vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Подгруппа скандия и f-элементы
Лантаниды и актиниды
Лекции 19-20
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Металлы 3 группы
|
Sc |
Y |
La |
Ac |
Ат. № |
21 |
39 |
57 |
89 |
Ат. Масса |
44.956 |
88.906 |
138.905 |
[227] |
Эл. Конф. |
3d14s2 |
4d15s2 |
5d16s2 |
6d17s2 |
R(ат.), пм |
164 |
181 |
187 |
203 |
I1, эВ |
6.54 |
6.38 |
5.58 |
5.17 |
I2, эВ |
12.80 |
12.24 |
11.06 |
12.13 |
I3, эВ |
24.74 |
20.52 |
19.18 |
19.70 |
χ(A-R) |
1.20 |
1.11 |
1.08 |
1.00 |
C.O. |
3 |
3 |
3 |
3 |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Свойства металлов
Т.пл., оС Т.кип., оС d, г/см3 E0(M3+/M0), В
α-Sc 1336 oC α-Y 1480 oC α-La 260 oC
β-Sc, β-Y, β-La, Ac:
структура Cu
Sc |
Y |
La |
Ac |
1539 |
1522 |
920 |
1050 |
2831 |
3260 |
3420 |
3300 |
3.02 |
4.47 |
6.12 |
10.06 |
–2.03 |
–2.37 |
–2.25 |
–2.13 |
β-Sc
β-Y
β-La 880 oC γ-La
γ-La:
структура α-Fe
α-Sc, α-Y, α-La:
структура Mg
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Химические свойства
1. |
Реагируют с кислотами |
|
|
2Sc + 6HCl = 2ScCl3 + 3H2 |
|
|
E0(Sc3+/Sc0) = –2.03 В |
|
|
2Y + 3H2SO4 = Y2(SO4)3 + 3H2 |
|
|
|
|
2. |
Только Sc реагирует с щелочами |
|
2Sc + 6NaOH + 6H2O = 2Na3[Sc(OH)6] + 3H2
3.La, Ac реагируют с водой
2La + 6H2O = 2La(OH)3 + 3H2
4.Реагируют с галогенами, халькогенами, азотом, фосфором и водородом при нагревании
2Sc + 3Cl2 = 2ScCl3 |
Y + P = YP |
2La + N2 = 2LaN |
2La + 3S = La2S3 |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения Sc, Y, La, Ac
1. |
Образуют оксиды M2O3 и гидроксиды M(OH)3 |
||
2. |
Только гидроксид скандия амфотерен |
|
|
La(OH)3 |
|||
3. |
|
||
|
pKb = 3.3 |
||
Sc(OH)3 Y(OH)3 La(OH)3 Ac(OH)3
Увеличение радиуса катиона
Усиление основных свойств
4. Оксиды и гидроксиды легко растворяются в кислотах
Sc2O3 + 6HNO3 = 2Sc(NO3)3 + 3H2O
Y(OH)3 + 3HCl = YCl3 + 3H2O
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения Sc, Y, La, Ac
5. Только соединения скандия гидролизуются в
водном растворе
[Sc(H2O)6]Cl3 [Sc(OH)(H2O)5]Cl2 + HCl
6. Известны все галогениды в степени окисления +3
Все - тугоплавки Фториды плохо растворимы в воде
Y(NO3)3 + 3NaF = YF3↓+ 3NaNO3
7.Растворимы в воде хлориды, нитраты, сульфаты, перхлораты, нерастворимы – фториды, фосфаты, карбонаты. Все – бесцветны.
8.В низших с.о. образуются кластерные галогениды
ScCl3 + Sc = Sc2Cl3 |
10Sc2Cl3 + Sc = 3Sc7Cl10 |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Особенности Sc
1.Определяются наименьшим радиусом среди всех металлов 3й группы
2.Гидроксид амфотерен, соли гидролизуются в растворе
Sc(NO3)3 + 6KOH = K3[Sc(OH)6] + 3KNO3
3.Образует устойчивые комплексы
2ScCl3 + 3Na2CO3 + H2O = 2Sc(OH)CO3↓ + CO2 + 6NaCl Sc(OH)CO3 + 3Na2CO3 = Na5[Sc(CO3)4] + NaOH
4. Получение – из отходов производства титана: выделяют в виде Sc2(C2O4)3
Sc2(C2O4)3 + 6HCl + 6NaF = 2ScF3↓ + 6NaCl + 3H2C2O4 2ScF3 + 3Ca = 2Sc + 3CaF2
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
f-металлы
4f-металлы – лантаниды
5f-металлы – актиниды
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
f-металлы
1.Заполняется f-подуровень n–2 периода
2.Лантаниды: степени окисления +3 для всех элементов,
атакже Ce4+, Eu2+
3.Лантаниды: радиус уменьшается от La до Lu
(лантанидное сжатие)
4.Актиниды: химически очень разнообразны,
с.о. от +2 до +7
5.Все актиниды, а также Pm радиоактивны
6.Для всех f-элементов характерны высокие координационные числа
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
f-орбитали
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Электронная конфигурация Ln
M |
M0 |
M3+ |
с.о. |
La |
[Xe]5d16s2 |
[Xe] |
3 |
Ce |
[Xe]4f15d16s2 |
[Xe]4f1 |
3, 4 |
Pr |
[Xe]4f36s2 |
[Xe]4f2 |
3, 4 |
Nd |
[Xe]4f46s2 |
[Xe]4f3 |
2, 3 |
Pm |
[Xe]4f56s2 |
[Xe]4f4 |
3 |
Sm |
[Xe]4f66s2 |
[Xe]4f5 |
2, 3 |
Eu |
[Xe]4f76s2 |
[Xe]4f6 |
2, 3 |
Gd |
[Xe]4f75d16s2 |
[Xe]4f7 |
3 |
Tb |
[Xe]4f96s2 |
[Xe]4f8 |
3, 4 |
Dy |
[Xe]4f106s2 |
[Xe]4f9 |
3, 4 |
Ho |
[Xe]4f116s2 |
[Xe]4f10 |
3 |
Er |
[Xe]4f126s2 |
[Xe]4f11 |
3 |
Tm |
[Xe]4f136s2 |
[Xe]4f12 |
2, 3 |
Yb |
[Xe]4f146s2 |
[Xe]4f13 |
2, 3 |
Lu |
[Xe]4f145d16s2 |
[Xe]4f14 |
3 |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Атомные и ионные радиусы Ln
R, пм
200 |
|
|
180 |
Ln0 |
|
160 |
||
|
||
140 |
|
|
120 |
Ln3+ |
|
100 |
|
La |
Pr Pm Eu Tb Ho Tm Lu |
Ce |
Nd Sm Gd Dy Er Yb |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
|
|
|
Физические |
|
T.пл., 0С |
|
|
1800 |
|
|
1600 |
|
|
1400 |
|
|
1200 |
|
|
1000 |
|
|
800 |
Eu |
Yb |
|
Ln |
|
свойства Ln
E(M3+/M0), В |
|
-2,0 |
Eu |
-2,1 |
|
-2,2 |
Yb |
-2,3 |
|
-2,4 |
|
|
Ln |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Химические свойства Ln
1.Химическая активность убывает по ряду La→Lu
2.Растворяются в кислотах
2Ho + 3H2SO4 = Ho2(SO4)3 + 3H2
3. Окисляются влагой воздуха
Nd + 3H2O = Nd(OH)3 + 3H2
Lu(OH)3
4. Реагируют с кислородом при нагревании
4Gd + 3O2 = 2Gd2O3 Ce + O2 = CeO2
12Pr + 11O2 = 2Pr6O11
8Tb + 7O2 = 2Tb4O7
CeO2
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Химические свойства Ln
5.Реагируют с галогенами при нагревании
Ce + 2F2 = CeF4
2Er + 3Cl2 = 2ErCl3
6.Реагируют с халькогенами, углеродом, кремнием, бором, фосфором, водородом при нагревании
2Tb + 3Se = Tb2Se3 |
Nd + 5P = NdP5 |
2Gd + 3H2 = 2GdH3 |
La + 2C = LaC2 |
Yb + H2 = YbH2 |
|
7. Реагируют с аммиаком при нагревании
2Sm + 2NH3 = 2SmN + 3H2
8. Растворяются в жидком аммиаке |
NdCl3 |
|||
|
||||
Pr + 18NH |
3 |
(ж) = [Pr(NH ) ]2+ |
+ 2[e(NH ) ]− |
|
|
3 6 |
3 6 |
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения Ln
1.Образуют тугоплавкие оксиды Ln2O3 и гидроксиды Ln(OH)3
2.Сила оснований уменьшается в ряду La(OH)3 → Lu(OH)3
3.Растворимы в воде нитраты, сульфаты, хлориды.
