Метали побічних підгруп

Ферум ― VІІІ група, побічна підгрупа

Електронна будова атома: 1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d⁶4S² – 8 валентних електронів; не всі з них буруть участь в утворенні хімічних зв’язків.

Фізичні властивості: значною мірою залежать від наявності домішок; ковкий та твердий метал

Знаходження в природі: ферум входить до складу багатьох руд:

магнітний залізняк – Fe₃O₄

бурий залізняк – Fe₂O₃ ∙ H₂O; 2Fe₂O₃ ∙ 3H₂O

червоний залізняк − Fe₂O₃

шпатовий залізняк – FeCO₃

пірит − FeS₂ __________________________________________________

Хімічні властивості: хімічна активність середня; характерні ступені окислення +2, +3, +6.

1. Взаємодія з водяною парою при температурі червоного каління (400⁰С):

3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ +4H₂

2. Взаємодія зі слабкими окисниками – утворюються сполуки феруму (ІІ): Fe + S → FeS Fe + 2НСl → FeСl₂ +Н₂↑

3. Взаємодія з сильними окисниками – утворюються сполуки феруму (ІІІ):

2Fe + 3Сl₂ →2FeСl₃

10Fe + 36НNO₃ (розб.) → 10Fe(NO₃)₃ + 3N₂↑ + 18H₂O

4. Не взаємодіє з концентрованою сульфатною та нітратною кислотами.

Сполуки феруму

Ферум (ІІ) оксид FeO – порошок чорного кольору Добування: Fe2O3 + Н2 → → 2FeO + H2O FeС2O4 → FeO + СО2 +СО Fe(OH)2 → FeO + H2O Властивості: основний оксид 2HCl + FeO → FeCl2 + H2O

Ферум (ІІ) гідроксид Fe(OH)2 аморфний безбарвний (зеленуватий завдяки домішкам) , нероз-чинний у воді (слабка основа) Взаємодіє з кислотами Fe(OH)2 + H2SO4 → → FeSO4 + 2H2O Розкладається при нагріванні Fe(OH)2 → FeO + H2O Легко окиснюється, знаходячись у вологому стані на повітрі: 4Fe(OH)2 + 2H2O + О2 → → 4Fe(OH)3

Якісна реакція на Fe2+: 3FeCl2 + 2K3[Fe(CN)6] → → Fe3[Fe(CN)6]2 + 6KCl турнбулева синька

Ферум (ІІІ) оксид Fe2O3 – порошок бурого кольору Добування: 2FeSO4 → → Fe2O3 + SO2 +SO3 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + + 8SO2 Властивості: амфотерний оксид з переважанням основних властивостей Fe(OH)3 + 3KOH (конц.) → → K3[Fe(OH)6] Fe(OH)3 + 3HCl → FeCl3 + + 3H2O

Ферум (ІІІ) гідроксид Fe(OH)3 кристалічний бурий, нерозчинний у воді (слабка основа) Взаємодіє з кислотами 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → → Fe2(SO4)3 + 6H2O Розкладається при нагріванні 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O Відновити до Fe(OH)2 не вдається

Якісні реакції на Fe3+: FeCl3 + 3NH4SCN → → Fe(SCN)3 + 3NH4Cl червоний 4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] → → Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl берлінська блакить - синя

Сплави Сплави – це однорідні суміші двох (або більше) металів. Можуть містити неметали як домішки. Д еякі поширені сплави латунь (Сu, Zn) бронза (Cu, Sn/Al/Be) золото 585 проби (Au,Cu)

Одержання сплавів заліза із руд

Входять такі етапи:

1. випалювання руди:

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂

FeCO₃ → FeO + CO₂

2. відновлення оксиду феруму – утворюється чавун:

С + О₂ → СО₂

СО₂ + С → 2СО

3Fe₂O₃ + СО → 2Fe₃O₄ + СO₂

Fe₂O₃ + СО → 3FeO + СO₂

2FeO + С → 2Fe + СO₂

3. видалення з чавуну надлишкового вуглецю – утворюється сталь:

С + О₂ → СО₂

Залізо з домішками Карбону

чавун (2% С і більше) сталь (0,5-1,5% С)

Леговані сталі – це сталі, які містять істотні домішки (2% і більше) перехідного (Cr, Ni, Mn, Ti, Zr тощо) металу. Мають особливі властивості (жаростійкість, кислототривкість, корозійна стійкість тощо).

