Свойства элементов II группы побочной подгруппы (подгруппы цинка)

Медь и её соединения.

Получение

Пирометаллургия:

CuO + C Cu + CO

CuO + CO Cu + CO₂

Гидрометаллургия:

CuO + H₂SO₄ CuSO₄ + H₂O
CuSO₄ + Fe FeSO₄ + Cu

Электролиз:

2CuSO₄ + 2H₂O 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄
(на катоде) (на аноде)

Химические свойства

Взаимодействует с неметаллами при высоких температурах:

2Cu + O₂ 2CuO
Cu + Cl₂ CuCl₂

Медь стоит в ряду напряжений правее водорода, поэтому не реагирует с разбавленными соляной и серной кислотами, но растворяется в кислотах – окислителях:

3Cu + 8HNO₃(разб.) 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 2H₂O
Cu + 4HNO₃(конц.) Cu(NO₃)₂ + 2NO2 + 2H₂O
Cu + 2H₂SO₄(конц.) CuSO₄ + SO₂ +2H₂O

Сплавы меди с оловом - бронзы, с цинком - латуни.

Соединения одновалентной меди

Встречаются либо в нерастворимых соединениях (Cu₂O, Cu₂S, CuCl), либо в виде растворимых комплексов (координационное число меди – 2):

CuCl + 2NH₃ [Cu(NH₃)₂]Cl

Оксид меди (I) - красного цвета, получают восстановлением соединений меди (II), например, глюкозой в щелочной среде:

2CuSO₄ + C₆H₁₂O₆ + 5NaOH Cu₂O + 2Na₂SO₄ + C₆H₁₁O₇Na + 3H₂O

Соединения двухвалентной меди

Оксид меди (II) - чёрного цвета. Восстанавливается под действием сильных восстановителей (например, CO) до меди. Обладает основным характером, при нагревании растворяется в кислотах:

CuO + H₂SO₄ CuSO₄ + H₂O
CuO + 2HNO₃ Cu(NO₃)₂ + H₂O

Гидроксид меди (II) Cu(OH)₂ - нерастворимое в воде вещество светло-голубого цвета. Образуется при действии щелочей на соли меди (II):

CuSO₄ + 2NaOH Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

При нагревании чернеет, разлагаясь до оксида:

Cu(OH)2 CuO + H2O

Типичное основание. Растворяется в кислотах.

Cu(OH)₂ + 2HCl CuCl₂ + 2H₂O
Cu(OH)₂ + 2H⁺ Cu²⁺ + 2H₂O

Растворяется в растворе аммиака с образованием комплексного соединения (координационное число меди – 4) василькового цвета (реактив Швейцера, растворяет целлюлозу):

Cu(OH)₂ + 4NH₃ [Cu(NH₃)₄](OH)₂

Малахит Cu₂(OH)₂CO₃. Искусственно можно получить по реакции:

2CuSO₄ + 2Na₂CO₃ + H₂O Cu₂(OH)₂CO₃ + 2Na₂SO₄ + CO₂

Разложение малахита:
Cu₂(OH)₂CO₃ 2CuO + CO₂ + H₂O

Дополнительную информацию о меди , её свойствах и применении можно получить здесь

Серебро и его соединения

Благородный металл, устойчивый на воздухе. При потускнении серебра происходит реакция Гепара:

4Ag + 2H₂S + O₂ 2Ag₂S + 2H₂O

В ряду напряжений находится правее водорода, поэтому растворяется только в кислотах - окислителях:

3Ag + 4HNO₃(разб.) 3AgNO₃ + NO + 2H₂O
Ag + 2HNO₃(конц.) AgNO₃ + NO₂ + H₂O
2Ag + 2H₂SO₄(конц.) Ag₂SO₄ + SO₂ + 2H₂O

В соединениях серебро обычно проявляет степень окисления +1.
Растворимый нитрат серебра AgNO₃ используется как реактив для качественного определения Cl-, Br-, I-:

Ag⁺ + Cl^- AgCl белый
Ag⁺ + Br^- AgBr светло-жёлтый
Ag⁺ + I^- AgI тёмно-жёлтый

(Способность этих осадков образовывать растворимые комплексные соединения уменьшаются в ряду AgCl – AgBr – AgI). На свету галогениды серебра постепенно разлагаются с выделением серебра.
При добавлении растворов щелочей к раствору AgNO₃ образуется тёмно-коричневый осадок оксида серебра Ag₂O:

