Химия d-элементов (медь, серебро, цинк, хром, марганец, железо)
Медь находится в четвертом периоде, группе IБ. Ее электронная формула 29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1, наиболее устойчивые степени окисления +2 и +1. Медь в промышленности получают пирометаллургическим методом, что можно описать следующим уравнением:
Полученную медь называют черновой (содержание меди 95–98%). Затем медь подвергают электролитическому рафинированию для получения меди высокой чистоты. Металл малой активности, в ряду напряжений металлов медь расположена после водорода. Ее химические свойства:
Йодид меди (II) не существует. Попытки получить его реакциями обмена приводят к иодиду меди (I) и йоду, например:
В электрохимическом ряду напряжений металлов медь расположена после водорода, поэтому с разбавленной соляной кислотой она не реагирует. Однако с концентрированной соляной кислотой она взаимодействует с образованием дихлоркупрата (I) водорода:
Кроме того, медь способна взаимодействовать с соляной кислотой в присутствии кислорода воздуха:
Медь образует оксиды состава Cu2O, CuO. Первый проявляет основные, а второй амфотерные с преобладанием основных свойства. Оба оксида легко восстанавливаются до меди под действием различных восстановителей:
Гидроксид меди (II) Cu(OH)2 разлагается при нагревании, проявляет амфотерные свойства с преобладанием основных:
Серебро находится в пятом периоде, группе IБ. Его электронная формула 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1. В промышленности серебро получают комплексной переработкой полиметаллических руд. Химические реакции, характерные для серебра:
Оксид серебра Ag2O — термически нестабильный, типичный основный оксид. Его химические свойства:
Цинк находится в четвертом периоде, группе IIБ. Его электронная формула 30Zn 1s22s22p63s23p63d104s2. В промышленности цинк получают либо электролизом водного раствора его сульфата, либо пирометаллургическим методом: сернистые руды подвергают обжигу с последующим восстановлением оксида цинка коксом:
Цинк относится к металлам средней активности, в своих соединениях проявляет единственную степень окисления +2. Характерные для цинка химические реакции:
Особенностью цинка являются его реакции с серной и азотной кислотами различной концентрации. При этом в зависимости от концентрации кислот образуются различные продукты реакции:
Оксид и гидроксид цинка являются амфотерными. Их характерные реакции:
Хром расположен в четвертом периоде, группе VIБ. Его электронная формула 24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1. Металл средней активности. В своих соединениях хром проявляет степени окисления +2, +3 и +6. В промышленности чистый хром получают восстановлением оксида хрома методом алюминотермии:
Его характерные химические реакции:
Хром образует ряд оксидов: CrO — основный оксид, Cr2O3 — амфотерный оксид, CrO3 — кислотный оксид, следовательно, рост степени окисления сопровождается усилением кислотных свойств. Все оксиды хрома вступают в окислительно-восстановительные реакции.
Ниже приведены характерные для этих соединений химические реакции:
Гидроксид хрома (III) проявляет амфотерные свойства, вступает в окислительно-восстановительные реакции:
Марганец расположен в четвертом периоде, группе VIIБ, Периодической системы Д.И. Менделеева. Его электронная формула 1s22s22p63s23p63d54s2. Характерные степени окисления марганца +2, +4, +6 и +7. В чистом виде марганец получают термическим восстановлением оксидов или галогенидов водородом, натрием, магнием, алюминием, углеродом или кремнием (метод кремнийтермии):
Особо чистый марганец получают электролизом водного раствора сульфата марганца (II).
Химические свойства марганца:
Марганец образует пять оксидов: MnO, Mn2O3, MnO2, MnO3, Mn2O7. MnO проявляет основные свойства. Mn2O3 при взаимодействии с разбавленными растворами кислот диспропорционирует, а при нагревании с концентрированными растворами кислот выделяет кислород:
MnO2 не взаимодействует ни со щелочами, ни с разбавленными растворами кислот. С концентрированными кислотами при нагревании реагирует так же, как и Mn2O3:
Mn2O7 — единственный среди оксидов марганца, который является жидкостью при нормальных условиях. Кислотный оксид. Разлагается уже при температуре 55 °С, при ударе может взорваться.
Железо находится в четвертом периоде, группе VIIIБ. Его электронная формула 26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2. Металл средней активности, в своих соединениях проявляет степени окисления +2 и +3. Известны ряд соединений железа со степенью окисления +6. Они являются сильными окислителями. Химически чистое железо получают разложением его пентакарбонила:
Основная масса железа используется не в чистом виде, а в виде сплавов с углеродом (сталь, чугун) и другими элементами. Эти сплавы получают в доменных печах. Упрощенно этот процесс можно описать уравнением:
Характерные для железа химические реакции:
FeO проявляет основные, а Fe2O3 — амфотерные с преобладанием основных свойства. Оба оксида вступают в окислительно-восстановительные реакции:
Для двойного оксида железа (II) — железа (III) Fe3O4 (магнетит) характерны в первую очередь окислительно-восстановительные реакции, а также реакции обмена, которые идут также, как и у входящих индивидуально в его состав оксидов:
Гидроксид железа (II) практически проявляет только основные свойства, при нагревании разлагается, вступает в окислительно-восстановительные реакции:
Гидроксид железа (III) проявляет амфотерные с преобладанием основных свойства, при нагревании разлагается, вступает в окислительно-восстановительные реакции:
Йодид железа (III) не существует. Попытки получить его обменными реакциями приводят к йодиду железа (II) и йоду:
