Побічна підгрупа V групи - Знаєш як
Ванадій V, ніобій Nb, тантал Та - елементи побічної підгрупи V групи - належать до d-елементів, так як у них в процесі завершення d-оболонки переднього шару. Розподіл електронів за енергетичними рівнями атомів цих елементів наведено в табл.26, фізичні властивості танталу та ванадію-в табл. 27. Ці елементи мають бівалентних електронів, розташованих на зовнішньому та перед зовнішньому шарі. Структура зовнішнього електронного шару цих елементів свідчить, що
в окислювально-відновних реакціях вони виявляють відновлювальні властивості. Проте їм можлива вища ступінь окислення +5.
Ванадій V
Електронна конфігурація зовнішнього та переднього шару атома ванадію 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2 .
Ванадій – речовина хімічно стійка. Захисна окисна плівка робить метал стійким до дії води, сильних кисневих кислот та розчинів лугів. Однак при нагріванні ванадій активно реагує з киснем, утворюючи вищий окис - окис ванадію (V), або ванадієвий ангідрид: 4V + 5O2 = 2V2O5 Реагує ванадій з галогенами і сіркою, утворюючи відповідні солі, з азотом, з фосфором (фосфіди), з вуглецем (карбіди), а також з кремнієм та іншими простими речовинами.
■ 43. Напишіть рівняння реакцій ванадію з киснем, сіркою, галогенами. (Див. відповідь)
Сполуки ванадію - це різного складу окисли з різним ступенем окислення VO(2+), V2O3(3+), VO2(4+), V2O5(4+). Чим менший ступінь окислення, тим яскравіше виражений основний характер окислу:
Якщо VO — основний оксид, a V2O3 і VO2 — амфотерні оксиди, то V2O5 — типовий кислотний оксид, якому відповідають такі ж три форми ванадієвих кислот, як і у фосфору: HVO3 — метаванадієва,H3VO4 - ортованадієва, H4V2O7 - піровадієва. Солі цих кислот називають ванадатами. З'єднання зазвичай є найбільш стійкими.
■ 44. Знаючи, що V2O5 — типовий кислотний оксид, напишіть рівняння реакцій між ванадієвим ангідридом і: а) оксидом кальцію; б) гідроксидом натрію; в) гідроксидом барію. Дайте назви отриманим сполукам. 45. Знаючи, що VO — основний оксид, напишіть рівняння реакцій між окисом ванадію та: а) сірчаною кислотою; б) соляною кислотою. (Див. відповідь)
У природі ванадій зустрічається досить часто, але великі його родовища невідомі, він розсіяний у земній корі. Застосовується ванадій у сплавах для легування сталей, що використовуються в авіаційній та ракетній техніці. З'єднання ванадію, наприклад V2O5, використовуються як каталізатор при контактному способі отримання сірчаної кислоти.
Тантал Та
Тантал – найважчий елемент цієї підгрупи. Електронна конфігурація зовнішнього та переднього шарів 5s 2 5p 6 5d 3 6s 2 .
Тантал серед усіх елементів цієї підгрупи є найбільш стійким до корозії. Він не окислюється навіть царською горілкою. Тантал має дуже цікаву властивість - не відторгається організмом, легко обростає сполучною тканиною і застосовується для виготовлення протезів кісток. Стійкість до окислення дозволяє застосувати тантал для виготовлення деталей хімічної апаратури, зуболікарських та хірургічних інструментів. Карбіди танталу (з'єднання з вуглецем) використовуються для виготовлення різальних інструментів. Тантал дуже пластичний.
■ 46. Вкажіть найважливіші властивості танталу та їх застосування. (Див. відповідь)
Хром Сr (побічна підгрупа VI групи)
З елементів побічної підгрупи VI групи ми зупинимося на хром Ср. Атомна вага його 51,99 заряд ядра +24.Розподіл електронів за енергетичними рівнями атома хрому: 2, 8, 13, 1. Електронна конфігурація зовнішнього та переднього шарів атома хрому 4s 2 4p 6 4d 5 5s 1 .
