Окислительно- восстановительные свойства d-металлов

Все d -металлы, за исключением элементов подгруппы скандия, имеют переменную степень. Поэтому соединения таких металлов выступают как в роли типичных окислителей и восстановителей, так и проявляют окислительно-восстановительную двойственность. Восстановительная активность элементов в одной и той же степени окисления в пределах каждого периода снижается: так, если Ti²⁺ – энергичный восстановитель, Zn²⁺ восстановителем не является 2TiO + 3H₂SO₄ → Ti₂(SO₄)₃ + H₂ + 2H₂O

ZnO + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂O.

Наоборот, при максимальной степени окисления окислительная активность растет. Например, соединения титана (IV) и ванадия (V) – слабые окислители, а соединения хрома (VI) и марганца (VII) – сильные окислители:

TiO₂ + 2HCl → TiOCl₂ + H₂O

V₂O₅ + 6HCl → 2VOCl₃ + 3H₂O

4CrO₃ + C₂H₅OH → 2Cr₂O₃ + 2CO₂ + 3H₂O

2KMnO₄ + 16HCl → 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 2KCl + 8H₂O

Изменение окислительно-восстановительных свойств происходит с увеличением степени окисления у одного и того же d -элемента. Например, для соединений марганца (II) восстановительные свойства не характерны:

MnO + H₂SO₄ → MnSO₄ +H₂O.

Соединения марганца (IV) проявляют окислительно-восстановительную двойственность:

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

MnO₂ + Br₂ + 4KOH → K₂MnO₄ + 2KBr + 2H₂O.

Соединения же марганца (VII) – сильные окислители:

2KMnO₄ + 5H₂O₂ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5O₂ + K₂SO₄ + 8H₂O

Все d – элементы образуют комплексные соединения. Комплексными соединениями называются определенные химические соединения, образованные сочетанием отдельных компонентов и представляющие собой сложные ионы или молекулы, способные к существованию, как в кристаллах, так и в растворах.

В молекуле комплексного соединения один атом или ион, обычно положительно заряженный, занимает центральное место и называется к омплексообразователем. В непосредственной близости к нему расположены или координированы противоположно заряженные ионы или нейтральные молекулы, называемые лигандами. Комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу комплексного соединения. Число лигандов, расположенных вокруг комплексообразователя, называется координационным числом. Чаще всего координационное число равно 6, 4 и 2. В формулах комплексных соединений внутреннюю сферу обозначают квадратными скобками. Все остальные ионы, не вошедшие во внутреннюю сферу, составляют внешнюю сферу.

Все d – элементы являются прекрасными комплексообразователями. Склонность к комплексообразованию объясняется наличием у атомов и ионов d -элементов свободных атомных орбиталей внешнего и предвнешнего энергетического уровня. Они могут образовывать нейтральные, катионные и анионные комплексы, например: [Mn(CO)₅], [Cu(NH₃)₄]SO₄, K₃[Fe(CN)₆].

Лекция № 17. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕМЕТАЛЛОВ

Положение неметаллов в периодической системе. К неметаллам относятся 22 элемента. В периодической системе неметаллы расположены в главных подгруппах I, III – VIII групп. Все они (за исключением водорода и гелия) относятся к р-элементам.

Распространенность неметаллов в земной коре. Неметаллов немного, но они являются основными составляющими окружающего мира: основными составными частями воздуха являются кислород, азот, углекислый газ; земная кора на ¾ состоит из кислорода и кремния; в состав живых существ входят кислород (70%), углерод (18%), водород (11%), а также азот, фосфор, хлор, сера кремний.

Физические свойства. Неметаллы не имеют характерного блеска и различно окрашены. Не проводят электрический ток и тепло, у них отсутствует ковкость, тягучесть и т.д. Эти свойства обусловлены отсутствием в неметаллах делокализованных электронов (электронного газа ).

Общие химические свойства неметаллов. У неметаллов, кроме водорода гелия, на внешнем уровне содержится от 3 до 7 электронов и потому они склонны принимать электроны до полного заполнения внешних орбиталей, проявляя окислительные свойства. Самым сильным окислителем является фтор. Практически фтор разрушает все обычные материалы (стекло, сталь, керамику), он непосредственно взаимодействует со всеми простыми веществами, кроме кислорода, азота и углерода (в виде алмаза). Кроме F₂ сильными окислителями являются O₂, Cl₂, Br₂. Окислительная способность в ряду F₂ > O₂ > Cl₂ > Br₂ убывает. Только окислителем является один фтор, а остальные неметаллы, проявляя главным образом окислительные свойства, могут быть и восстановителями.

Преимущественно восстановительные свойства проявляют H₂,B, C, Si, P. Примерно одинаковыми свойствами окислителей и восстановителей обладают N₂, S, Se. Для них характерны реакции диспропорционирования:

3S + 6KOH = 2K₂S + K₂SO₃ + 3H₂O

Все неметаллы, кроме галогенов, непосредственно взаимодействуют с кислородом, образуя кислотные оксиды. Кислотным оксидам соответствуют кислоты. При переходе слева направо в периоде уменьшается, сила кислот увеличивается. При переходе сверху вниз в группе сила кислот уменьшается.

Если взять один и тот же кислотообразующий элемент, например Cl₂, то с увеличением степени окисления Cl₂, сила кислот и устойчивость увеличивается, а окислительная способность уменьшается.

Все неметаллы, кроме кислорода, с водородом образуют газообразные гидриды, причем галогены, O₂, S, Se, Te, N₂, C могут соединяться с водородом непосредственно, для остальных неметаллов гидриды получают косвенным путем: Mg₂Si + 2H₂SO₄ = SiH₄ + 2MgSO₄

В гидридах степень окисления неметаллов имеет отрицательное значение, поэтому все они являются восстановителями. При переходе сверху вниз в подгруппе устойчивость соединений с отрицательной степенью окисления уменьшается, а восстановительная способность увеличивается. Например, HI^- менее устойчивое соединение и более сильный восстановитель, чем HCl^-1.

В водных растворах гидриды могут быть сильными кислотами (HCl, HBr, HI), кислотами средней силы (HF), слабыми кислотами(H₂S, H₂Se, H₂Te), а раствор NH₃ представляет собой слабое основание NH₄OH. Гидриды PH₃, AsH₃, CH₄ по отношению к воде безразличны, а SiH₄, B₂H₆ водой разлагаются: SiH₄ + H₂O + 2KOH = K₂SiO₃ + 4H₂

B₂H₆ + 6H₂O = 2H₃BO₃ + 6H₂

Дата добавления: 2014-01-04