4Nd(NO ) |
|
= 2Nd O |
3 |
+ 12NO |
2 |
+ 3O |
|
(t0) |
||
|
3 3 |
2 |
|
|
2 |
|
|
|||
La (SO ) |
= La O(SO ) |
+ SO |
+ ½O |
2 |
(t0) |
|||||
2 |
4 3 |
|
2 |
|
4 2 |
|
2 |
|
|
|
4. |
Нерастворимы в воде фториды, фосфаты, карбонаты |
||||||||
|
Dy (CO ) = Dy O (CO ) + 2CO |
2 |
~500 0C |
||||||
|
2 |
|
3 3 |
|
2 |
2 |
3 |
|
|
|
Dy O (CO) |
3 |
= Dy O + CO |
|
~800 0C |
||||
|
2 |
2 |
|
2 |
3 |
2 |
|
|
|
5. |
Сульфиды гигроскопичны |
|
|
||||||
|
Gd2O3 + 3C + 3H2S = Gd2S3 + 3H2 + 3CO |
||||||||
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения Ln
6. Образуют «сэндвичевые» соединения
SmCl3 + 3NaC5H5 = Sm(C5H5)3 + 3NaCl Sm(C5H5)3 + 3FeCl2 = Fe(C5H5)2 + 2SmCl3
7.В низких степенях окисления (<2) Ln образуют кластерные галогениды и халькогениды
TbBr |
+ 2Tb = 3TbBr |
|
|
|
(t0) |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
8GdBr |
+ 7Gd = 3Gd |
5 |
Br |
8 |
(t0) |
|
|
3 |
|
|
|
||
Gd5Br8 |
TbBr |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Комплексы лантанидов (III)
Общие закономерности:
1.Реакционная способность и стереохимия комплексов не зависят от fn конфигурации
2.Расположение лигандов определяется оптимальным электростатическим взаимодействием M-L
3.Наиболее стабильны «стереонасыщенные» хелатные комплексы лантанидов
4.Характерные координационные числа уменьшаются в ряду
La→Lu
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Особенности Ce(IV)
1.CeO2
т.пл. 2400 0С, структура флюорита
2.Получение
Ce + O2 = CeO2
Ce + 2F2 = CeF4 CeO2 4Ce(OH)3 + O2 + 2H2O = 4Ce(OH)4
3. Ce(OH)4 или CeO2·xH2O– амфотерный гидроксид
Ce(SO4)2 + 4KOH = Ce(OH)4 + 2K2SO4 |
|
|||||
Ce(OH)4 + 2H2SO4 = Ce(SO4)2 + 4H2O |
|
|||||
CeO |
2 |
+ 2NaOH = Na |
CeO |
3 |
+ H O |
(t0) |
|
2 |
|
2 |
|
||
4. Образуются пероксиды
2Ce(OH)3 + 3H2O2 = 2Ce(OH)3(OOH)↓ + 2H2O
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Особенности Ce(IV)
5. Соли Ce(IV) гидролизуются
6Ce(SO4)2 + 8H2O = Ce6O4(OH)4(SO4)6 + 6H2SO4
6. Комплексы Ce(IV) устойчивы
Ce(OH)4 + 4HNO3 + 2NH4NO3 = (NH4)2[Ce(NO3)6]↓
2CeCl3 + Cl2 + 4HCl = 2H2[CeCl6]
Ce(OH)4 + 5Na2CO3 = Na6[Ce(CO3)5] + 4NaOH
7.Соединения Ce(IV) – сильные окислители
2Ce(SO4)2 + 2KI = Ce2(SO4)3 + K2SO4 + I2
8. E0(Ce4+/Ce3+) = 1.72 |
В |
1M HClO4 |
|
|
E0(Ce4+/Ce3+) = 1.61 |
В |
1M HNO3 |
|
|
E0(Ce4+/Ce3+) = 1.44 |
В |
1M H SO |
4 |
|
|
|
2 |
[Ce(CO ) ]6– |
|
|
|
|
|
3 5 |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Особенности Eu(II)
1. Получение |
|
|
|
|
|
|
||||
Eu2(SO4)3 + Zn = 2EuSO4↓ + ZnSO4 |
|
|||||||||
2EuCl |
3 |
+ H |
= 2EuCl |
2 |
+ 2HCl |
(t0) |
||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||
2. EuO – наиболее устойчив |
|
|||||||||
т.пл. 1980 0С, структура NaCl |
|
|||||||||
Eu O |
3 |
+ Eu = 3EuO |
(t0) |
|||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Eu O + H |
2 |
= 2EuO + H O |
(t0) |
|||||||
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
2 |
|
|
только основные свойства
EuO + H2O = Eu(OH)2
3.Восстановитель: E0(Eu3+/Eu2+) = −0.35 В 2EuSO4 + Fe2(SO4)3 = Eu2(SO4)3 + 2FeSO4
4.Сходство Eu(II) Ca(II), Sr(II), Ba(II)
EuSO4
EuCl2
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Особенности лантанидов (II)
R (M2+)8, Å
E0 (M3+/M2+), В
1.3 |
|
|
|
|
1.2 |
|
|
|
|
1.1 |
|
|
|
|
1.0 |
|
f7 |
|
|
-1 |
|
f6 |
|
f14 |
|
|
|
||
-2 |
f4 |
|
f10 |
f13 |
|
|
|
||
-3 |
|
Sm |
Dy |
Yb |
|
|
|||
|
Nd |
Eu |
|
Tm |
Все соединения Ln(II), кроме Eu(II) и Yb(II)
окисляются даже в кислой среде
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
|||
|
|
Получение лантанидов |
|
10-4 |
|
Основные минералы: |
|
|
Монацит (Ce,La,Nd,Y,Th)PO4 |
||
|
Бастнезит (Ce,La,Y)CO3 |
||
% |
|
||
. |
|
Ксенотим YPO4 |
|
|
|
||
коремас, |
10 |
Лопарит (Ce,Na,Ca)(Ti,Nb)O3) |
|
Апатит (Ca,Ln)5(PO4)x(F,OH)y |
|||
|
|||
|
|
||
в земной |
1 |
|
|
|
|
||
Содержание |
0.1 |
|
|
|
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 |
||
|
Порядковый номер Ln |
||
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Разделение лантанидов
Основные этапы:
1.Отделение Ce(IV)
2.Отделение Eu(II)
3.Отделение остальных РЗЭ
