ЭЛЕМЕНТЫ 3-5-Й ГРУПП

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

  • • положение d-элементов в периодической системе и особенности строения внешних и предвнешних электронных оболочек;
  • • на основе электронного строения валентного слоя подразделение d-элементов на переходные и непереходные;
  • • биологическую роль и применение элементов 3—5-й групп в медицине и фармации;

уметь

  • • охарактеризовать особенности строения атомов элементов d-блока;
  • • составлять уравнения реакций, характеризующих химические свойства элементов 3—5-й групп;

владеть

• навыками интерпретации важнейших свойств элементов 3—5-й групп.

Общая характеристика d-элементов

Внутри больших периодов между s- и p-элементами располагаются d-элементы, которые, за исключением Zn, Cd и Hg, называются переходными. Характерной особенностью этих элементов с точки зрения строения атома является то, что с увеличением заряда ядра у них заполняются не внешние s- и ^-подуровни, а d-подуровни предвнешнсто слоя. Внешние оболочки этих элементов содержат по одному или два электрона. Следовательно, валентные электроны d-элементов располагаются на внешнем и предвнешнем уровнях. Такая особенность строения атомов d-элементов определяет ряд их общих свойств.

Первым и самым легким из d-элементов является скандий, имеющий конфигурацию[1] 3d{As2. Восемь последующих элементов с Z = 22—29 (Ti, V, Сг, Mn, Fe, Со, Ni и Си) образуют первый переходный ряд. Кроме Си и Со все элементы первого переходного ряда имеют либо в основном состоянии, либо в образуемых ими ионах недостроенные 3d-no,4ypoBHH. Цинк, который завершает d-элементы четвертого периода, имеет конфигурацию 3d10As2 и в отличие от остальных образует только ионы со степенью окисления +2, не образуя ионов, в которых был бы ионизирован Зd-пoдypoвeнь.

Следующий переходный ряд начинается с иттрия (Ad[1]5s2) и заканчивается серебром (Y, Zr, Nb, Mo, Тс, Ru, Rh, Pd, Ag). Здесь, как и в предыдущем ряду, элементы (кроме X и Ag) имеют частично заполненный ^-подуровень. Они составляют второй переходный ряд.

Третий переходный ряд начинается с лантана (Z= 57) и включает Hf, Та, W, Re, Os, Ir, Pt, Au и Hg. Каждый из этих элементов имеет частично заполненный 5б/-подуровень как в основном состоянии, так и в различных степенях окисления.

Элементы с Z = 58^-71 (лантаноиды) и Z= 90-И03 (актиноиды) относятся к /-семейству.

Между элементами <7-семейства, лантаноидами и актиноидами имеются существенные различия, выражающиеся прежде всего в том, что частично заполняемые 3d-, Ad- и 5<7-орбитали выходят далеко за пределы данной оболочки атомов или ионов. Такая особенность предвнешних d-орбиталей приводит к тому, что между электронами, заселяющими эти орбитали, и окружением данного атома или иона существует значительное взаимное влияние. Именно этим можно объяснить многие свойства ионов, образованных ^/-элементами.

Все элементы <7-семейства являются металлами, характеризующимися высокими прочностью, теплопроводностью и электрической проводимостью. Они образуют сплавы между собой и другими металлами. Большинство из них в химическом отношении активны, хотя среди них встречаются и такие, которые имеют низкие электродные потенциалы (благородные металлы).

Большинство атомов ^/-элементов образует ионы с переменными степенями окисления, для которых значение низшей степени +2 наиболее характерно. Высшая же степень окисления, как правило, соответствует номеру группы, где расположен элемент. Другой характерной особенностью является то, что с увеличением заряда ядра у ^/-элементов значение устойчивой степени окисления возрастает, что не наблюдалось у s- и p-элементов. Способность проявлять различные степени окисления обусловливает окислительно-восстановительные свойства ^/-элементов, а также изменения кислотно-основных функций их оксидов и гидроксидов. Ионы ^/-элементов почти во всех степенях окисления окрашены. Их соединения характеризуются парамагнитными свойствами.

У элементов, расположенных в верхней части групп, возможны устойчивые соединения в нескольких степенях окисления, а у элементов, расположенных в нижней части групп, наиболее устойчивы соединения, в которых степень окисления максимальна.

За небольшим исключением, ^/-элементы имеют отрицательное значение электродного потенциала, поэтому взаимодействуют с кислотами с выделением водорода. ^/-Элементы с положительным значением электродного потенциала окисляются азотной кислотой, а в некоторых случаях — царской водкой (смесь концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 1 : 3).

Соединения ^/-элементов относятся к координационным, среди которых характерны разнообразные комплексные соединения, об основных типах, свойствах и строении которых говорилось в гл. 10.

В периодах с увеличением заряда ядра способность к комплексообразо- ванию возрастает, поэтому максимальное число этих соединений приходится на элементы групп железа, кобальта и никеля. В 11-й и 12-й группах эта способность несколько снижается. Для d-элементов наиболее характерны координационные числа 4 и 6, хотя проявляются числа 2,3,5, 7 и 8. В качестве лигандов могут быть нейтральные молекулы — Н20, СО, NH3, NO, а также анионы — ОН , N02, Hal , N03, CN , SCN , SO^ , C03 и др. С органическими лигандами d-элементы образуют хелатные комплексы.

  • [1] Здесь и далее для элементов d-семейства будут приводиться электронные конфигурации внешних и предвнешних оболочек.
  • [2] Здесь и далее для элементов d-семейства будут приводиться электронные конфигурации внешних и предвнешних оболочек.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >