- •C.М. Дрюцкая
- •Введение
- •Тема 1. Химия элементов. Свойсвта s-элементов и d-элемнтов I, II групп.
- •Водород, вода. Пероксид водорода
- •Атомные характеристики элементов
- •Основные физико-химические свойства металлов
- •Свойства элементов iв группы: Cu, Ag, Au
- •Атомные характеристики элементов
- •Основные физико-химические свойства металлов
- •Элементы iiв группы: Zn, Cd, Hg
- •Атомные характеристики элементов
- •Основные физико-химические свойства металлов
- •Контрольные вопросы и задания
- •Индивидуальные задания
- •Исходные данные
- •1.4. Тестовые задания
- •Тема 2. Свойства элементов и соединений III - viiв групп.
- •2.1. Теоретические сведения
- •Атомные характеристики элементов
- •Основные физико-химические свойства металлов
- •Свойства элементов viib группы. Марганец
- •Атомные характеристики элементов
- •Основные физико-химические свойства металлов
- •Свойства оксидов и гидроксидов марганца
- •2.2. Контрольные вопросы и задания
- •2.3. Индивидуальные задания
- •Исходные данные
- •2.4. Тестовые задания
- •Тема 3. Свойства элементов viiib группы и их соединений
- •Атомные характеристики элементов
- •Основные физико-химические свойства металлов
- •3.4. Тестовые задания
- •Тема 4. Свойства элементов и соединений III - iVa групп
- •4.1. Теоретические сведения
- •4.2. Контрольные вопросы и задания
- •4.3. Индивидуальные задания
- •Исходные данные
- •4.4. Тестовые задания
- •Тема 5. Свойства элементов и соединений vа группы
- •5.1. Теоретические сведения
- •Кислородные соединения азота.
- •Кислородсодержащие соединения фосфора
- •Атомные характеристики элементов
- •5.2. Контрольные вопросы и задания
- •5.3. Индивидуальные задания
- •Исходные данные
- •5.4. Тестовые задания
- •Тема 6. Свойства элементов и соединений vIa группы
- •6.1. Теоретические сведения
- •Природные источники элементов VI а группы
- •6.2. Контрольные вопросы и задания
- •6.3. Индивидуальные задания
- •Исходные данные
- •6.4. Тестовые задания
- •Тема 7. Элементы viIа группы. Благородеые газы
- •7.1. Теоретические сведения
- •Природные источники галогенов
- •Атомные характеристики элементов
- •Физико-химические свойства простого вещества
- •Физико-химические свойства галогеноводородов
- •Соединения галогенов с кислородом
- •Физико-химические свойства оксидов галогенов
- •Электродные потенциалы галогенов
- •Окислительно-восстановительные потенциалы хлора
- •Характеристика кислот
- •7.2. Контрольные вопросы и задания
- •7.3. Индивидуальные задания
- •Исходные данные
- •7.4. Тестовые задания
- •Программа дисциплины «общая и неорганическая химия» (первый и второй вопросы экзаменационных билетов)
- •Перечень практических вопросов (третий вопрос экзаменационных билетов)
- •Перечень тем типовых задач (четвертый вопрос экзаменационных билетов)
- •Критерии экзаменационной оценки «отлично»
- •«Хорошо»
- •«Удовлетворительно»
- •«Неудовлетворительно»
- •План общей характеристики группы элементов (атома элемента)
- •План характеристики элемента и его соединений
- •Перечень видеофильмов по изучаемым темам курса «общая и неорганическая химия»
