11. Елементи восьмої групи

11.1. Гелій та р-елементи VIII ґрупи

Історія відкриття та походження назв. Загальна характеристика благородних газів. Особливості електронної будови атомів благородних газів. Валентність і ступені оксидації. Розміри атомів і йонів. Типи хімічних зв'язків в сполуках: йонні, полярні і неполярні, трицентрові. Зміна атомних радіусів і енергії йонізації по ґрупі. Причини хімічної інертності.

Розповсюдження благородних газів в природі. Ізотопи. Радон – радіоактивний елемент.

Способи отримання та розділення благородних газів. Фракційне розділення зрідженого повітря.

Фізичні властивості. Агреґатний стан простих речовин. Характер міжмолекулярної взаємодії. Зміна температур топлення і кипіння в ряду гелій–радон. Особливі властивості гелію, квантова рідина. Гелій-І та Гелій-ІІ. Надтекучість гелію.

Хімічні властивості благородних газів. Утворення клатратів. Хімічний зв’язок в сполуках благородних газів. Відкриття сполук благородних газів. Хімія Ксенону. Стереохімія Ксенону. Дифлуорид, тетрафлуорид, гексафлуорид ксенону. Природа зв'язку в XeF₄. Просторова конфіґурація молекул. Схема молекулярних орбіталей молекули ХеF₂. Гіпервалентні зв’язки (трицентрові чотириелектронні зв’язки). Гідроліз флуоридів. Принципи їх отримання. Оксиґенвмісні сполуки Ксенону. Триоксид ксенону. Ксенонова кислота. Перксенат-йон. Хімія Криптону. Трицентровий чотириелектронний зв'язок в сполуках інертних газів. Оксидаційні властивості флуоридних і оксиґенвмісних сполук Ксенону. Положення флуоридів Ксенону у ряді відомих флуороксидників. Флуоридні сполуки Радону і Криптону. Клатратні сполуки Арґону і його аналогів. Гідрати Арґону, Криптону, Ксенону.

Застосування благородних газів і їх сполук. Флуороксидники в радіохімії для уловлювання летких сполук осколкових елементів. Токсичність.

11.2. D-елементи vііі ґрупи

Загальна характеристика елементів. Будова атомів. Зміна атомних радіусів і енергії йонізації в рядах Ферум – Нікол і Ферум – Осмій. Поділ елементів на родину Феруму і родину платинових елементів. Валентність і ступені оксидації атомів. Максимальна валентність в рядах Ферум – Нікол, Ферум – Осмій, Рутеній – Паладій, Осмій – Платина. Зміна стійкості сполук з нижчими (II) і вищими (VI, III) ступенями оксидації в ряду Ферум – Нікол. Проблема отримання Феруму (VIII). Типи хімічних зв'язків в сполуках. Схильність елементів до утворення катіонної і аніонної форм, комплексоутворення. Нестехіометричні сполуки. Кластерні сполуки. Надважкі «платинові метали» – Гассій, Мейтнерій, Дармштатій.

11.2.1. Родина Феруму

Історія відкриття та походження назв. Електронні конфіґурації атомів. Електронні спінові стани для Феруму. Координаційні числа та геометрія сполук і йонів елементів тріади Феруму.

Розповсюдженість та знаходження у природі. Ізотопи. Природні сполуки Феруму: маґнетит, гематит, маггеміт. Мінерали Кобальту та Ніколу. Латеритні та сульфідні руди Ніколу. Біологічна роль Феруму. Ферумвмісні білки (гемоглобін, міоглобін та ін.). Біологічна роль Кобальту. Кобаламіни. Вітамін В₁₂. Біологічна роль Ніколу. Ніколвмісні ферменти.

Принципи промислового отримання заліза. Стопи на основі Феруму (чавун, сталь). Спеціальні сталі. Фазова діаґрама системи Fe-C. Отримання заліза високої чистоти. Отримання кобальту та нікелю із полісульфідних руд. Принципи розділення сумішей кобальту і нікелю методами фракційного окиснення, осадження, сублімації.

Фізичні властивості Феруму, Кобальту, Ніколу. Кристалічні структури. Поліморфні модифікації Феруму (α-, β-, γ-, δ-). Поліморфні модифікації Кобальту. Фазова діаґрама Феруму. Магнітні властивості. Феромагнетизм. Пірофорність металів.

