейін тотықсыздандырады? Осы реакциялардың электронды-иондық және молекулалық теңдеулерін жазу керек.

27. Сынаптың еру процесіндегі айырмашылық: а) егер HNO3 артық мөлшерде болса; б) сынап артық мөлшерде болса, реакция теңдеулерін жазу керек. Екі атомды топ –Hg – Hg − түзілу себебін түсіндіру керек.

28. Мырыш және кадмий гидроксидтері сілтілермен, аммиактың судағы ерітіндісімен қалай әрекеттеседі? Теңдеулерін жазу керек. ZnCl2 ерітіндісі арқылы H2S өткізгенде ZnS толық тұнбаға түспейді. Неге? ZnS тұнбасы толық түсу үшін қандай реагент қосу керек?

29. Сынап(I) нитратын металдың артық мөлшерін сұйытылған азот қышқылында еріту арқылы алады. Егер молярлы қатынастары 1Hg:1,19HNO3 болса, 1кг сынапты еріту үшін неше литр 25% - ті (ρ=1,15) азот қышқылы қажет? Жауабы: 1,3л.

30. Zn(NO3)2 және ZnSО4 тұздарының гидролиз теңдеулерін жазу керек, реакция ортасын көрсету керек.

31. Ерігіштік көбейтіндісі (ЕК) мәндерін пайдаланып, ZnS және CdS тұздарының HCl ерітіндісіне қатынасын түсіндіру керек. Ерітіндідегі Cd2+ және Zn2+ иондарын бөлудің екі түрлі әдісін ұсыну қажет.

32. Амальгама деген не? Амальгамадағы металдардың химиялық қасиеттері өзгере ме? Натрий амальгамасы сумен қалай әрекеттеседі, неге оны металл натрий орнына тотықсыздандырғыш ретінде қолданады?

33. Сынаптың қандай қосылыстары сулема, каломель, киноварь деп аталады? Каломельдің Cl2 және SnCl2 заттарымен әрекеттескендегі тотығу-тотықсыздану мүмкіндіктерін көрсету керек. Hg22+ қосылыстарына тән диспропорциялану реакцияларына мысалдар келтіру керек.

34. Массасы 9,9г Zn(ОН)2 толық еруі үшін концентрациясы 2 моль/л NaOH ерітіндісінің қанша көлемі қажет? Жауабы: 100мл.

35. 5,2 г мырыш 8% азот қышқылымен әрекеттескенде қанша көлем (қ. ж.) аммиак бөлінеді? Азот қышқылының ерітіндінің көлемін және аммиактың бөлінуіне жұмсалған концентрациясы 2моль/л NaOH ерітіндісінің көлемін есептеу кажет. Жауабы: 0,448л; 150,9мл; 10мл.

36. Мырыш алдамышынан 260 кг мырыш алу үшін ауаның қандай көлемі жұмсалады (қ.ж.)? Сонда кен құрамындағы мырыш сульфидінің массалық үлесі қанша? Жауабы: 640м3, 38,8 %.

37. Zn/Zn2+ және Cd/Cd2+ жүйелерінің стандартты электродтық потенциалдар мәні бойынша, кадмий-мырыш гальваникалық элементінде өздігінен қандай реакция жүреді: а) Zn+ Cd2+ = Cd+ Zn2+;

б) Cd+ Zn2+= Zn+ Cd2+? Егер гальваникалық элементте өздігінен мына процесс Fe+ Cd2+ = Cd+ Fe2+ жүрсе, қай электрод анод: а) Fe; б) Cd болады?

38. Мына реакциялар теңдеуін аяқтау қажет:

а) Hg2Cl2+HCl+HNO3→ ….

б) НgS+HCl+HNO3 → ….

39. Мына өзгерістерді жүзеге асыратын реакциялар теңдеулерін жазу керек: CuSO4 → Cu → CuSO4 → Cu(OH)2 → CuCI2 → CuCI →HCuCI2

40. Мына өзгерістерді жүзеге асыратын реакциялар теңдеулерін жазу керек: AgNO3 → Ag → AgNO3 → Ag2S → Na [Ag(CN)2] → Ag → Ag2SO4

41. Мына өзгерістерді жүзеге асыратын реакциялар теңдеулерін жазу керек: ZnO → Zn → Na [Zn(OH)3] → ZnSO4 → [Zn(NH)4]SO4 → ZnSO4

42. Мына өзгерістерді жүзеге асыратын реакциялар теңдеулерін жазу керек: CdO → Cd →Cd(NO3)2 → Cd(OH)2 → [Cd(NH)6](OH)2 → CdCI2

43. Мына өзгерістерді жүзеге асыратын реакциялар теңдеулерін жазу керек: HgS → Hg → Hg(NO3)2 → HgI2 → K2 [HgI4] → Hg.

Қорытынды

Д.И. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі элементер жер қыртысында және гидросферада (мұхиттарда, теңіздерде, көлдер мен өзендерде) таралған.

Химиялық элементтер негізінен изотоптар қоспасы екені белгілі, тек радиоактивті элементтердің тұрақты изотоптары болмайды.

Аяқталмаған 7 период элементтерінің қасиеттерінің өзгеру заңдылықтары қазіргі кезде қарқынды зерттелуде.

Қазіргі кезде химиктер үшін зерттейтін әлі көптеген бағыттар бар: химиялық байланыстар теориясы мен молекулалардың электрондық структуралары; комплекс қосылыстардың химиясы; лантаноидтар химиясы; жартылай өткізгіш материалдар алу және олардың қасиетттері; құрамы белгілі қатты заттар синтезі; жаңа катализаторлар алу; өте жоғары тазалықтағы заттар алу; биобейорганикалық химия облысындағы зерттеулер т.б.

Элементтер химиясы сарқылмайды, әлі де терең зертеуді қажет етеді. Күтпеген қолдану аясы әлі де көптеп табылады.