Химические свойства d-элементов

d-Элементы обладают рядом характерных свойств: переменные состояния окисления; способность к образованию комплексных ионов; образование окрашенных соединений.

Хром и его соединения.

При высоких температурах хром горит в кислороде с образованием , в раскаленном состоянии он реагирует с парами воды:

при нагревании с галогенами хром образует галогениды состава

Ранее уже упоминалось, что хром (так же, как алюминий) пассивируется холодными концентрированными . Однако при сильном нагревании эти кислоты растворяют хром:

Хром растворяется при обычной температуре в разбавленных кислотах с выделением водорода. В этих случаях в отсутствие воздуха образуются соли , а на воздухе — соли .

По своим химическим свойствам соли похожи на соли Обрабатывая их растворы щелочами в отсутствие кислорода, можно получить желтый осадок гидроксида хрома (II):

который обладает типичными основными свойствами. При прокаливании в отсутствие кислорода образуется оксид хрома (II)

Соли трехвалентного хрома сходны с солями алюминия по составу, строению кристаллической решетки и растворимости. При действии щелочей соли хрома (III) выпадает студнеобразный осадок гидроксида хрома зеленого цвета:

Гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами, растворяясь как в кислотах с образованием солей хрома (III)

так и в щелочах с образованием тетрагидроксихромитов, т.е. солей, в которых входит в состав аниона:

(сравните с образованием алюминатов).

В результате прокаливания можно получить оксид хрома :

представляет собой зеленые кристаллы, практически нерастворимые в воде. может быть также получен при прокаливании дихроматов калия и аммония:

При сплавлении со щелочами, содой и кислыми солями получаются соединения растворимые в воде:

(Сравните с аналогичными реакциями )

Наиболее важными соединениями хрома в высшей степени окисления являются оксид хрома (VI) хромат (VI) калия и дихромат (VI) калия

Оксид хрома (VI) — кислотный оксид, ангидрид хромовой и дихромовой кислот. представляет собой ярко-красные кристаллы, легко растворимые в воде. Он также реагирует со щелочами, образуя желтые хроматы например:

В кислой среде ион превращается в ион . В щелочной среде эта реакция протекает в обратном направлении:

В кислой среде дихромат-ион восстанавливается до

Марганец и его соединения.

Металлический марганец реагирует с кислотами, образуя соли марганца (II), например:

В различных соединениях марганец проявляет степени окисления 2+, 4+, 6+ и 7+. Чем выше степень окисления, тем более ковалентный характер имеют соответствующие соединения. С возрастанием степени окисления марганца увеличивается также кислотность его оксидов.

Наиболее важным соединением марганца (IV) является его оксид . Это соединение коричнево-черного цвета не растворяется в воде. Оксид марганца (IV) — сильный окислитель, который, например, окисляет концентрированную соляную кислоту до хлора:

Эта реакция часто используется для получения хлора в лаборатории.

Соединения марганца (VI) малоустойчивы, однако наиболее известное соединение — манганат калия — устойчив в щелочной среде. Он образуется при восстановлении перманганата калия в щелочной среде, например:

Высшую степень окисления марганец имеет в кислотном оксиде и перманганате калия Последнее вещество — кристаллы фиолетового цвета, хорошо растворимые в воде.

Перманганат калия — сильнейший окислитель. В кислой среде он восстанавливается до ионов

в щелочной среде — до (см. выше), а в нейтральной среде — до :

Железо и его соединения.

Железо — металл серого цвета. В чистом виде оно довольно мягкое, ковкое и тягучее. Металлическое железо реагирует с водяным паром, образуя черно-бурое вещество — смешанный оксид железа (II,III)

На воздухе железо легко окисляется, особенно в присутствии влаги (ржавление):

Взаимодействуя с галогенами при нагревании, железо всегда образует галогениды железа (III), например:

Железо легко вступает во взаимодействие с соляной и разбавленной серной кислотами, вытесняя водород и образуя соли железа (II):

Концентрированные кислоты — окислители пассивируют железо на холоде, однако растворяют его при нагревании:

Гидроксид железа (II) можно получить при действии растворов щелочей на соли железа (II) без доступа воздуха:

представляет собой студенистый осадок белого цвета, плохо растворимый в воде. В присутствии кислорода воздуха он сразу же окисляется до гидроксида железа (III):

давая бурый студенистый осадок.

Растворимые соли железа в воде сильно гидролизованы, и их водные растворы имеют кислую реакцию, поскольку гидроксиды железа (II) и (III) являются нерастворимыми основаниями. Гидроксид проявляет более основные свойства, чем . В частности, это проявляется в амфотерности При нагревании в горячих концентрированных растворах щелочей происходит его частичное растворение:

с образованием гексагидроферрата (III) калия. Это — один из анионных комплексов трехвалентного железа.

Кроме этого, отметим также две важные комплексные соли железа: гексацианоферрат (П) калия (желтая кровяная соль) и гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль), которые являются реактивами для качественного определения ионов соответственно.

Медь и ее соединения.

Медь — довольно мягкий металл красно-желтого цвета. Ее атомы имеют электронную конфигурацию внешнего уровня Медь обладает наименьшей активностью среди всех рассмотренных выше переходных металлов. Так, например, она не реагирует с разбавленными соляной и серной кислотами. Она растворяется только в кислотах-окислителях:

В соединениях медь проявляет две степени окисления: 14- и 24-, из которых более устойчиво состояние 24-. Одновалентная медь встречается либо в нерастворимых соединениях , либо в виде растворимых комплексов типа .

Хлорид меди (I) растворяется в концентрированном растворе аммиака с образованием комплексного иона диамминмеди (I)

Так же в аммиаке растворяется оксид меди (I) :

Ионы в водном растворе существуют в виде комплексов гексааквамеди (II) , имеющих характерную сине-голубую окраску. При добавлении гидроксида натрия к раствору, содержащему эти ионы, образуется голубой осадок гидратированного гидроксида меди (II):

Полученный осадок, в свою очередь, растворяется в растворе аммиака, образуя ярко-синий комплекс:

Изменение окраски соединений меди при переходе из степени окисления в степень окисления используется в органической химии для качественного анализа. Так, свежеосажденный гидроксид синего цвета восстанавливается до оранжевого осадка альдегидами или восстанавливающими углеводами, например глюкозой.

Цинк и его соединения.

Цинк в соединениях проявляет только одну степень окисления . В лабораториях его часто используют для получения водорода из разбавленной соляной кислоты:

Оксид цинка проявляет амфотерные свойства, реагируя как с кислотами

так и с щелочами

В последней реакции образуется анионный комплекс тетрагидроксицинката.

Гидроксид цинка также проявляет амфотерные свойства.

Он нерастворим в воде, но растворяется в кислотах и щелочах:

Серебро и его соединения.

Серебро, так же, как и медь, не реагирует с разбавленными соляной и серной кислотами, но растворяется в кислотах-окислителях:

В большинстве соединений серебро проявляет степень окисления . Растворимый нитрат серебра используется как реактив для качественного определения ионов (см. § 9):

При добавлении к раствору образуется темно-коричневый осадок оксида серебра

Подобно соединениям меди (I), осадки могут растворяться в растворах аммиака с образованием комплексных соединений:

Последний комплекс используется в органической химии в качественной реакции на альдегиды (реакция «серебряного зеркала»).

Рекомендуемая литература: [Кузьменко, 1977, гл. 19, 20], [Третьяков, § 70—74], [Фримантл, т. 2, гл. 14], [Хомченко, 1993, гл. 14].