Дробная кристаллизация и
осаждение двойных солей
Экстракция
трибутилфосфатом
Ионообменная
хроматография
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
|
|
|
Применение Sc, Y, Ln |
|
|
14% |
|
|
9% |
|
|
8% |
катализ |
|
21% |
металлургия |
, ктн |
7% |
нефтехимия |
6% |
керамика и стекла |
|
производство |
10 |
фосфоры |
постоянные магниты |
||
35% |
прочее |
|
1 |
|
|
|
|
|
Ежегодное |
0.1 |
|
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 |
|
|
|
Порядковый номер Ln |
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Применение Sc, Y, Ln
Y-флюорит |
Eu-лампа |
SrAl2O4:Eu |
Мишметалл |
Nd-магнит |
YAG |
|
La/Ce |
|||
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943Актиний и актиниды
Символ |
Z |
Наиболее стабильный |
Период его |
Год открытия |
|
изотоп |
полураспада |
||
Ac |
89 |
227Ac |
22 года |
1899 |
Th |
90 |
232Th |
1010 лет |
1828 |
Pa |
91 |
231Pa |
30000 лет |
1917 |
U |
92 |
238U |
4.5·109 лет |
1789 |
Np |
93 |
237Np |
2·106 лет |
1940 |
Pu |
94 |
244Pu |
8·107 лет |
1940 |
Am |
95 |
243Am |
7000 лет |
1944 |
Cm |
96 |
247Cm |
1.5·107 лет |
1944 |
Bk |
97 |
247Bk |
1400 лет |
1949 |
Cf |
98 |
251Cf |
890 лет |
1950 |
Es |
99 |
252Es |
471 день |
1954 |
Fm |
100 |
257Fm |
101 день |
1954 |
Md |
101 |
258Md |
56 дней |
1955 |
No |
102 |
259No |
58 минут |
1958 |
Lr |
103 |
262Lr |
3 минуты |
1961 |
vk.com/club152685050Электронная| vk.com/id446425943 конфигурация An
|
М0 [Rn] |
M3+ |
С.О. |
|
М0 [Rn] |
M3+ |
С.О. |
|
|
[Rn] |
|
|
|
[Rn] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ac |
6d17s2 |
5f0 |
3 |
|
|
|
|
Th |
6d27s2 |
5f1 |
(2),3,4 |
Bk |
5f97s2 |
5f8 |
(2),3,4 |
Pa |
5f26d17s2 |
5f2 |
3,4,5 |
Cf |
5f107s2 |
5f9 |
2,3,(4) |
U |
5f36d17s2 |
5f3 |
3,4,(5),6 |
Es |
5f117s2 |
5f10 |
2,3 |
Np |
5f46d17s2 |
5f4 |
(3),4,5,6,7 |
Fm |
5f127s2 |
5f11 |
2,3 |
Pu |
5f67s2 |
5f5 |
3,4,5,6,7 |
Md |
5f137s2 |
5f12 |
2,3 |
Am |
5f77s2 |
5f6 |
2,3,4,5,6,(7) |
No |
5f147s2 |
5f13 |
2,3 |
Cm |
5f76d17s2 |
5f7 |
(2),3,4,(5) |
Lr |
5f146d17s2 |
5f14 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Атомные и ионные радиусы An
R, пм
200 |
|
|
180 |
|
|
160 |
An0 |
|
140 |
|
|
120 |
An3+ |
|
100 |
||
|
||
80 |
|
Ac Pa |
Np Am Bk Es Md Lr |
Th U |
Pu Cm Cf Fm No |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
Изменение свойств актинидов |
|
|
|||||||
Т.пл., оС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1600 |
|
|
|
|
|
плотность, г/см3 |
|
|
||
1400 |
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
1200 |
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
18 |
|
|
|
|
800 |
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ac |
Pa |
Np |
|
Am |
Bk |
12 |
|
|
|
|
Th |
|
U |
Pu |
Cm |
Cf |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ac |
Pa |
Np |
Am |
Bk |
|
|
|
|
|
|
Th |
U |
Pu |
Cm |
Cf |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Обзор актинидов
1.Заполняется f-подуровень 5-го периода
2.Близость 5f и 6d орбиталей обеспечивает легкость перехода электронов между ними
3.Для всех актинидов характерны высокие координационные числа
4.Элементы от Pa до Cm проявляют разнообразие степеней окисления
5.Для тяжелых актинидов характерна устойчивая
степень окисления +3
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Различия лантанидов и актинидов
1.Актиниды не имеют стабильных изотопов
2.4f-орбитали не принимают участия в ковалентной связи, 5f- орбитали – принимают
3.Легкие актиниды похожи на d-металлы с тем же числом валентных электронов: образуют устойчивые комплексы и проявляют высокие с.о.
Sc |
Ti |
V |
Cr |
Mn |
Fe |
Co |
Ni |
|
|
|
|
|
|
|
|
Y |
Zr |
Nb |
Mo |
Tc |
Ru |
Rh |
Pd |
|
|
|
|
|
|
|
|
La |
Hf |
Ta |
W |
Re |
Os |
Ir |
Pt |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ac |
Th |
Pa |
U |
Np |
Pu |
Am |
(Cm) |
|
|
|
|
|
|
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Свойства металлов
1.Хорошо изучены свойства металлов от Ас до Cm. Химия Lr почти не исследована.
2.Наиболее подробно изучена химия Th и U
3.Все металлы серебристые, темнеют на воздухе.