2AgNO₃ + 2NaOH Ag₂O + 2NaNO₃ + H₂O

Осадки AgCl и Ag₂O растворяются в растворах аммиака с образованием комплексных соединений (координационное число серебра – 2):

AgCl + 2NH₃ [Ag(NH₃)₂]Cl
Ag₂O + 4NH₃ + H₂O 2[Ag(NH₃)₂]OH

Аммиачные комплексы серебра взаимодействуют с альдегидами (реакция серебряного зеркала):

Золото и его соединения

Золото - мягче Cu и Ag, ковкий металл; легко образует тончайшую фольгу; благородный металл, устойчив как в сухом, так и во влажном воздухе. Растворим только в смеси концентрированных соляной и азотной кислот ("царской водке"):

Au + HNO₃ + 4HCl H[AuCl₄] + NO + 2H₂O

Реагирует с галогенами при нагревании:

2Au + 3Cl₂ 2AuCl₃

Соединения термически не очень устойчивы и разлагаются при нагревании с выделением металла. Комплексообразователь (комплексы золота (III) обладают координационными числами 4, 5 и 6).
Прочитать о применении меди

2)

Свойства элементов II группы побочной подгруппы (подгруппы цинка)

Физические свойства

-Сходство элементов главной и побочной подгрупп во II группе больше, чем в I группе.
-Значения плотности r и атомного объема повышаются с увеличением атомной массы.

Химические свойства

-Химическая активность уменьшается с увеличением атомной массы (в главной подгруппе –наоборот).

-Хорошие комплексообразователи (в отличие от элементов главной подгруппы).

Цинк и его соединения

Цинк - металл серебристо-белого цвета. В соединениях проявляет только одну степень окисления +2; соединения цинка неокрашены.
Нормальный окислительно-восстановительный потенциал в кислой среде системы Zn²⁺ / Zn равен -0,76 в, а в щелочной среде системы ZnO₂^2- / Zn равен -1,22 в. Поэтому цинк растворяется в разбавленных кислотах и щелочах

Zn + 2НCl ZnCl₂ + H₂
Zn + H₂SO₄(разб) ZnSO₄ + H₂
Zn + 2NaOH + 2H₂O Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

Цинк не разлагает воду, т.к. в водном растворе он быстро покрывается защитной пленкой оксида, которая предохраняет его от коррозии.
Цинк - сильный восстановитель и вытесняет менее активные металлы (стоящие справа в ряду напряжений) из растворов их солей

Zn + CuSO₄ ZnSO₄ + Cu

Оксид цинка проявляет амфотерный характер, растворяясь как в кислотах, так и в растворах щелочей:

ZnO + H₂SO₄ ZnSO4 + H2O
ZnO + 2NaOH + H₂O Na₂[Zn(OH)₄]

При нагревании комплексный тетрагидроксицинкат-анион дегидратируется:

[Zn(OH)₄]2- ZnO₂^2- + 2H₂^O

Гидроксид цинка также проявляет амфотерные свойства. Он нерастворим в воде, но растворяется в кислотах и щелочах;

Zn(OH)₂ + 2HCl ZnCl₂ + 2H₂O
Zn(OH)₂ + 2NaOH Na₂[Zn(OH)₄]

Ион Zn2+ является энергичным комплексообразователем с координационным числом 4. В отличие от гидроксида алюминия гидроксид цинка растворяется в водном растворе аммиака:

Zn(OH)₂ + 2NH₃ [Zn(NH₃)₄](OH)₂

Кадмий и его соединения

Кадмий - белый, блестящий, мягкий, ковкий металл; очень мало растворяется в неокисляющих кислотах, хорошо растворяется в разбавленной HNO₃ (нормальный потенциал Cd / Cd ²⁺ = -0,40 в).
Кадмий образует только один ряд соединений, где он двухвалентен. Ион Сd ²⁺ - бесцветен.
Оксид кадмия СdО (коричневого цвета) и гидроксид кадмия Сd(ОН)₂ (белого цвета) проявляют основной характер, растворяясь только в кислотах.