Щільність хрому 692 температура плавлення 1615 ° температура кипіння 2200 °. Хром отримують з руди - хромистого залізняку FeO-Cr2O3, в основному у вигляді сплаву, який називається ферохром (містить від 27 до 60% хрому). Якщо потрібно отримати чистий хром, застосовують метод алюмінотермії: Сr2O3 + 2Аl = Аl2O3 + 2Сr. Хром у чистому вигляді — блискучий білий метал, найбільш твердий серед металів (за твердістю близький до алмазу), відносно стійкий до корозії і передає ці властивості сплавам. Хром використовують не тільки як добавки до сплавів, але і для покриття (хромування) металевих виробів з метою надання їм більшої стійкості до корозії та зносу. У ряді напруг хром стоїть лівіше водню і може, хоч і повільно, витісняти його з соляної кислоти і розведеної сірчаної. В результаті утворюються сполуки Сr +3. Для хрому можливі сполуки з різними ступенями окиснення цього елемента: Сr +2 Сr +3 Сr +6 . Найбільший інтерес становлять сполуки Сr+3 та Сr+6.
Представниками сполук Сr +3 є окис хрому(III) Сr2O8, гідроокис хрому Сr(ОН)3 і солі Cr2(SO4)3, CrCl3 тощо. Вони являють собою подвійні солі, наприклад KCr(SO4)6 - хромово-калієві галун, NH4Cr(SO4)2 - хромово-аміачні галун. Зазвичай вони кристалізуються із 12 молекулами кристалізаційної води.
Окис хрому (III) Cr2O3 - тверда речовина зеленого кольору. Її дуже легко отримати в лабораторії при нагріванні біхромату амонію (NH4)2Cr2О7, який розкладається за рівнянням: (NH4)2Cr2O7 = N2 + 4Н2O +Сr2O3 Реакція починається при нагріванні і йде з виділенням тепла та сильним збільшенням об'єму продуктів реакції (рис. 82). Окис хрому (III) застосовується при виготовленні кольорового скла.
Мал. 82. Розкладання біхромату амонію
Гідроокис хрому (III) Сr(ОН)3 — сіро-зелений драглистий осад, який виходить при дії лугів на солі хрому (III): Cr2(SO4)3+ 6NaOH = 2Cr(OH)3+ 3Na2SO4
2Cr3 + + 3SO 2 4 - + 6Na + + 6OH - = 2Cr(OH)3 + 6Na + + 3SO 2 4
Cr 3+ + 3ОН — = Cr(OH)3 Гідроокис хрому — речовина амфотерна, що легко розчиняється як у кислотах, так і в лугах: Cr(OH)3 + 3НСl = СrСl3 + 3Н2O
Сr(ОН)3 + 3Н + = Сr 3+ + 3Н2O
Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2Н2O
Сr(ОН)3 + ОН - = Сr0 - 2 + 2Н2O У цьому окис і гідроксид хрому (III) дуже подібні аналогічними сполуками алюмінію. Солі Сr +3 зазвичай пофарбовані в фіолетовий колір. Вони застосовуються в шкіряній промисловості для дублення шкір, при фарбуванні тканин як протрава, в кольоровій фотографії, у друкарській справі. Солі, що містять аніон СrО - 2, звуться хромітів. В окислювально-відновних реакціях сполуки, що містять Сr +3 відіграють роль відновника.
Сполуки хрому в ступені окислення Сr +6 - хромові кислоти та їх солі. Хромова кислота Н2СrO4 утворює солі, звані хроматами: Na2CrO4 — хромат натрію, К2СrO4 — хромат калію тощо. Хромати мають жовте забарвлення, а біхромати — помаранчеве. Такі солі в окислювально-відновних процесах поводяться як сильні окислювачі. Ця властивість їх використовується, наприклад, для приготування так званої хромової суміші для миттяскляного хімічного посуду (насичений розчин хромпіку поєднується з концентрованою сірчаною кислотою). Поступово окислюючи забруднення на стінках посуду, хромова суміш відновлюється, змінюючи згодом своє забарвлення. Після зміни забарвлення на зелене в результаті утворення хромітів суміш треба міняти. Окислювальні властивості хроматів використовуються також для пасивування поверхні металів. Деякі хромати застосовують при виготовленні мінеральних фарб.