4.Для всех металлов известно много полиморфных модификаций.
5.Все металлы относительно плохо проводят электрический ток и тепло.
6.Все металлы устойчивы к действию щелочей.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Свойства металлов
7.Все металлы растворяются в кислотах. Только актиний реагирует с водой
2Ac + 6H2O = 2Ac(OH)3 + 3H2
8.Pa – наименее активный металл, не реагирует с разбавленными кислотами
4Pa + 5O |
= 2Pa O |
5 |
(to) |
PaV |
|
2 |
2 |
|
|
|
|
2Pa + 5Br2 = 2PaBr5 |
(to) PaV |
PaBr5 |
|||
2Pa + 3H2 = 2PaH3 |
|
(to) |
PaIII |
||
|
|
||||
9. Максимальная с.о. наиболее устойчива для Np (+7)
3K3[NpVIIO4](OH)2] + K3[Cr(OH)6] = 3K2NpVIO4 + K2CrO4 +
4KOH + 4H2O
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Получение актинидов
1.Только Th и U получают химическими методами
2.Остальные элементы получают в результате ядерного синтеза
Бомбардировка нейтронами:
23892U + 10n = 23993Np + e-
Бомбардировка α-частицами:
25399Es + 42He = 256101Md + 10n
Бомбардировка ядрами углерода:
23892U + 126C = 24698Cf + 410n
Гленн
Сиборг
1912-1999
Георгий
Флёров
1913-1990
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Получение тория
Th распространен также, как и свинец (0.0001 мас.%) Основные минералы:
монацит (Ln,Th)PO4, торит Th(SiO4)2
|
|
монацит |
|
|
(Ln,Th)PO4 |
H2SO4, H2O |
+ Ln2(SO4)3 |
||
Th(SO4)2 |
||||
Th
|
|
NH3 H2O |
торит |
|
Th(OH)2SO4 |
|
|
|
|
|
1) H2C2O4 2) NaOH |
Ca |
ThCl4 |
HCl |
|
Th(OH)4 |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Получение урана
U в 2 раза меньше в земной коре, чем Th
Основные минералы карнотит и урановая смолка
|
K2O 2UO3 V2O5 3H2O |
|
U3O8 |
|
|
|
|
|||||
|
Na2CO3 |
+ O2 |
Na4[UO2(CO3)3] |
|
|
|
|
|||||
U3O8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Na |
[UO |
(CO ) ] |
|
1) H2SO4 |
2) NH3 (NH ) U |
O |
карнотит |
|||||
4 |
2 |
3 |
3 |
|
|
|
|
4 |
2 |
2 |
|
7 |
(NH4)2U2O7 |
|
to |
|
UO2 |
HF |
UF4 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
UF + 2Mg = 2MgF + U |
(to) |
|
4 |
2 |
|
U3O8
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Химия тория
1. Реагирует с кислотами |
|
|||||
Th + 4HCl = ThCl4 + 2H2 |
|
|||||
Th + HNO3 (конц) ≠ |
|
|||||
2. Реагирует с неметаллами |
|
|||||
Th + O |
= ThO |
|
ThIV |
|||
|
2 |
|
|
2 |
|
|
Th + 2Cl |
2 |
= ThCl |
4 |
ThIV |
||
|
|
|
|
|
||
Th + 2I |
= ThI |
|
ThIV |
|||
|
2 |
|
|
4 |
|
|
Th + H |
2 |
= ThH |
|
ThII |
||
|
|
|
2 |
|
|
|
ThO2
ThH2
ThCl4
ThBr4
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Оксид и гидроксид тория
1. |
Оксид тугоплавок |
|
|
|
|
|||||||
|
Th(OH) |
= ThO |
+ 2H O |
|
|
Т.пл. = 3220 оС |
||||||
|
|
|
4 |
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
2. |
Гидроксид ThIV нерастворим в воде |
|
|
|||||||||
|
ThCl |
4 |
+ 4NH |
3 |
·H O = Th(OH) ↓ + 4NH |
4 |
Cl |
ПР = 10−42 |
||||
|
|
|
|
|
2 |
|
4 |
|
|
|||
|
Th(OH)4 |
+ 4HNO3 = Th(NO3)4 + 4H2O |
|
|
||||||||
|
Th(OH)4 |
+ 2H2SO4 = Th(SO4)2 + 4H2O |
|
|||||||||
3. |
Соли ThIV устойчивы в растворе, не гидролизуются |
|||||||||||
|
Th(NO ) |
|
+ 8H O [Th(H O) ]4+ + 4NO |
− |
||||||||
|
|
|
3 4 |
|
|
2 |
2 |
8 |
|
3 |
||
|
Th(OH)4 |
+ CO2 = ThOCO3 + 2H2O |
|
во влажном воздухе |
||||||||
4. |
Известны пероксиды |
|
|
|
|
|||||||
4Th(NO3)4 + 6H2O2 + 2H2O = Th4O14 + 16HNO3
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Галогениды тория
|
ThF4 |
|
ThCl4 |
|
ThBr4 |
ThI4 |
Цвет |
Бесцв. |
|
Бесцв. |
|
Бесцв. |
Желтый |
|
|
|
|
|
|
|
Т.пл., оС |
1070 |
|
770 |
|
678 |
566 |
Т.кип., оС |
1680 |
|
920 |
|
880 |
837 |
fH0298, |
−482 |
|
−285 |
|
−227 |
−160 |
кДж/моль |
|
|
|
|
|
|
К.ч. в |
8 |
|
8 |
|
8 |
8 |
кристалле |
|
|
|
|
|
|
Раств. в воде |
ПР = 10−25 |
|
Р |
|
Р |
Р |
|
|
|
|
|
|
|
ThF4 (тв) + NH4F (р-р) = (NH4)3[ThF7] |
аналог Zr |
|||||
ThF4 (тв) + NH4F (р-р) = (NH4)4[ThF8] |
аналог Hf |
|||||
ThCl4 + 2KCl = K2[ThCl6] |
|
|
|
|
||
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Комплексы тория
Высокие координационные числа К.ч. = 7
Th(NO3)4 + 3KNO3 = K3[Th(NO3)7]
К.ч. = 8 |
[Th (PO ) ]– |
||
2 |
4 3 |
||
|
|||
Th(NO3)4 + 4(NH4)2C2O4 = (NH4)4[Th(C2O4)4] + 4NH4NO3 К.ч. = 9
2Th(OH)4 + 2H3PO4 + NaH2PO4 = Na[Th2(PO4)3] + 8H2O
К.ч. = 10
ThOCO3 + 4Na2CO3 + H2O = Na6[Th(CO3)5] + 2NaOH Th(OH)4 + 5Na2CO3 = Na6[Th(CO3)5] 4NaOH
К.ч. = 20
ThCl4 + 4Na(cp) = Th(cp)4 + 4NaCl
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Восстановление тория(IV)