CdO + 2HCl CdCl₂ + H₂O

Cd(OH)₂ + 2HCl CdCl₂ + 2H₂O

Кадмий является хорошим комплексообразователем (координационное число 4). Гидроксид кадмия растворяется в водном растворе аммиака:

Cd(OH)₂ + 4NH₃ [Cd(NH₃)₄](OH)₂

Ртуть и ее соединения

Ртуть - серебристо-белый, блестящий, единственный жидкий при комнатной температуре металл; обладает низкой электропроводностью (она составляет 1,7% от электропроводности серебра) и большим коэффициентом термического расширения. На воздухе проявляет устойчивость. Реагирует с серой и галогенами:

Hg + S HgS
Hg + Br₂ HgBr₂

Со многими металлами дает сплавы (амальгамы) (экзотермическое образование). Пары и соединения чрезвычайно ядовиты (накапливаются в организме).
Ртуть не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах (в ряду напряжений металлов ртуть находится после водорода; нормальный потенциал Hg / Hg ²⁺ = +0,85 в). Ртуть легко растворяется в концентрированной азотной кислоте – образуется нитрат ртути (II):

Hg + 4HNO₃ Hg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

При растворении ртути в разбавленной азотной кислоте образуется нитрат ртути (I),

6Hg + 8HNO₃ 3Hg₂(NO3)₂ + 2NO + 4H₂O

При растворении ртути в горячей концентрированной серной кислоте в зависимости от избытка ртути или кислоты образуются соли одновалентной или двухвалентной ртути:

Hg + 2H₂SO₄ HgSO₄ + SO₂ + 2H₂O
2Hg + 2H₂SO₄ Hg₂SO₄ + SO₂ + 2H₂O

Ртуть растворяется в царской водке:

3Hg + 2HNO₃ + 6HCl 3HgCl₂ + 2NO + 4H₂O

Оксид ртути (II) HgO; красный кристаллический или желтый аморфный порошок; плохо растворим в воде; раствор имеет слабо щелочную реакцию.<

Получение

Hg₂(NO₃)₂ 2HgO + 2NO₂
2Hg(NO₃)₂ 2HgO + 4NO₂ + O2

Химические свойства.

Легко восстанавливается; при нагревании разлагается на ртуть и кислород. Реагирует с кислотами с кислотами с образованием солей и воды.
Сульфид ртути (II) HgS (киноварь) – ярко-красный нерастворимый в воде порошок.

Hg + S HgS
Hg²⁺ + S^2- HgS

Галогениды.

Получение

Hg + Br₂ HgBr₂
HgO + 2HCl(сулема) HgCl₂ + H2O

Сулему также получают растворением ртути в царской водке.

Химические свойства:

HgI2 + 2KI K2[HgI4](реактив Несслера)

Реактив Несслера используется в качестве очень чувствительного аналитического реагента для обнаружения иона NH4+:

Сульфат ртути (II) и нитрат ртути (II).Получают растворением ртути или оксида ртути (II) в концентрированных серной или азотной кислотах соответственно.

Hg + 2H₂SO₄(горячая,конц.) HgSO₄ + SO₂ + 2H₂O
HgO + H₂SO₄ HgSO₄ + H₂O
3Hg + 8HNO₃(конц.) 3Hg(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O
HgO + 2HNO₃ Hg(NO₃)₂ + H₂O

Более активные металлы легко вытесняют ртуть из ее солей:

Cu + Hg(NO₃)₂ Cu(NO₃)₂ + Hg

62 вопрос.

Платиновые металлы – это элементы VIII группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Их шесть: в пятом большом периоде – так называемые «легкие» платиновые металлы – рутений (Ru), родий (Rh), палладий (Pd) с порядковыми номерами, соответственно, 44, 45, 46 и в шестом – «тяжелые» осмий (Os), иридий (1г), платина (Pt), имеющие порядковые номера 76, 77, 78. Вместе с золотом и серебром металлы платиновой группы образуют семейство благородных металлов – благородных потому, что они отличаются низкой химической активностью, высокой коррозионной стойкостью, а изделия из них имеют красивый, благородный, внешний вид.

Платина (от исп. «plata» – серебро) – элемент, давший название всей рассматриваемой группе металлов. Она известна человечеству с незапамятных времен: следы платины обнаруживаются еще в древнеегипетских инкрустациях. Однако первое упоминание о платине в архивах относится к 1735 г., а первое описание выполнено испанским офицером, физиком и математиком Доном Антонио де Ульоа в 1748 г. К этому же периоду относится начало исследований доставленных из Южной Америки, с территории нынешней Колумбии, в Европу образцов платиновой руды («сырой» платины) и попытки получения ковкого металла. Например, в те годы уже была обнаружена способность платины растворяться в «царской водке». В 1803–1804 гг. англичанин В.Х. Волластон обнаружил в указанном растворе следующие два металла платиновой группы: палладий (в честь астероида Паллас) и родий («nodor» – розовый, соли родия имеют розовую окраску). Из нерастворимого остатка после растворения «сырой» платины в «царской водке» другой английский исследователь С. Теннант выделил еще два платиновых металла: иридий («soidiri» – радуга) и осмий («hmso» – запах, летучий оксид осмия имеет неприятный запах).

