Какие d-элементы входят в состав IV, Vи VI групп катионов и каковы их свойства?

Какие p-элементы входят в состав III, IV и V групп катионов и каковы их свойства?

Какие S-элементы составляют I и II группы катионов и каковы их свойства?

s-Элементы расположены в главных подгруппах I и II групп периодической системы. Они имеют только s-валентные электроны, которые легко отдают, образуя ионы с устойчивой 8-электронной оболочкой и зарядом 1+ (Na⁺ и К⁺, к которым близок и ион NН₄⁺) или с 2+ (Mg²⁺, Са²⁺, Sr²⁺ и Ва²⁺). Эти катионы имеют самые большие радиусы из всех остальных катионов и обладают наименьшей поляризуемостью, что обусловливает небольшое разнообразие реакций, в которые они вступают. В основном эти ионы образуют хорошо растворимые неокрашенные соединения.

р-Элементы расположены в главных подгруппах III, IV, V, VI и VII групп периодической системы Д. И. Менделеева. В эту группу входят элементы, образующие как катионы (Al³⁺, Pb²⁺, Bi³⁺ и др.), так и анионы (С1^–, NO₂^–, J^–, SО₄^2– и др.). В некоторых случаях один и тот же элемент может образовывать либо катион, либо анион (Sb³⁺ или [SbCl₆]^3–, Аl³⁺ и АlО₂^– и др.) в зависимости от условий выполнения реакции р-элементы имеют по два s-электрона и в общем случае от одного до шести р-электронов. Отдавая последовательно вначале р-, а затем s-электроны, они образуют ионы разной степени окисления. Если все валентные электроны участвуют в образовании химической связи, соответствующие атомы приобретают степень окисления, равную номеру группы (от +3 до +7) и сильно поляризующую 18-электронную оболочку. Вследствие этого они не существуют в виде свободных ионов типа Sb⁵⁺, S⁶⁺ и т. д., а образуют сложные анионы, например [SbCl₆]^–,SО₄^2– и т. д. При отдаче только р-электронов образуются ионы с (18+2)-электронной оболочкой (Sn²⁺, Pb²⁺ Bi³⁺), оказывающие сильное поляризующее действие. Элементы V, VI и VII групп периодической системы Д. И. Менделеева могут образовывать ионы, в которых только часть р-электронов участвует в образовании химической связи (NO₂^–, SО₃^2– и т.д.).

Катионы p-элементов образуют, как правило, малорастворимые соединения; хорошо растворимы только нитраты и некоторые хлориды. Соли этих элементов в водных растворах сильно гидролизуются и обычно хорошо растворяются и в кислотах, и в щелочах.

Возможность существования ионов р-элементов в разных степенях окисления определяет возможность участия их в реакциях окисления — восстановления: ионы олова (II) являются хорошими восстановителями, ионы сурьмы (V) обладают окислительными свойствами, NaBiO₃ — сильный окислитель и т. д. Из рассматриваемых здесь катионов р-элементов только алюминий имеет постоянную степень окисления 3- и 8-электронную оболочку.

d-элементы расположены в побочных подгруппах периодической системы Д. И. Менделеева (или между s-и р-элементами в 4 и 5 периодах и между f- и р-элементами в 6 периоде, кроме лантана, который следует после s-элементов). У этих элементов, как правило, на внешнем электронном уровне имеются s² -валентные электроны. Кроме того, валентными являются электроны предыдущего d -подуровня, на котором может быть до 10 электронов. К d-элементам отнесены и элементы подгруппы цинка (цинк, кадмий и ртуть), имеющие достроенный d-подуровень. При образовании ионов атомы d-элементов отдают внешние s- и различное число d-электронов. При этом могут образоваться ионы различной степени окисления элементов Fe³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, МnО₄^‑, Cr³⁺, CrO₄^2‑ и др. Элементы подгруппы цинка отдают только s-электроны и образуют ионы с постоянной степенью окисления: Zn²⁺, Cd²⁺ и Hg²⁺.

Таким образом, внешняя электронная оболочка у катионов d-элементов может бытьлибо (18 ‑ п), либо 18-электронная. Ионы d-элементов вступают, как правило, в разнообразные химические реакции. Все они являются хорошими комплексообразователями. Ионы с недостроенными электронными оболочками образуют интенсивно окра­шенные соединения и вступают в реакции окисления – восстановления.

Степень окисления иона оказывает существенное влияние на его химические свойства. Чем выше степень окисления, тем сильнее проявляются кислотные и ослабляются основные свойства элемента и тем больше степень гидролиза его солей. Например, рН растворов солей Fe²⁺ составляет 5–6, а солей Fe³⁺ — около двух. Гидроксид сурьмы (III) обладает амфотерными свойствами, а сурьмы (V) — кислотными: гидроксид хрома (III) имеет амфотерные свойства, а ион СгО₄^2‑, где хром имеет сте­пень окисления +6, является анионом кислоты средней силы и т. д.

Так же проявляется и влияние заряда ионов различных элементов, стоящих в одном периоде, но в соседних группах. Например, из двух ионов, имеющих одинаковые электронные оболочки: Sn²⁺ и Sb³⁺, К+ и Са²⁺, Na⁺ и Mg²⁺, Mg²⁺ и Al³⁺ ион с более высоким зарядом обладает большими кислотными свойствами.

Ионы с более высоким зарядом образуют менее растворимые соединения, чем ионы с меньшим зарядом. Например, растворимости Fе(ОН)_з и Fe(OH)₂ соответственно равны 5,8 •10 ^‑9 и 6,3 •10 ^‑15 моль/л. Ионы Mg²⁺ и Аl³⁺ имеют одинаковое строение электронных оболочек, но растворимость солей алюминия меньше, чем солей магния, например растворимость А1РO₄ равна 7,5 •10 ^‑10 моль/л, а растворимость Mg₃(P0₄)₂ составляет 3,1 • 10 ^‑3 моль/л.

С изменением степени окисления часто меняется и окраска ионов. Например, гидратированные ионы марганца(II) имеют светло-розовый цвет, а ионы М п О₄, где марганец имеет степень окисления +7, окрашены в интенсивно малиновый цвет; гидратированные ионы хрома (Ш) имеют зеленый цвет, а ионы xpoмa (VI) — желтый или оранжевый.

Контрольные задания по дисциплине
"Экоаналитическая химия"

Дата добавления: 2014-12-26