1. |
Реакции сопропорционирования |
|
|
|
|
|||||||
|
3ThI4 + Th = 4ThI3 |
|
|
|
в вакууме, при 700 оС |
|||||||
|
15ThBr |
4 |
+ 9Th = 4Th Br |
|
в вакууме, при 850 оС |
|||||||
|
|
|
|
6 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
15ThBr4 + 9Th + 4Fe = 4Th6(Fe)Br15 |
|
|
|
||||||||
2. |
Реакции тория с неметаллами |
|
|
|
|
|||||||
|
2Th + 3S = Th2S3 в атмосфере аргона |
|
|
|||||||||
3. |
Восстановление солей ThIV |
|
|
|
|
|
||||||
|
2Th(SO ) + 2HN |
3 |
= Th (SO ) + 3N |
2 |
+ H SO |
4 |
Th6(Fe)Br15 |
|||||
|
|
4 2 |
|
2 |
4 3 |
|
2 |
|
||||
соли ThIII устойчивы только в сильно кислой среде
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Химия урана
1. Уран – активный металл |
|
|
|||||||
3U + 4O2 = U3O8 |
|
|
медленно при н.у. |
|
|||||
U + 2H O = UO + 2H |
2 |
выше 200 оС бурно |
|
||||||
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2U + 3H2 = 2UH3 |
|
|
(to) |
|
UO2(NO3)2 |
||||
2. Реакции с галогенами |
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||
U + F = UF |
|
UVI |
|
|
|
||||
2 |
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
U + 5/2Cl2 = UCl5 |
UV |
легко разлагается |
|
||||||
U + 2Br |
= UBr |
4 |
UIV |
|
|
|
|||
2 |
|
|
|
|
|
|
UO2Br |
||
U + 3/2I |
= UI |
|
UIII |
|
|||||
|
|
|
|
||||||
2 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
3. Реакции с кислотами |
|
|
|
||||||
U + 4HCl = UCl4 + 2H2 |
|
|
UIV |
||||||
U + 4HNO |
3 |
= UO (NO ) + 2NO + 2H O |
UVI |
||||||
|
|
|
2 |
|
3 2 |
2 |
|
||
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения урана(VI)
1.UF6 – окислитель и фторирующий агент
UF6 + H2O = UOF4 + 2HF
2.Кислородные соединения UVI устойчивы
3U3O8 + 20HNO3 (конц) = 9UO2(NO3)2 + 2NO + 10H2O
3U3O8 + 18HCl + 2HNO3 = 9UO2Cl2 + 2NO + 10H2O
3.Пероксид UVI
UO2(NO3)2 + 2H2O2 = UO2(O2) H2O↓ + 2HNO3
d(U≡O) = 188 пм, d(U−O) = 223 пм
[UO2(H2O)6]2+
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения урана(VI)
4. Оксид и гидроксид UVI |
|
|
|
|
||||
UO (NO ) + 2NaOH = UO (OH) ↓ + 2NaNO |
3 |
ПР = 10−22 |
||||||
2 |
3 2 |
|
2 |
2 |
|
|||
UO (OH) |
2 |
= UO + H O |
выше 420 оС |
|
|
|||
2 |
|
3 |
2 |
|
|
|
|
|
Анион U2O72- в Rb2U2O7
Амфотерность
UO3 + H2O = UO2(OH)2 медленно, при н.у.
2UO2(NO3)2 + 6KOH = K2U2O7↓ + 4KNO3 + 3H2O
оранжевый
K2U2O7 + 4HCl = 2UO2Cl2 + 2NH4Cl + H2O
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Комплексы урана(VI)
Комплексы UVI делают уран похожим на d-металлы
Rb2U2O7 + 6Rb2CO3 + 3H2O = 2Rb4[UO2(CO3)3] + 6RbOH UO2(CH3COO)2 + Zn(CH3COO)2 = Zn[UO2(CH3COO)3]2
желтый, растворим
3Zn[UO2(CH3COO)3]2 + 2NaCl + 6H2O = 2NaZn[UO2(CH3COO)3]3 6H2O↓ + ZnCl2
желтый осадок
K2U2O7 + 10KNCS + 3H2O = 2K3[UO2(NCS)5] + 6KOH
[UO2(NCS)5]3–
[UO2(CO3)3]4–
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения урана в низких с.о.
1. Оксиды |
|
U3O8 + 2CO = 3UO2 + 2CO2 |
U3O8 + 2H2 = 3UO2 + 2H2O |
UO2 темно-коричневый, т.пл. = 2775 оС
2. Свойства UIV
UO2 + 4HF = UF4 + 2H2O зеленый, ПР = 6 10−22, т.пл.=1309 К
UO2SO4 + Zn + 2H2SO4 = U(SO4)2 + ZnSO4 + 2H2O
U(SO ) + 4KOH = U(OH) |
4 |
+ 2K SO |
4 |
ПР = 10−52 |
4 2 |
2 |
|
U(OH)4 растворим только в кислотах
3.Окисление и восстановление UIV
5U(SO4)2 + 2KMnO4 + 2H2O = 5UO2SO4 + K2SO4 + 2MnSO4
+2H2SO4
2U(SO4)2 + H2O → U2(SO4)3 + ½O2 + H2SO4
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Red/Ox свойства соединений урана |
|||||||||
1. Диаграмма Латимера для рН = 0 |
|
|
|
|
|
||||
UO 2+ |
+0.33 В |
U4+ |
−0.61 В |
|
U3+ −1.80 В |
|
U0 |
||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
nE |
|
|
|
|
Cr |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
Mo |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Диаграмма Фроста |
-1 |
|
|
|
|
|
|
W |
|
для рН = 0 |
-2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-5 |
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
-6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Химия плутония
1. Pu растворяется в кислотах-неокислителях, но не реагирует с водой и щелочами
2Pu + 6HCl = 2PuCl3 + 3H2
Соли Pu3+ окрашены в зеленый цвет
2. Pu демонстрирует наибольшее разнообразие с.о. |
PuCl3 |
||||||||||
|
|||||||||||
Pu + 3K |
2 |
S O + 4H O = K PuO + 2K SO + 4H SO |
4 |
PuVI |
|||||||
|
2 |
8 |
2 |
2 |
4 |
2 |
4 |
2 |
|
||
Pu + O |
= PuO |
|
(to) |
|
|
|
|
|
PuIV |
||
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2Pu + 3Cl2 = 2PuCl3 |
(to) |
|
|
|
|
|
PuIII |
||||