■ 47. Напишіть рівняння реакцій металевого хрому з розведеною сірчаною та соляною кислотою. (Див. відповідь) 48. Запропонуйте спосіб отримання хромово-калієвих галунів. 49. Наведіть рівняння реакцій, що підтверджують амфотерний характер окису та гідроксиду хрому (III) у молекулярній, повній іонній та скороченій іонній формах. 50. У чому головна особливість хімічних властивостей сполук Сr+3? 51. Перерахуйте основні сфери застосування сполук хрому. 52. Наведіть приклади окислювальної дії сполук Сr+6. (Див. відповідь)
Марганець Мn (побічна підгрупа VII групи)
У побічну підгрупу VII групи входять елементи марганець Мn, технецій Ті, реній Re. З них найбільш поширеним та широко застосовуваним елементом є марганець Мn. Заряд ядра марганцю + 25, атомна вага 50,94. Розподіл електронів за енергетичними рівнями (+25); 2, 8, 13, 2. Електронна конфігурація зовнішнього та переднього шарів 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 .
Марганець у природі зустрічається у вигляді різноманітних сполук. Найбільш часто використовуваною рудою є піролюзит МnO2 та деякі інші. Дуже часто марганець супроводжує залозу і при виплавці чавуну та сталі сплавляється з ними. У вигляді цих сплавів марганець здебільшого знаходить застосування. Марганець належить доважких металів, його густина 7,2, температура плавлення 1247°, температура кипіння 2146°. Марганець досить стійкий до корозії на повітрі, оскільки покривається захисною плівкою. У ряді напруг марганець стоїть лівіше водню. При нагріванні дрібнороздроблений марганець навіть реагує з водою, утворюючи гідроксид і водень: Мn + 2Н2O = МO(ОН)2 + H2 Він дуже активно витісняє водень із кислот (наприклад, із соляної та розбавленої сірчаної). Азотна кислота окислює марганець до різних ступенів окиснення.
Марганець утворює ряд оксидів, у яких виявляє різні ступені окислення. МnО - окис марганцю - оксид основного характеру, йому відповідає гідроксид Мn(ОН)2. Двоокис марганцю МnO2 - оксид з ам-фотерними властивостями, йому відповідає гідроксид Мn(ОН)4 - речовина також амфотерного характеру. Вищий оксид Мn2O7 зветься марганцевого ангідриду, має яскраво виражені кислотні властивості і є дуже сильним окислювачем. Йому відповідає марганцева кислота НМnO4 - сильна, але нестійка, що існує тільки в. розведених розчинах. Солі марганцевої кислоти називаються перманганатами, наприклад КМnO4 — перманганат калію, який широко використовується в лабораторії окислювач. В аналітичній хімії підкислені розчини КМnO4 використовують у методі об'ємного кількісного аналізу, який називається перманганатометрією. Ступінь відновлення марганцю, що входить до складу перманганату, залежить від умов, у яких проводиться реакція, зокрема, від середовища (див. § 32). Перманганат калію в медицині застосовують як антисептичний засіб як полоскання та промивання, примочок при опіках.
■ 53. Зобразіть схему будови атома марганцю, електронну конфігурацію його зовнішнього та переднього шарів, а також розподіл електронів поорбіталям. (Див. відповідь)
54. Опишіть властивості металевого марганцю, навівши відповідні рівняння реакцій. 55. Охарактеризуйте властивості сполук Мn +7, навівши рівняння реакцій. 56. Вкажіть, де застосовуються марганець та його сполуки. (Див. відповідь)