- •Библиографический список
- •Оглавление
Атомные характеристики элементов
Элемент |
Cr |
Mо |
W |
Атомный номер |
24 |
42 |
74 |
Ковалентный радиус, нм |
0,118 |
0,130 |
0,130 |
Металлический радиус, нм |
0,128 |
0,139 |
0,139 |
Радиус иона, нм Э2+ Э3+ Э4+ Э5+ Э6+ |
0,073 0,0615 0,055 0,049 0,044 |
– 0,069 0,065 0,061 0,059 |
– – 0,066 0,062 0,060 |
Электроотрицательность |
1,56 |
1,30 |
1,40 |
Первый потенциал ионизации, В |
7,893 |
7,866 |
7,635 |
Степени окисления (выделены наиболее устойчивые) |
+2,+3,+6 |
+2,+3,+4,+5,+6 |
+2,+3,+4,+6,+6 |
Таблица 9
Основные физико-химические свойства металлов
Металл |
Cr |
Mо |
W |
Тип кристаллической решётки |
Кубическая объёмноцентрированная | ||
Плотность, , г/см3 |
7,14 |
10,28 |
19,32 |
Температура плавления, оС |
1857 |
1620 |
3422 |
Стандартный электродный потенциал процессов, Ео, В: Э2+ + 2е → Э Э3+ + 3е → Э Э4+ + 4е → Э Э6+ + 6е → Э |
–0,913 –0,714 – – |
– –0,200 –0,152 –0,114 |
– –0,150 –0,119 –0, 09 |
Соединения хрома (II). Оксид и гидроксид хрома (II) проявляет только основной характер:
CrO(т) + 2HCl(в) → CrCl2(т) + H2O(ж)
Сr(OH)2(т) + 2HCl(в) → CrCl2(т) + 2H2O(ж)
Ион Сr2+ является сильным восстановителем и вытесняет водород из воды:
Сr2+(в) + 2Н2О(ж) → СrOH2+(в) + H2(г)
Ион Сr2+ используют в качестве активного поглотителя кислорода:
4CrCl2(в) +О2(г) + 4HCl(в) →4 CrCl3(в) + Н2О(ж)
Соли хрома (II) получают восстановлением солей хрома (III) цинком в подкисленном растворе, а также взаимодействием хрома с соляной кислотой в атмосфере водорода.
Соединения хрома (III). Оксид и гидроксид трёхвалентного хрома обладают амфотерными свойствами, образуя соли как в реакциях с сильными кислотами, так и со щелочами:
Сr(OH)3(т) + 3HCl(в) → CrCl3(в) + 3Н2О(ж);
Сr(OH)3(т) + 3H+(в) → Сr3+(в) + 3Н2О(ж);
Сr(OH)3(т) + 3NaOH(в) →Na3[Сr(OH)6](в);
Сr(OH)3(т) +3OH-(в) → [Сr(OH)6]3-(в).
В водных растворах образуются гексагидроксохроматы (III) или гидроксохроматы состава: Сr(OH)3(т) +КOH(в) + 2Н2О(ж) →К[Сr(OH)4(Н2О)2](в)
Хром (III) образует большое число комплексных соединений с координациооным числом 6, многие из которых очень устойчивы. Состав катионных комплексов трёхвалентного хрома зависит от рН, температуры и концентрации. В связи с этим окраска комплексов может изменяться от фиолетовой до изумрудно–зелёной: существуют различные изомерные формы комплексных соединений валового состава CrCl3 ·6Н2О:
[Сr(Н2О)6]Cl3; [Сr(Н2О)5Cl]Cl2 ·Н2О; [Сr(Н2О)4Cl2]Cl ·2Н2О
сине-фиолетовый светло-зелёный тёмно-зелёный
Соли хрома (III) подвержены сильному гидролизу и на первой стадии этого процесса образуется комплексный ион:
CrCl3(в) + Н2О(ж) ↔ Сr(ОН)Cl2+HCl(в)
Сr3+(в) + Н2О(ж) ↔ СrOH2+(в) + H+(в)
[Сr(Н2О)6]3+(в) + Н2О(ж) ↔[СrОН(Н2О)5]2+ + Н3О(в)
В присутствии анионов слабых летучих кислот ион Сr3+ гидролизуется полностью:
2CrCl3(в) +3Na2СO3(в) + 3Н2О(ж) →2 Сr(OH)3(т) +3СО2(г) + 6 NaCl(в).
Находясь в промежуточной степени окисления, хром (III) может быть восстановителем, окисляясь до хрома (VI), и окислителем, восстанавливаясь до хрома (II).