И, наконец, в 1844 г. был открыт последний из элементов платиновой группы – рутений (лат. «Ruthenia» – Россия). Автор этого открытия – профессор химии Казанского университета Карл Карлович Клаус. Открытие этого элемента именно в России во многом было предопределено тем обстоятельством, что двумя десятилетиями ранее на Урале были разведаны богатейшие залежи самородной платины, и к 1835 г. Россия уже чеканила платиновые монеты. Это свидетельствовало о высоком (для того времени) уровне развития хи-мической науки и инженерной мысли.

Содержание платиновых металлов в земной коре (кларк) оценивается, по данным разных авторов, на уровне 10^-6 – 10^-9%% для палладия и 10^-6 – 10^-11%% – для остальных платиновых металлов. Собственно минералы платиновых металлов не образуют месторождений, перспективных для промышленной переработки. Минералы платины и палладия преимущественно вкраплены в основные рудообразующие сульфидные минералы меди, никеля, железа – халькопирит, пентландит, пирротин и др. Рутений, родий, осмий и иридий, которые называются редкими платиновыми металлами, как правило, замещают атомы цветных металлов и железа в кристаллических решетках их минералов. Таким образом, платиновые металлы являются не только редкими, но и рассеянными элементами.

По запасам платиновых металлов, которые оцениваются суммарно в 56 тыс. тонн, Россия занимает второе после Южно-Африканской республики место в мире. Главным источником платиновых металлов в России являются сульфидные медно-никелевые руды полуострова Талнах.

При переработке медно-никелевых руд металлы платиновой группы следуют за никелем и медью по всем технологическим цепочкам, концентрируясь в черновом (неочищенном) никеле и черновой меди. Если в исходной руде содержание платиновых металлов колеблется от десятых долей грамма до нескольких граммов, то в черновом никеле, например, ориентировочно присутствует 350 г./т платины и 750 г./т палладия. На заключительном этапе – в процессе электролиза чернового металла (он является катодом)– платиновые металлы, а также золото и серебро оседают на дно электролизной ванны в виде шлама. Именно электролитные шламы служат непосредственным источником платиновых металлов. Из них получают богатые платиновые концентраты, а затем в процессе аффинажа и сами металлы.

Наряду с первичным, перерабатываются также различные виды вторичного (отработанные катализаторы, электронный лом, отходы фото- и кинопленки, бракованные изделия и т.п.) и техногенного (шлаки, кеки, пыли) сырья. Их доля в общем объеме перерабатываемого сырья неуклонно возрастает.

Производство платиновых металлов измеряется в тройских унциях (1 тр. унция = 31.1 г.), а цены – в долларах за тройскую унцию. Следует отметить, что независимо от абсолютного значения цены, платина всегда дороже золота. Самый дешевый из металлов платиновой группы – рутений (для сравнения: в 1996 г. при цене на платину порядка 400долл. за тр. унцию, рутений стоил не более 1 долл./тр. унцию).

Металлы платиновой группы сочетают в себе самые разные свойства: термостойкость и пластичность, коррозионную устойчивость и свариваемость, отражательную и эмиссионную способность, тепло- и электропроводность и высокие магнитные характеристики. Некоторые из них отражены в табл. 1. Уникальными физическими и химическими свойствами обладают не только сами металлы, но и их соединения и материалы на их основе: сплавы, катализаторы, порошки, покрытия, оксидные пленки и др. Они играют важную роль в самых разных отраслях промышленности, в химии, анализе, катализе, биологии, медицине; незаменимы в электронике, радио» и электротехнике, химической и нефтеперерабатывающей отраслях, приборостроении, атомной и ракетной технике. Платиновые металлы обеспечивают гарантированно надежную работу вычислительных, измерительных, контролирующих приборов и устройств. Эффект от использования платиновых металлов, которые окружают нас буквально повсюду, переоценить практически невозможно. Платиновые металлы образуют валютный фонд государств.

