Переходные элементы

Перейдём к рассмотрению некоторых переходных металлов: хрому, марганцу, железу, меди, серебру, платине, золоту и ртути. Начнём с общей характеристики:

Металл	Физические свойства при н.у.	Конфигурация валентных электронов	Характерные степени окисления
Cr	Серебристый металл	3d5 4s1	0, +2, +3, +6
Mn	Серебристый металл	3d5 4s2	0, +2, +4, +7
Fe	Серебристый металл	3d6 4s2	0, +2, +3, +6
Cu	Красноватый металл	3d10 4s1	0, +1, +2
Ag	Серебристый металл	4d10 5s1	0, +1
Hg	Жидкий металл	5d10 6s2	0, +1, +2
Pt	Серебристый металл	5d9 6s1	0, +2, +4
Au	Золотистый металл	5d10 6s1	0, +1, +3

В случае хрома, марганца и железа, как видно, наблюдается, широкое разнообразие в степенях окисления, что связано с неполностью заполненным d-подуровнем в сравнении с медью, серебром и ртутью. Перечислим основные химические реакции, в которые вступают данные простые вещества:

Реакция	Примеры реакций
Сжигание в O2	4Cr + 3O2 = 2Cr2O3 3Fe + 2O2 (недостаток) = Fe3O4 (железо в степенях окисления +2 и +3) 4Fe + 3O2 (избыток) = 2Fe2O3 2Cu + O2 = 2CuO 2Hg + O2 = 2HgO 2Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O (Ag2S – чёрный, поэтому в ходе этой реакции серебро «чернеет»
Сжигание в Cl2	2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3 Cu + Cl2 = CuCl2 Hg + Cl2 = HgCl2 2Ag + Cl2 = 2AgCl
Реакция с I2	Fe + I2 = FeI2 (FeI3 разлагается на FeI2 и I2) 2Cu + I2 = 2CuI (CuI2 разлагается на CuI и I2, пример подобной реакции: 2CuSO4 + 4KI = 2CuI + I2 + 2K2SO4)
Реакция с S	Fe + S = FeS (Fe2S3 разлагается на FeS и S, пример подобной реакции: 2FeCl3 + 3Na2S = 2FeS + S + 6NaCl) Cu + S = CuS
Реакция с кислотами	Fe + 6HNO3(конц.) = Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O (с концентрированными HNO3, H2SO4 железо и хрома не реагируют при обычных условиях в виду явления пассивации) Cr+ 2HCl = CrCl2 + H2 Cu + HCl = реакция не идёт, так как медь в ряду напряжений стоит после H Ag + HCl = реакция не идёт, так как медь в ряду напряжений стоит после H Au + H2SO4 (конц.) = реакция не идёт, так как золото, как и платина, является благородным металлом

В случае железа, меди и хрома можно заметить некоторые закономерности в зависимости от того какой окислитель (слабый или сильный) берём:

Можем просуммировать:

• Соединения Cu⁺¹ проявляют восстановительные свойства, а Cu⁺² окислительные свойства (соответствующие гидроксиды CuOH, Cu(OH)₂ и оксиды Cu₂O, CuOH проявляют основные свойства, причём CuOH неустойчив и распадается на кирпично-красный Cu₂O и воду);
• Соединения Fe⁺² проявляют восстановительные свойства, а Fe⁺³ окислительные (восстановительные свойства также могут проявляться, путём окисления до степени окисления +6) свойства (FeO и Fe(OH)₂ проявляют основные свойства, а Fe₂O₃, Fe(OH)₃ амфотерные свойства);
• Соединения Cr⁺² проявляют восстановительные свойства, а Cr⁺³ окислительные и восстановительные свойства (CrO, Cr(OH)2 проявляют основные свойства, а Cr₂O₃, Cr(OH)₃ амфотерные свойства), в свою очередь, соединения Cr+6 являются сильными окислителями (CrO₃, H₂CrO₄ и H₂Cr₂O₇ проявляют кислотные свойства);
• Соединения Mn⁺² проявляют восстановительные свойства, Mn⁺⁴ и окислительные, и восстановительные свойства, Mn⁺⁶ и окислительные, и восстановительные свойства, а Mn⁺⁷ сильные окислительные свойства (MnO, Mn(OH)₂ – основные свойства, MnO₂ – амфотерные свойства, MnO₃, H₂MnO₄ – кислотные свойства, Mn₂O­₇, HMnO₄ – кислотные свойства).

Наконец, приведём характерные окислительно-восстановительные реакции и реакции ионного обмена переходных элементов в разных степенях окисления:

Элемент	Схема реакции
Fe+2
Fe+3
Cu+2
Ag+1
Mn+4
Mn+7
Cr+6

Резюме:

• Для марганца характерны степени окисления: 0, +4, +6 и +7.
• Для хрома характерны степени окисления: 0, +2, +3 и +6.
• Наиболее характерные степени окисления железа: 0, +2 и +3.
• Медь и ртуть проявляют степени окисления от 0 до +2.
• Для серебра наиболее устойчивыми степенями окисления являются 0 и +1.
• Золото и платина являются благородными металлами.

---

Примеры задач на эту тему:

Задание 1. Задача №1 (первая часть)

1) Ca    2) Sr    3) Cu      4) Cr     5) S

Из указанных в ряду элементов, выберите два элемента, которые имеют единственный внешний электрон в основном состоянии.

Ответ

3 4

Задание 2. Задача №3 (первая часть)

1) Mn    2) Se    3) N      4) Cr     5) P

Из указанных в ряду элементов, выберите два элемента, которые проявляют максимальную степень окисления, равную +6.

Ответ

2 4

Задание 2. Задача №31 (вторая часть)

Навеску железа разделили на две части. Первую часть сожгли в хлоре. Полученное бинарное вещество растворили в воде, а затем прилил избыток щёлочи, наблюдая выпадение бурого осадка. Вторую часть навески растворили в соляной кислоте, полученный раствор обработали щёлочью. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Ответ

1. 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃
2. FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃ + 3NaCl
3. Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂
4. FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂ + 2NaCl

Определения:

1. Переходные металлы – металлы побочных подгрупп главных групп, обладающих валентными d-электронами.
2. Пассивация – явление покрытия труднорастворимой оксидной плёнкой поверхности таких металлов как Fe, Ni, Cr и Al при действии на них концентрированными HNO₃ и H₂SO₄ при комнатной температуре.
3. Благородные металлы – инертные металлы, не растворяющиеся в кислотах-окислителях.

---