Pu + H2 = PuH2 |
|
(to) |
|
|
|
|
|
PuII |
|||
3. Наиболее устойчивые степени окисления +3 и +4 |
|
||||||||||
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Радиоактивность An
Фукусима (2011) |
Чернобыль (1986) |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Металлы 12 группы
Подгруппа цинка
Лекция 14
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Металлы 12 группы
|
Zn |
Cd |
Hg |
Ат. № |
30 |
48 |
80 |
Ат. Масса |
65.39 |
112.41 |
200.59 |
Эл. Конф. 3d104s2 |
4d105s2 |
4f145d106s2 |
|
R(ат.), пм |
133 |
154 |
157 |
I1, эВ |
9.39 |
8.99 |
10.44 |
I2, эВ |
17.96 |
16.91 |
18.76 |
χ(A-R) |
1.66 |
1.46 |
1.44 |
C.O. |
2 |
(1), 2 |
1, 2 |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Свойства металлов
|
Zn |
Cd |
Hg |
Т.пл., оС |
419 |
321 |
–39 |
Т.кип., оС |
906 |
770 |
357 |
vH0, кДж/моль |
130.7 |
112.0 |
61.3 |
d, г/см3 |
7.13 |
8.65 |
13.55 |
σ, См/м (·106) |
18.2 |
14.7 |
1.1 |
E0(M2+/M0), В |
–0.76 |
–0.40 |
+0.84 |
Zn, Cd – искаженная гексагональная
структура типа Mg;
Hg – очень сложная структура, основанная
на гантелях Hg-Hg, не имеет аналогов
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Особое положение 12 группы в ПС
Металлы 12 группы – промежуточное положение между переходными металлами и p-элементами
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Реакционная способность Zn, Cd, Hg
1. |
Zn |
Cd |
Hg |
|
|
уменьшение химической активности |
|||
2. |
Zn, Cd реагируют с O2 |
|
|
|
|
Zn + ½O = ZnO |
|
(200 oC) |
|
|
2 |
|
(350 oC) |
|
|
Cd + ½O = CdO |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
3. |
Zn, Cd растворяются в кислотах |
|
||
|
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 |
Cd + 2HCl = CdCl2 + H2 |
||
4. |
Zn растворяется с образованием комплексов |
|||
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2 Zn + 4NH3 + 2H2O = [Zn(NH3)4](OH)2 + H2
3Zn + NaNO2 + 5NaOH + 5H2O = 3Na2[Zn(OH)4] + NH3
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Реакционная способность Zn, Cd, Hg
5. Zn, Cd, Hg окисляются в кислой среде |
|
|
||
M + 2H2SO4 (конц) = MSO4 + SO2 + 2H2O |
(M = Zn, Cd, Hg) |
|||
Hg + 4HNO3 (конц) = Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O |
|
|||
6. Zn, Cd, Hg реагируют с галогенами, халькогенами, |
|
|||
не реагируют с азотом, углеродом и водородом. |
|
|||
Zn (тв) + Cl2 = ZnCl2 (тв) |
1,5 |
Hg |
|
|
Cd (тв) + S (ж) = CdS (тв) |
1,0 |
|
|
|
0,5 |
|
|
||
Hg (ж) + Br2 (ж) = HgBr2 (ж) |
0,0 |
|
|
|
nE-0,5 |
Cd |
|
||
7. Zn, Cd реагируют с фосфором |
-1,0 |
Zn |
|
|
-1,5 |
|
|||
Zn + P = Zn3P2 |
Cd + P = CdP2 |
0 |
1 |
2 |
|
n |
|
||
|
|
|
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Реакционная способность Zn, Cd, Hg
8. Zn реагирует с водяным паром
Zn + H2O (газ) = ZnO + H2
9. Hg образует амальгамы
Na + Hg
Na3Hg2 + NaHg + NaHg2 + …
NaHg2 + H2O = NaOH + 2Hg + ½H2 Na3Hg2 NaHg + HCl + NH3 = NH4Hg + NaCl амальгама аммония
NH4Hg |
to |
Hg + NH3 |
+ ½H2 |
|
Na11Hg52 (из электролиза NaOH)
10. Zn, Cd образуют аналоги амальгам:
NaZn13, BaCd11, CaZn5, MgCd3
Mg(NH3)6Hg22
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Получение Zn
1. Zn – распространенный элемент, 3.3·10−3 ат.%
Основные минералы Zn:
ZnS – сфалерит, ZnS – вюртцит, ZnCO3 – смитсонит Основные реакции:
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2
ZnO + C = Zn + CO
Очистка:
ZnSO4 + H2O
Zn + H2SO4 + ½O2
смитсонит
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Получение Cd, Hg
2. Cd не образует значимых собственных минералов
CdS – гринокит, CaCO3 – отавит
Cd получают из отходов производства Zn,
если содержание Cd > 5 %
CdSO4 + Zn = ZnSO4 + Cd
3. Основной минерал Hg: HgS – киноварь
Обжиг: HgS + O2 = Hg + SO2
4HgS + 4CaO = 4Hg + CaSO4 + 3CaS
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
|
|
Применение Zn, Cd, Hg |
1. |
Zn |
оцинковка (45%) |
2. |
Zn |
производство латуни (20%) |
3. |
Zn |
производство красок (15%) |
4. |
Zn |
ZnO в парфюмерии, в пластиках |
5.Zn, Cd в электронике
6.Zn, Cd, Hg гальванические элементы, лампы, электроды
7. |
Zn |
катализаторы |
8. |
Cd |
припои, легкоплавкие сплавы |
9. |
Hg |
в химической промышленности |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Оксиды Zn, Cd, Hg (II)
|
|
ZnO |
CdO |
|
HgO |
|
|
белый, желтеет |
коричневый |
желтый или |
|||
|
при нагревании |
|
|
красный |
||
Т.пл., оС |
1950 |
1815 |
|
400 |
|
|
f |
G0 |
–320.7 |
–229.3 |