Хімічні властивості. Хімічна активність при звичайній і високій температурах. Взаємодія з неметалами. Розчинення водню у металах. Відношення до кисню, води, кислот, лугів. Пасивація поверхні заліза. Стереохімія сполук Феруму, Кобальту, Ніколу. Іржавіння заліза та методи захисту від іржі. Вплив кислотности середовища і комплексоутворення на потенціал Е⁰ (Fe³⁺/ Fe²⁺).

Сполуки елементів родини Феруму з неметалами – карбіди, бориди, нітриди. Комплексні гідриди. Сульфіди: моно-, ди- та полісульфіди.

Оксиди Феруму, Кобальту, Ніколу. Оксиди елементів (II, III). Змішані оксиди. - і -Fe₂O₃. Фізичні властивості. Стійкість оксидів. Відношення до води, кислот, лугів. Принципи отримання. Існування вищого оксиду NiO₂. Нестехіометрія нижчого ферум (ІІ) оксиду. Структура шпінелі у γ-Fe₂O₃ та Fe₃O₄.

Гідроксиди Феруму, Кобальту, Ніколу. Гідроксиди елементів (II, III). Методи отримання та хімічні властивості гідроксидів. Склад і особливості будови ферум (ІІІ) гідроксиду. Стійкість гідроксидів. Кислотно-основні і оксидаційно-відновні властивості. Відношення до води, кислот, лугів. Принципи отримання. Структура та властивості Со(ОН)₂. Взаємні перетворення гідроксидів Ni (II) i Ni (III). Лужні акумулятори.

Солі. Солі Феруму, Кобальту, Ніколу (II). Безводі солі і кристалогідрати. Подвійні солі. Стійкість. Гідроліз. Карбонати Феруму (середній, кислий, основний). Середні і основні солі Кобальту (II). Солі Феруму (III). Солі в катіонній і аніонній формах. Безводі солі і кристалогідрати. Структура безводого хлориду. Хлорне залізо. Сіль Мора. Залізний купорос. Подвійні солі. Основні солі. Гідроліз. Ферити (II). Ферити (III). Кубічні ферити зі структурою шпінелі. Гексагональні ферити. Кобальт (III) флуорид. Порівняння стійкості комплексних сполук Кобальту (II) і (III). Умови стабілізації Кобальту (III) – в комплексних сполуках, оксидах, флуоридах. Солі Феруму (VI). Ферати (VI). Стійкість. Гідроліз. Оксидаційні властивості. Принципи отримання. Зіставлення кислотно-основних і оксидаційно-відновних властивостей сполук Феруму зі ступенями оксидації (II), (III), (VI). Сполуки Со (ІV).

Комплексні сполуки Феруму, Кобальту, Ніколу (II, III) з неорґанічними і орґанічними ліґандами. Роль Феруму в біологічних процесах (гемоглобін, живлення рослин). Відносна стійкість простих і комплексних солей Феруму, Кобальту, Ніколу (II, III). Аква-, аміно-, гідроксо-, ціанокомплекси. Якісні реакції на йони Fe²⁺ і Fe³⁺. Кров’яні солі: калію гексаціаноферат (ІІ) (жовта кров’яна сіль) і гексаціаноферат (ІІІ) (червона кров’яна сіль). Турнбулева синь і берлінська блакить. Карбоніли. Оксалатокомплекс Феруму (III) як приклад хелатного комплексу. Фероцен як приклад -комплексу. Природа хімічних зв'язків в молекулі фероцену. Низькоспіновий аквакомплекс Со (ІІІ). Високоспінові флуоридні комплекси Кобальту (ІІІ). Методи отримання та властивості. Схема переходів між аміакатами Кобальту. Нітро- і нітритокомплекси Кобальту (ІІІ) – приклад ізомерії ліґанда. Інертність амінних комплексів Кобальту (ІІІ). Реакції з переносом електронів (оксидаційно-відновні). Електронні спектри октаедричних низькоспінових комплексів Кобальту (ІІІ). Електронні спектри та магнітні властивості високоспінових октаедричних і тетраедричних комплексів Кобальту (ІІІ). Карбоніли Кобальту. Кобальтоцен. Комплексні сполуки Ніколу (II), їх будова, прояв ефекту Яна-Теллера. Плоскоквадратні, тетраедричні і октаедричні комплекси Ніколу. Їх характеристика. Ніколу карбоніл. Нікелоцен.

Застосування елементів родини Феруму та їх сполук. Стопи Феруму, Кобальту, Ніколу. Вуглецеві та леговані сталі. Суперстопи на основі Феруму, Кобальту, Ніколу. Каталізатори на основі елементів тріади Феруму. Сполуки Кобальту як піґменти.