Химические свойства d-металлов

Физические свойства d-металлов

Все d -металлы обладают электро- и теплопроводностью. Максимальную электро- и теплопроводность имеют серебро, медь и золото.

К легким d -металлам относятся Sc, Y, Тi, плотность которых равна соответственно 3,02; 4,47; 4,51 г/см³. Остальные металлы тяжелые. Максимальную плотность имеет осмий (ρ =22,6 г/см³). В подгруппах сверху вниз плотность увеличивается, самые тяжелые металлы в шестом периоде.

Температура плавления металлов имеет периодическую зависимость от порядкового номера элемента. В каждом периоде температура плавления вначале увеличивается, а затем падает. Максимальную температуру плавления имеют металлы шестой побочной подгруппы: Сr, Мо, W. Легкоплавкими металлами являются металлы подгруппы цинка. Минимальную температуру плавления имеет ртуть (t_пл=-39°С), поэтому ртуть при обычных условиях жидкая. Максимальная температура плавления у вольфрама – 3380ºС.

Отношение к кислороду. При взаимодействии с кислородом d-элементы образуют тугоплавкие, не растворимые в воде оксиды. Исключение составляют СrО₃, Мn₂O₇, Tc₂O₇, Re₂O₇, RuO₄ и OsO₄, которые, растворяясь в воде, образуют кислоты:

CrO₃ + H₂O → H₂CrO₄

Re₂O₇ + H₂O → 2HReO₄

Оксиды и гидроксиды d -элементов в низших степенях окисления проявляют, главным образом, основные свойства (MnO, Mn(OH)₂, FeO, Fe(OH)₂), а высших степенях окисления – кислотные (MoO₃, H₂MoO₄, Mn₂O₇, HMnO₄). Амфотерные свойства проявляют оксиды и гидроксиды d-металлов в промежуточных степенях окисления (Сr₂O₃, Cr(OH)₃, V₂O₃, V(OH)₃). В подгруппах сверху вниз кислотный характер оксидов уменьшается, а основной – усиливается. Например, в ряду СrО₃ – МоО₃ – WO₃ кислотные свойства ослабляются. В ряду ZnO – CdO – HgO амфотерным является оксид цинка, а СdO, HgO – основные оксиды.

Отношение к воде, кислотам и щелочам. Подавляющее большинство d -металлов с водой не реагируют, т.к. имеют положительное значение стандартного электродного потенциала. С водой и с разбавленными кислотами взаимодействуют металлы, имеющие отрицательное значение стандартного электродного потенциала. Это прежде всего элементы подгруппы скандия, которые в периодах располагаются сразу после щелочноземельных металлов. Иттрий и лантан медленно реагируют с водой:

2Y + 6H₂O → 2Y(OH)₃ +3H₂.

Скандий с водой не реагирует из-за образования малорастворимой оксид- гидроксидной пленки. С водяным паром при высокой температуре взаимодействуют Fe, Co, Ni и Ti:

3Fe + 4H₂O ↔ Fe₃O₄ + 4H₂

Ti + 2H₂O → TiO₂ + 2H₂.

В соляной и разбавленной серной кислотах растворяются с выделением водорода металлы подгруппы скандия, кадмий и все металлы четвертого периода за исключением меди:

2Sc + 6HCl → 2ScCl₃ + 3H₂

2Ti + 3H₂SO₄ → Ti₂(SO₄)₃ + 3H₂

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ +H₂.

Плавиковая кислота способна перевести Ti, Zr, Hf и V в водорастворимые комплексные кислоты:

2Ti + 12HF → 2H₃[TiF₆] + 3H₂

Zr + 6HF → H₂[ZrF₆] + 2H₂

2V + 12HF → 2H₃[VF₆] + 2H₂.

В азотной кислоте растворяются Сu, Ag, Hg, Pd и металлы подгруппы марганца. В связи с тем, что в побочных подгруппах сверху устанавливается устойчивое состояние, в котором элемент имеет высшую степень окисления, растворение в разбавленной азотной кислоте проходит с образованием устойчивых соединений Мn(II), Tc(VII) и Re(VII):

3Mn + 8HNO₃ → 3Mn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

3Re + 7HNO₃ → 3HReO₄ + 7NO + 2H₂O.

В холодных концентрированных азотной и серной кислотах пассивируются за счет пленок Mn, Tc, Re, Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, Fe, Сr, Mo, W.

Металлы, которые не растворяются в кислотах-окислителях, растворяются в различных смесях кислот, например:

3Ta + 5HNO₃ + 21F → 3H₂[TaF₇] + 5NO + 10H₂O

Mo + 8HF + 2HNO₃ → H₂[MoF₈] + 2NO + 4H₂O

3Pt + 4HNO₃ + 18HCl → 3H₂[PtCl₆] + 4NO + 8H₂O.

Известно, что амфотерные металлы реагируют с водными растворами щелочей. Среди d -металлов типичным амфотерным элементом является цинк, поэтому он растворяется в водном растворе щелочи по уравнению реакции:

Zn + 2H₂O + 2NaOH → Na₂[Zn(OH)₄ + H₂.

Остальные d -металлы с водными растворами щелочей не взаимодействуют, но в присутствии окислителей (О₂, KNO₃, КСlO₃) некоторые из них вступают в реакции с расплавами щелочей:

Mo + 3NaNO₃ + 2NaOH → Na₂MoO₄ + 3NaNO₂ + H₂O

Дата добавления: 2014-01-04