|
–58.4 |
|
298 |
|
|
|
|
|
|
кДж/моль |
|
|
|
|
|
|
Структура |
вюртцит |
NaCl |
|
цепочечная |
||
|
|
к.ч. = 4 |
к.ч. = 6 |
|
к.ч. = 2 |
|
|
|
|||||
MO + H2SO4 = MSO4 + H2O |
M = Zn, Cd, Hg |
|
||||
ZnO + 2KOH + H2O = K2[Zn(OH)4] |
тетраэдр |
|||||
HgO + 4KI + H2O = K2[HgI4] + 2KOH |
|
|
|
|||
комплексообразование HgO
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Оксиды и гидроксиды Zn, Cd, Hg (II)
1. Кислотно-основные свойства |
|
|
|
|
|||
|
|
pKb |
|
||||
ZnCl2 + 2KOH (разб) = Zn(OH)2 + 2KCl |
|
||||||
Zn(OH)2 |
5.1 |
||||||
HgCl2 + 2KOH = HgO + 2KCl + H2O |
Cd(OH)2 |
3.0 |
|||||
HgO + H2O Hg2+ + 2OH– |
|
|
HgO |
≈ 11 |
|||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
ZnO |
CdO |
HgO |
|
|
|
|
|
увеличение основности |
|
|
|
|||
2. Растворение в аммиаке |
|
|
|
[Hg N]+ |
|||
Zn(OH)2 + 4NH3 (p-p) = [Zn(NH3)4](OH)2 |
к.ч. = 4 |
||||||
2 |
|||||||
|
|||||||
Cd(OH)2 + 6NH3 (р-р) = [Cd(NH3)6](OH)2 |
к.ч. = 6 |
|
|||||
2HgO + NH3 (р-р) = [Hg2N](OH) |
основание Миллона, к.ч. = 2 |
||||||
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Галогениды Zn, Cd, Hg (II)
ZnF2 |
CdF2 |
HgF2 |
Т.пл. 875 0С |
Т.пл. 1072 0С |
Т.пл. 645 0С |
К.ч. = 6 |
К.ч. = 8 |
К.ч. = 8 |
ZnCl2 |
CdCl2 |
HgCl2 |
Т.пл. 326 0С |
Т.пл. 568 0С |
Т.пл. 280 0С |
К.ч. = 4 |
К.ч. = 6 |
К.ч. = 2 |
ZnBr2 |
CdBr2 |
HgBr2 |
Т.пл. 394 0С |
Т.пл. 567 0С |
Т.пл. 238 0С |
К.ч. = 4 |
К.ч. = 6 |
К.ч. = 2 |
ZnI2 |
CdI2 |
HgI2 |
Т.пл. 446 0С |
Т.пл. 388 0С |
Т.пл. 259 0С |
К.ч. = 4 |
К.ч. = 6 |
К.ч. = 4 или 6 |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Галогениды Zn, Cd, Hg (II)
ZnF2 |
|
CdF2 |
|
|
HgF2 |
|
|||
Т.пл. 875 |
0С |
Т.пл. 1072 0С |
|
Т.пл. 645 0С |
|||||
Т.пл. оС |
К.ч. = 8 |
|
|
К.ч. = 8 |
|
||||
К.ч. = 6 |
|
|
|
|
|||||
1000 |
CdCl2 |
|
|
HgCl2 |
|
||||
ZnCl2 |
|
|
|
|
|||||
|
800 |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
Т.пл. 568 С |
|
Т.пл. 280 |
С |
|||||
Т.пл. 326 |
С |
|
|||||||
К.ч. = 4 |
|
Cd |
|
|
К.ч. = 2 |
|
|||
|
К.ч. = 6 |
|
|
|
|||||
|
600 |
CdBr2 |
|
|
HgBr2 |
|
|||
ZnBr2 |
|
|
|
|
|||||
|
400 |
Zn |
0 |
|
|
|
0 |
||
|
Т.пл. 567 С |
|
Т.пл. 238 |
С |
|||||
Т.пл. 394 |
С |
|
|||||||
|
|
|
Hg |
|
|
|
|
|
|
К.ч. = 4 |
|
К.ч. = 6 |
|
|
К.ч. = 2 |
|
|||
ZnI |
200 |
MCl |
|
MBr |
|
MI2 |
|
|
|
|
MF |
|
2 |
|
|
||||
2 |
2 |
CdI2 |
|
HgI |
2 |
|
|||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||
Т.пл. 446 0С |
Т.пл. 388 0С |
|
Т.пл. 259 0С |
||||||
К.ч. = 4 |
|
К.ч. = 6 |
|
|
К.ч. = 4 или 6 |
||||
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения Zn, Cd, Hg (II)
1. |
Получение галогенидов |
|
|
|
Zn(NO3)2 + 2KF = ZnF2↓ + 2KNO3 |
аналогично CdF2 |
|
Остальные галогениды получают прямым синтезом |
|||
2. |
ZnF2, CdF2, HgI2 нерастворимы, HgF2 гидролизуется |
||
|
HgF2 + H2O = HgO↓ + 2HF |
|
|
3. |
Комплексные галогениды |
|
|
|
ZnCl2 + KCl + H2O = K[ZnCl3(H2O)] |
|
|
|
CdCl2 + 4NH4Cl = (NH4)4[CdCl6] |
октаэдр |
|
|
CdBr2 + 2NaBr = Na2[CdBr4] |
тетраэдр |
|
|
HgI2 + 2KI = K2[HgI4] |
lgβ ≈ 30 |
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения Zn, Cd, Hg (II)
4. Азотистые основания ртути
2K2[HgI4] + 3KOH + NH3 = [Hg2N]I·H2O↓ + 7KI + 2H2O
HgCl2 + NH3 (газ) = [Hg(NH3)2]Cl2
плавкий белый преципитат
HgCl2 + 2NH3 (р-р) = [HgNH2]Cl + NH4Cl |
[HgNH2]+ |
||||||||||
|
|
неплавкий белый преципитат |
|
||||||||
6[HgNH |
2 |
]Cl = 3Hg Cl |
2 |
+ 4NH |
3 |
+ N |
2 |
≈250 oC |
|
||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||
5. Оксокомплексы ртути |
|
|
|
|
|
||||||
3HgCl2 + 2H2O = Hg3O2Cl2 + 4HCl |
гидролиз, медленно |
||||||||||
3HgO + H2O + 2Cl2 = Hg3O2Cl2 + 2HOCl |
|
||||||||||
HgCl2 + H2O |
to |
Hg3OCl4 |
|
|
|
[O(HgCl)3]Cl |
|
||||
|
|
|
|
|
|||||||
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения Zn, Cd, Hg (II)
6. Циано- и родано-производные
Zn(NO3)2 + 2KCN = Zn(CN)2↓ + 2KNO3 |
|
|
Zn(CN)2 + 2KCN = K2[Zn(CN)4] |
Co[Hg(SCN)4] |
|
|
тетраэдр |
|
|
|
|
Hg(NO3)2 + 2KSCN = Hg(SCN)2 + 2KNO3 |
||
2Hg(SCN)2 |
+ 9O2 = 2HgO + 4SO2 + 2N2 + 4CO2 |
|
2Hg(SCN)2 |
= HgS + CS2 + C3N4 |
|
Co(NO3)2 + Hg(NO3)2 + 4KSCN = Co[Hg(SCN)4] + 4KNO3
эталон в магнетохимии
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Сульфиды Zn, Cd, Hg (II)
ZnS |
CdS |
HgS |
белый |
желтый |
красный, черный |
ПР = 10–24 |
ПР = 10–28 |
ПР = 10–52 |
т.возг. = 1780 оС |
т.возг. = 1380 оС |
т.пл. = 825 оС |
к.ч. = 6 |
к.ч. = 6 |
к.ч. = 6 или 2 |