Нержавіюча сталь містить до 12% хрому.

Використання металів та сплавів

конструкційні матеріали електротехніка електроніка

(Fe, Al, Cu, …) (Al, Cu, Ag, Au,…) (Ge, Au, Ag)

&

УТВОРЕННЯ ТА ТИПИ ХІМІЧНИХ ЗВ’ЯЗКІВ

Теорія будови атома крім властивостей елементів пояснила процес утворення молекул, а також природу хімічного зв’язку. Під хімічним зв’язком слід розуміти силу, яка діє між атомами і забезпечує сполучення їх у молекулу або кристал.

Хімічний зв'язок – це наслідок взаємодії електронів та ядер атомів, що приводить до зменшення енергії системи.

Якщо під час сполучення двох атомів утворюються спільні пари електронів, що обертаються у полі ядер обох атомів, то такий зв'язок називається ковалентним. Ковалентний зв'язок характеризується поляризованістю, насичуваністю та направленістю. Природа ковалентного зв’язку проявляється в особливій квантово-механічній взаємодії електронів, що забезпечує утримання атомів. Так, атоми Гідрогену в молекулі водню зв’язані між собою доцентровим електронним зв’язком.

Н + Н → Н : Н + 436 кДж

Квантово-механічний розрахунок молекули водню був використаний для пояснення механізму утворення хімічного зв’язку в складніших молекулах і дав поштовх для розвитку теорії хімічного зв’язку, що дістала назву метод валентних зв’язків (ВЗ).

Основу методу валентних зв’язків становлять такі положення:

1. Ковалентний зв'язок утворюється двома електронами з протилежно направленими спінами; спільна пара електронів належить обом атомам.

2. Міцність ковалентного зв’язку визначається мірою перекривання електронних хмар атомів, між якими виникає зв'язок: чим повніше перекриваються елекронні хмари, тим міцніший зв'язок.

Ковалентний зв'язок утворюється переважно при сполученні атомів неметалів. Розрізняють ковалентний неполярний та ковалентний полярний зв'язок. Внаслідок взаємодії атомів з однаковою електронегативністю утворюються молекули з ковалентним неполярним зв’язком.

Такий зв'язок існує в молекулах простих речовин.

∙∙ ∙∙

: Сl : : Сl :

∙∙ ∙∙

Внаслідок взаємодії атомів, значення електронегативності яких відрізняються, але не різко, загальна електронна пар зміщується до більш електронегативного атома. Так утворюється ковалентний полярний зв'язок.

∙∙

Н : Сl :

∙∙

До ковалентних зв’язків повною мірою належать і ті зв’язки, які утворені донорно-акцепторним механізмом, наприклад у йона амонію.

Н Н +

∙∙ ∙∙

Н : N : + Н⁺ → Н : N : Н

∙∙ ∙∙

Н Н

Йонний зв'язок утворюється внаслідок взаємодії атомів, які різко відрізняються один від одного електронегативністю.

К⁺ + Сl⁻ → К⁺Сl⁻

Притягування електронів одного атома атомом іншого приводить до утворення позитивно і негативно заряджених йонів із стійкими електронними оболонками. Ці йони взаємно притягуються між собою. Характерною особливістю йонного зв’язку є його ненасичуваність і ненаправленість.

Водневий зв'язок утворюється між атомом Гідрогену однієї молекули та атомом дуже електронегативного елемента (О, N, F) іншої молекули (НF, NН₃ , Н₂О). Водневий зв'язок значно слабший, ніж йонний, або ковалентний зв'язок, але сильніший, ніж звичайна міжмолекулярна взаємодія.

Металічний зв'язок утворюється внаслідок взаємодії відносно вільних електронів з йонами металів. Цей тип зв’язку характерний для простих речовин- металів. Суть процесу утворення металічного зв’язку полягає в тому, що атоми металів легко віддають ковалентні електрони і перетворюються в позитивно заряджені йони. Відносно вільні електрони, які відірвалися від атомів, переміщуються між позитивними йонами металів. Між ними виникає металічний зв'язок, тобто електрони ніби цементують позитивні йони кристалічної решітки металів.