Контрольні питання та завдання

1. Охарактеризуйте Манган у зв’язку з його місцем у періодичній системі Д.І. Менделєєва. Складіть електронну формулу атома Мангану.

2. Які оксиди утворює манган? Напишіть формули цих оксидів і відповідних їм гідроксидів та кислот.

3. Наведіть приклади рівнянь реакцій, в яких калій манганат(VI) виступає як:

а) окисник; б) відновник.

4. Закінчіть рівняння окисно-відновних реакцій, розставте коефіцієнти методом іонно-електронного балансу:

а) NaNO₂ + KMnO₄ + KOH ®

б) MnCl₂ + KClO₃ + KOH ®

в) HCl + KMnO₄ ®

г) Mg + KMnO₄ + H₂SO₄ ®

д) Na₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ ®

5. Визначте масу калій манганату(VII), необхідного для окиснення калій сульфіту масою 7,9 г у нейтральному середовищі.

6. Застосовуючи таблиці значень стандартних електродних потенціалів, поясніть, у якому середовищі – кислому, нейтральному чи лужному – калій манганат(VII) буде сильнішим окисником. Укажіть, до яких ступенів окиснення відновлюватиметься Манган у кожному з цих випадків.

7. Охарактеризуйте Хром у зв’язку з його місцем у періодичній системі Д.І. Менделєєва. Складіть електронну формулу атома Хрома.

8. Закінчіть рівняння окисно-відновних реакцій, розставте коефіцієнти методом іонно-електронного балансу:

а) CrO₃ + NH₃ ®

б) FeSO₄ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ ®

в) Cr₂(SO₄)₃ + Br₂ + KOH ®

г) NaI + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ ®

д) SnCl₂ + K₂Cr₂O₇ + HCl ®

Лабораторна робота № 14. Вивчення властивостей елементів підгрупи феруму. Синтез сполук феруму, кобальту, нікелю.

Мета роботи: вивчити хімічні властивості заліза, кобальту та нікелю і йх сполук.

Матеріали і обладнання: розчини солей: калій роданід (KSCN), калій гексаціаноферат(II) K₄[Fe(CN)₆] 0,5 н, калій гексаціаноферат(III) K₃[Fe(CN)₆] 0,5 н, калій йодид (KJ) 0,5 н, ферум(III) хлорид (FeCl₃) 0,5 н, кобальт хлорид (CoCl₂) 0,5 н, натрій гідрокарбонат (NaHCO₃) 0,5 н, натрій оксалат (Na₂C₂O₄) 0,5 н, нікель сульфат (NiSO₄) 0,5 н, сіль Мора, залізна стружка (Fe метал.), хлоридна кислота (HCl) 2 н, сульфатна кислота (H₂SO₄) 2 н, нітратна кислота (HNO₃) 2 н, натр їдкий (NaOH) 2 н, 10 % розчин натрій гідроксид (NaOH); штативи з пробірки, скляні палички, пробіркотримач, спиртівка

Теоретичний мінімум.

Ферум є елементом d-електронної сім’ї і знаходиться в VIIIB групі четвертого періоду. Разом з Кобальтом і Нікелем утворює так звану сім’ю феруму. Це один із найбільш поширених у природі хімічних елементів. Його вміст у земній корі 4-5 % (мас.).

Залізо – сріблястий пластичний метал, добре піддається куванню, плющенню та іншим видам механічної обробки. Характерним  для металів сімейства заліза є те, що вони проявляють феромагнітні властивості.

У хімічному відношенні залізо є металом середньої активності. При високих температурах взаємодіє з галогенами, сіркою, фосфором, вуглецем з утворенням бінарних сполук. Киснем повітря залізо поволі окиснюється, а розжарене залізо згоряє з утворенням ферум(III) оксиду. У вологому повітрі залізо кородує:

4Fe + 3O₂ + 2H₂O → FeO(OH).

При нагріванні до температури вище 500 ⁰С залізо реагує з водяною парою:

3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + H₂

Залізо розчиняється у хлоридній кислоті будь-якої концентрації з утворенням ферум(II) хлориду і виділенням газоподібного водню. Аналогічно відбувається розчинення в розбавленій сульфатній кислоті:

Fe +H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

У концентрованих розчинах сульфатної кислоти при нагріванні залізо окиснюється до заліза(III):

2Fe +6H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ +3SO₂ +6H₂O

У сульфатній кислоті, концентрація якої близька до 100%, залізо пасивується.

У розбавлених і помірно концентрованих розчинах нітратної кислоти залізо розчиняється з утворенням ферум(III) нітрату, нітроген(II) оксиду і води. При високих концентраціях нітратної кислоти на поверхні заліза утворюється оксидна плівка, яка захищає метал від подальшого розчинення.

У більшості своїх сполук ферум має ступені окиснення +2 і +3.

Ферум (II) оксид (FeO) – чорний порошок, який легко окиснюється. У воді майже нерозчинний. Має основні властивості, тому легко реагує з кислотами:

FeO + 2HCl = FeCl₂ + H₂O

Гідроксид феруму(II) одержують реакцією обміну розчинних солей феруму(II) з розчинами лугів:

Fe²⁺ + 2OH^- → Fe(OH)₂

Білий осад Fe(OH)₂ на повітрі унаслідок окиснення швидко набуває зеленуватого, а потім бурого забарвлення, перетворюючись на гідроксид феруму (III):

4Fe(OH)₂ +O₂ +2H₂O → 4Fe(OH)₃

Гідроксид феруму(II) проявляє основні властивості.