Получение |
|
|
ZnSO4 + Na2S = ZnS↓ + Na2SO4 |
|
|
CdSO4 + H2S = CdS↓ + H2SO4 |
|
|
Hg(NO3)2 + H2S = HgS↓ + 2HNO3 |
Hg + S = HgS |
|
HgS
черный красный 
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения Zn, Cd, Hg (II)
7. Растворение сульфидов
ZnS + 2HCl = ZnCl2 + H2S
CdS + 2HCl (конц) = CdCl2 + H2S
CdS + 8HNO3 (конц) = CdSO4 + 8NO2 + 4H2O
3HgS + 8HNO3 + 12HCl = 3H2[HgCl4] + 8NO+ 3H2SO4 + 4H2O
HgS + K2S = K2[HgS2] белый
8. Полиядерные комплексы Zn, Cd
to
4Zn(CH3COO)2
Zn4O(CH3COO)6 + (CH3CO)2O
|
|
[Zn Br ]2– |
|
|
|
|
|
2 |
6 |
Zn O(CO ) ]4– |
|
[Zn (OH)(PO ) (H O)]6– |
|
||||
2 |
4 3 |
2 |
|
4 |
3 6 |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения Hg (I)
1. Галогениды Hg(I) |
|
|
|
||
Hg2F2 |
|
Hg2Cl2 |
|
Hg2Br2 |
Hg2I2 |
желтый |
белый |
|
белый |
оранжевый |
|
т.пл. 570 |
оС |
т.р. 380 |
оС |
т.р. 340 оС |
т.пл. 290 оС |
гидролиз |
|
ПР=10–18 |
ПР=10–22 ПР=10–29 |
||
d=252 нм |
|
d=253 нм |
d=258 нм |
d=269 нм |
|
d(Hg–Hg)
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения Hg (I)
2. Соли Hg(I) легко гидролизуются. Нитрат растворим
6Hg + 8HNO3 (30%) = 3Hg2(NO3)2 + 2NO + 4H2O Hg2(NO3)2 + K2SO4 = Hg2SO4↓ + 2KNO3 ПР=10–7
Hg2(NO3)2 + 2H2O [Hg2(H2O)2]2+ + 2NO3–
2Hg2(NO3)2 + H2O Hg4(OH)(NO3)3 + HNO3 |
гидролиз |
|
Hg4(OH)(NO3)3 + H2O 2Hg2(OH)NO3 + HNO3 |
|
|
Hg2(NO3)2 |
+ K2S = HgS↓ + Hg↓ + 2KNO3 |
|
Hg2(NO3)2 |
+ NH3 = [HgNH2]NO3 + Hg↓ + NH4NO3 |
|
Hg4(OH)(NO3)3
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Соединения Hg (I)
3. |
Диспропорционирование Hg 2+ |
Hg2+ |
+ Hg0 |
|||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
K = 1.14·10–2 |
|
|
||
4. |
Оксид Hg(I) неустойчив |
|
|
|
||||
|
Hg2(NO3)2 + 2KOH = HgO↓ + Hg↓ + 2KNO3 + H2O |
|||||||
5. |
Получение и разложение галогенидов |
|
||||||
|
Hg2(NO3)2 + 2KCl = Hg2Cl2↓ + 2KNO3 |
Hg2Br2, Hg2I2 |
||||||
|
Hg2I2 + 2HI = H2[HgI4] + Hg |
комплексы неустойчивы |
||||||
|
Hg2(NO3)2 + 2KF = Hg↓ + HgO↓ + 2HF + 2KNO3 |
|||||||
6. |
Соединения Cd(I) |
|
|
|
|
|||
|
CdCl |
2 |
+ Cd + AlCl |
3 |
(ж) to |
Cd [AlCl ] |
Cd 2+ |
|
|
|
|
|
2 |
4 2 |
2 |
||
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
|
|
|||
Окислительная способность Hg(I,II) |
|||||
Соединения Hg(I), Hg(II) окислители в кислой среде |
|||||
2HgCl2 + SO2 + 2H2O = Hg2Cl2↓ + H2SO4 +2HCl |
|||||
2HgCl2 + SnCl2 + 2HCl = Hg2Cl2↓ + H2[SnCl6] |
|||||
Hg2Cl2 + SnCl2 + 2HCl = 2Hg + H2[SnCl6] |
|
||||
2Hg(NO3)2 + KH2PO2 + 2H2O = 2Hg + KH2PO4 + 4HNO3 |
|||||
|
1.75 |
|
|
Hg2+ |
pH = 0 |
|
1.50 |
|
|
|
|
|
1.25 |
Hg |
2+ |
pH = 0 |
|
|
1.00 |
||||
nE |
0.75 |
2 |
|
||
|
|
Hg2Cl2 |
|
||
0.50 |
|
|
|
||
|
Hg |
|
pH = 14 |
||
|
0.25 |
|
HgO |
||
|
0.00 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Низшие с.о. Hg
Hg + Al + AlCl |
3 |
AlCl3 (ж) |
Hg (AlCl ) |
|
Hg |
2+ |
|||
|
|
||||||||
|
|
|
3 |
4 2 |
|
3 |
|
||
4Hg + 3TaF |
|
SO2 (ж) |
Hg [TaF ] + TaF |
3 |
|
Hg 2+ |
|||
|
5 |
|
|
4 |
6 2 |
|
|
4 |
|
|
|
|
SO2 (ж) |
2Hg3[NbF6] |
|
1+ |
слой |
||
4Hg + Hg2[NbF6]2 |
|
Hg3 |
|
||||||
Hg + Hg |
[AsF ] |
SO2 |
Hg |
[AsF ] |
Hg |
1+ |
|
цепочка |
|
2 |
6 2 |
BrF3 (ж) |
2.86 |
6 |
|
2.86 |
|
|
|
Hg3(AlCl4)2
d(Hg-Hg) = 259-262 нм
Hg4(TaF6)2
Hg3(NbF6) |
Hg2.86(AsF6) |
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Биологическая роль Zn
Zn входит в состав большого числа ферментов: карбоксипептидаза, карбоангидраза, фосфатаза, β- лактамаза, алкоголь-дегидрогеназа
Основная роль: катализ кислотно-основных превращений Основные механизмы:
1) Гидроксидный
|
NH |
O |
HO ZnL3 |
|
2) Карбонильный
|
|
NH |
|
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
O |
ZnL3 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
Nu |
карбоангидраза |
||||
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Тенденции в 12 группе
1.Элементы и их соединения проявляют свойства промежуточные между переходными металлами и p- металлами.
2.Свойства Zn и Cd похожи. Особенности химии Hg следуют из свойств 6s2 электронной пары, аналогично Au, Tl, Pb, Bi.
3.Высшая с.о. наиболее устойчива для Zn, Cd, Hg; она соответствует числу валентных s-электронов. Вниз по группе увеличивается устойчивость с.о. +1.
4.Кислотно-основные свойства изменяются немонотонно, Cd(OH)2 – наиболее сильное основание.
5.Типичные координационные числа изменяются от 4 (Zn) до 6 (Cd) и до 2 (Hg). Вниз по группе увеличивается устойчивость комплексов с донорными лигандами N, S, Br, I.