Соединения хрома (VI). Оксид хрома (VI) – твёрдые тёмнофиолетовые кристаллы состоящие из цепочек тетраэдров, соединённых вершинами – является типичным кислотным оксидом и хорошо растворяется в воде с образованием сильных хромовых кислот общей формулы CrО3ּnН2О. Полихромовые кислоты изменяют свой состав в зависимости от содержания воды:
Соли хромовой (H2CrO4) и дихромовой (H2Cr2O7) кислот называются хроматами (жёлтого цвета) и дихроматами (оранжевого), соответственно. Состояние хромат- и дихромат – ионов в растворе зависит от рН среды:
2CrO42-(в) + 2H+(в) → Cr2O72-(в) + H2O(ж) pH 7
Cr2O72-(в) + 2OH-(в) → 2CrO42-(в)+ H2O(ж) pH 7
Молекулярная форма этих уравнений:
2К2CrO4(в) + H2SO4(в) → К2Cr2O7(в) + K2SO4(в) + H2O(ж)
К2Cr2O7(в) + 2KOH(в) → 2К2CrO4(в) + H2O(ж)
Хроматы бария, серебра и свинца плохо растворимы в воде и могут быть получены реакцией ионного обмена:
BaCl2(в) + К2CrO4(в) → BaCrO4(т) + 2KCl(в)
Соединения хрома (VI) являются сильными окислителями в кислой среде, восстанавливаясь до хрома (III):
К2Cr2O7(в) +3K2SO3(в)+ 7H2SO4(в) →Cr2(SO4)3(в) + 3K2SO4(в)+7H2O(ж)
Cr2O72– +14H++6e → 2Cr3+ +7H2O
SO3 2-+ H2O – 2e → SO42– + 2H+
Cr2O72– +14H++ 3SO3 2-+3H2O → 2Cr3+ +7H2O +3SO42– + 6H+
Cr2O72– +8H++ 3SO3 2-+ (6H+) → 2Cr3+ +4H2O +3SO42– + (3H2O)
Смесь дихромата калия с концентрированной серной кислотой (хромовая смесь) применяется для мытья аналитической посуды, так как активно окисляет неорганические и органические загрязнения.
Окислительные свойства аналогичных соединений молибдена и вольфрама выражены слабо.
Действием очень сильных восстановителей соединения шестивалентного хрома могут быть восстановлены в нейтральной и слабощелочной среде, хотя в этих средах окислительные свойства хрома (VI) намного слабее:
К2Cr2O7(в) +3(NH4)2S(в) + H2O(ж) → 2Cr(OH)3(т) + 3S(т) + 6NH3(г) + 2KOH(в)
Для элементов подгруппы хрома характерно образование пероксидных соединений. При действии пероксида водорода в кислой среде на соединения хрома (VI) образуется синий пероксид хрома, неустойчивый в водной среде, но устойчивый в органической фазе:
К2Cr2O7(в) + H2O2(в) + H2SO4(в) 2CrO5(s) + K2SO4(в) +5H2O(в)
Об образовании пероксидного хрома свидетельствует синее окрашивание эфирного слоя. Реакция очень чувствительна и специфична и используется в аналитической химии для обнаружения хрома. Структурная формула пероксида хрома:
O Cr O
O O O
Все соли хромовых кислот ядовиты.
Хром обнаруживается в растительных и животных организмах, хотя биологическая роль его до конца не выяснена. В организме взрослого человека содержание хрома около 0,1%.
Хром является кофактором инсулина и необходим для нормального использования глюкозы. Дефицит хрома обнаруживается при ишемической болезни сердца, хроническом холецистите, циррозе печени.
Металлический хром нетоксичен, но соединения хрома (III) и хрома (VI) ядовиты, действуют раздражающе на кожу и слизистые оболочки, вызывая дерматиты. Соединения хрома (VI) обладают канцерогенными свойствами, их применяют как фунгициды (протравливающие вещества), а дихромат – ион обладаем дубящими свойствами.
Металлический хром обладает аномальными свойствами: при 37 оС у него резко, скачком меняется модуль упругости, коэффициент линейного расширения, внутреннее трение, электросопротивление. Возможно, эта особенность найдёт своё применение в медицине.
Соединения хрома используются как окислители при получении лекарственных препаратов – риванола, метиленового синего.
Дихромат калия используется для определения аскорбиновой кислоты, метилового спирта.
На реакции восстановления Cr(VI) в Cr(III) основан экспресс – метод экспертизы алкогольного опьянения.
Молибден относится к металлам жизни и является одним из важнейших биоэлементов.
Особенностью химии молибдена является его склонность к образованию оксокомплексов, поэтому он имеет большое биологическое значение. В настоящее время известно семь молибденсодержащих ферментов (к которым относятся альдегидогидроксидазы, ксантиндегидрогеназы, ксантиноксидазы), катализирующих перенос оксогрупп, окислительно-восстановительных или гидролитических процессов.
Молибден является важнейшим микроэлементом растений, так как биологически активные вещества с его участием обеспечивают мягкую фиксацию молекулярного азота.