Ферум(III) оксид (Fe₂O₃) – найстійкіша природна оксигеновмісна сполука Феруму. У воді практично нерозчинний. Проявляє слабкі амфотерні властивості.

Ферум(III) гідроксид одержують реакцією обміну розчинних солей феруму(III) з розчинами лугів, він практично не розчиняється у воді.

При сплавлянні ферум(III) оксиду з натрій або калій карбонатом утворюються ферити – солі не отриманої у вільному стані залізистої кислоти НFeO₂:

Fe₂O₃ + Na₂CO₃ → 2NaFeO₂ +CO₃

Ферити також одержують при сплавлянні ферум(III) гідроксиду з лугами або основними оксидами. Утворення феритів вказує на амфотерність ферум(III) гідроксиду.

Сполуки Феруму (VI), ферати – це солі гіпотетичної залізної кислоти H₂FeO₄. Ферати отримують наступним чином:

2Fe(OH)₃ + 3Cl₂ + 10KOH = 2K₂FeO₄ + 6KCl + 8H₂O

Ферати – червоно – фіолетова кристалічна речовина. Вона має сильні окисні властивості (навіть сильніші, ніж у калій перманганату).

Біологічна роль Феруму

Серед усіх важких металів, що містяться в живих організмах, Феруму належить провідна роль. Органічні молекули, до складу яких входить Ферум, беруть активну участь у біологічних процесах, що відбуваються при диханні і фотосинтезі. Це пояснюється дуже високим ступенем їх каталітичної активності.

Про важливість ролі Феруму у біохімії рослин свідчать такі факти:

1. Ферум присутній у гемі та негемових білках і концентрується головним чином у хлоропластах.

2. Органічні комплекси Феруму беруть участь у перенесенні електронів під час фотосинтезу.

3. Негемові ферумовмісні білки беруть участь у відновленні нітритів і сульфатів.

4. Процес утворення хлорофілу здійснюється за участю Феруму.

5. Ферум безпосередньо залучається до метаболізму нуклеїнових кислот.

6. Відома також каталітична та структурна ролі Fe²⁺ та Fe³⁺ у живих тканинах.

В організмі людини і тварин бере участь в переносі кисню до тканин, стимулює функцію кровотворних органів. Організм дорослої людини містить в середньому 4 -5 г феруму, з них близько 70 % знаходиться в складі гемоглобіну.

Надлишкова кількість Феруму може призвести до порушення діяльності серцево-судинної системи, печінки, легенів.

В організмі людини і багатьох вищих тварин Ферум накопичується і зберігається у вигляді феритину та гемосидерину, які скупчені у печінці, селезінці та кістковому мозку.

Кобальт і нікель за хімічними властивостями подібні до заліза, але менш активні. До особливостей кобальту і нікелю варто віднести стійкість до атмосферної корозії і дії лугів. При взаємодії з галогенами утворяться похідні Co(II) і Ni(II). Нікель у вигляді компактного металу дуже стійкий до дії F₂ і O₂, що обумовлено утворенням на поверхні металу захисних фторидних чи оксидних плівок.

Біологічна роль Кобальту та Нікелю

Головна фізіологічна роль Кобальту, як і інших мікроелементів, полягає у підвищенні активності різних ферментів, що каталізують біохімічні процеси в рослинних та тваринних організмах.

Встановлено, що Кобальт позитивно впливає на накопичення хлорофілу, підвищує його стійкість до руйнування в темноті, збільшує стійкість комплексу хлорофілу з білком. Проте при підвищених концентраціях, Кобальт викликає порушення у постачанні рослинам елементів мінерального живлення, що призводить до їх захворювання – хлорозу.

Кобальт - постійний складовий компонент крові тварин і людини. Одним з основних факторів утворення еритроцитів і синтезу гемоглобіну є вітамін В12 - ціанкобаламін. Наявність Кобальту у складі вітаміну В12 підвищує активність цього мікроелемента у 1 000 000 разів.

Кобальт відіграє важливу роль в окисно-відновних процесах, обміні вуглеводів і жирів, підвищує використання організмом амінокислот для синтезу білків. Відомо, що Кобальт входить до складу ферментів, що каталізують реакції іодування і, отже, безпосередньо бере участь у біохімічних процесах утворення гормона щитовидної залози. При дефіциті Кобальту зростає негативна дія основного фактора утворення ендемічного зобу - нестачі іоду в організмі.

Однак надлишкові кількості Кобальту небажані, оскільки в цьому випадку знижується імунобіологічна реактивність організму, порушується умовнорефлекторна діяльність, уражуються кровотвірні органи тощо.

Біологічна функція Нікеля вивчена недостатньо. Нікель впливає на дію багатьох ферментів, каталізує окислення сульфгідрильних груп – SH- в дисульфідні – S-S - , посилює синтез амінокислот, які містять Сульфур. Доведено позитивний вплив Нікелю на утворення гемоглобіну в крові при одночасному введені до організму солей заліза (ефект взаємного посилення дії).