Одним из наиболее удивительных свойств платиновых металлов является их способность катализировать различные химические процессы: гидрирования и дегидрирования, полимеризации и изомеризации, окисления и восстановления. Именно платине обязано своим появлением само введенное Берцелиусом понятие «катализ». С их участием организованы крупнотоннажные производства. Например, в производстве азотной кислоты на стадии окисления аммиака катализатором служит сетка из сплава платины и 5–10% родия; производство уксусной кислоты взаимодействием метилового спирта с оксидом углерода (реакция карбонилирования) осуществляется в присутствии карбонильного комплекса родия. Нет ни одного платинового металла, который не «сказал» бы своего веского слова в катализе. Потенциального использования ждут сотни каталитически активных комплексов Ru, Os, Ir, Rh.

Однако, пожалуй, самым ярким примером использования каталитических свойств металлов платиновой группы служит процесс очистки, или дожигания, выхлопных газов автомобилей. Наиболее эффективны трехфункциональные катализаторы, платино-палладиево-родиевые, которые позволяют одновременно устранить три токсичных компонента выхлопных газов: углеводороды, оксид углерода, оксид азота. При сжигании 1 тонны горючего, наряду с 40–50 кг СО и 0.3–5 кг NH_з и углеводородов, выделяется от 12 до 24 кг оксидов азота. Реакции, приводящие к восстановлению оксидов азота, катализируются родием. Содержание родия в расчете на один фильтр для очистки выхлопов составляет 0.34 г. В настоящее время основная доля производимого родия расходуется в производстве автомобильных катализаторов: при общем объеме выпуска родия в 1995 г. в количестве 459 тыс. тр. унций, 450 – пошло на получение автомобильных катализаторов.

Открытие металлической проиводимости диоксида рутения RuO₂ в 1962 г., поистине революционное, послужило толчком для проведения широкого круга исследований электрических свойств простых и смешанных оксидов элементов платиновой группы, а открытая позднее советскими учеными Н.М. Жаворонковым, В.Б. Лазаревым и И.С. Шаплыгиным корреляция между электронной конфигурацией и типом проводимости позволила осуществлять направленный синтез оксидных материалов с заданными свойствами. Без резистивных паст на основе оксидов рутения, которые нашли применение в тонкопленочных и толстопленочных гибридных интегральных схемах, прогресс электронной техники был бы просто немыслим.

Аналогичное явление произошло и с палладием. До 50 х годов он применялся преимущественно как ювелирный металл (наряду с золотом, серебром и платиной) и компонент стоматологических сплавов. Далее началась новая эра в его использовании – в качестве проводящих паст на основе палладиевых и палладий-серебряных порошков, которые образуют токопроводящие дорожки электронных схем и внутренние электродные слои, а также выводы конденсаторов. На эти цели расходуется в наши дни без малого половина производимого палладия.

Соединения платиновых металлов обладают антимикробной и антивирусной активностью, а также антиканцерогенными свойствами. Комплекс дихлородиамминоплатина(II) цис-строения – [Pt(NH₃)₂Сl₂] (цис-ДДП) внедрен в клиническую практику как эффективный препарат в химиотерапии рака. Разработки, выполненные в Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова, позволили предложить один из комплексов палладия(II) с гексаметилентетрамином (уротропином) для лечения особо опасных патогенных субвирусов – прионов, этой новой «чумы», надвигающейся на человечество.

Платиновые металлы имеют и общие сферы применения, и присущие лишь отдельно взятым металлам. Так, в химической промышленности, в электронике, электротехнике используются почти все металлы платиновой группы. В то же время никакие другие металлы не могут заменить иридий в производстве тиглей – контейнеров для получения лазерных и других кристаллических материалов. Иридий выдерживает чрезвычайно высокие температуры (табл. 1), которые требует процесс выращивания кристаллов; его применение исключает коррозию, способную загрязнить драгоценный расплав.

Самый редкий платиновый металл – осмий. Он производится ежегодно в крайне малых – килограммовых – количествах и расходуется преимущественно на выпуск сверхтвердых специальных сплавов, отличающихся повышенной стойкостью к истиранию, для производства компасных игл, осей, трущихся частей точных инструментов и, наконец, шариковых ручек. Классической областью применения осмия в виде тетраоксида OsO₄стала гистология, наука о тканях многоклеточных животных и человека, благодаря способности этого соединения при контактах с биологической тканью восстанавливаться на различных функциональных узлах клеток и окрашивать ее.

63 вопрос