Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекция 11(D-элементы)

.doc
Скачиваний:
49
Добавлен:
28.02.2016
Размер:
82.94 Кб
Скачать

Л11 d – элементы и их свойства.

d-элементы находятся в 4 – 7 периодах, побочных подгруппах. Валентные электроны расположены на s и d подуровнях.

  1. У элементов побочных подгрупп валентные электроны заполняют предвнешний d-подуровень, что ведёт к уменьшению атомного радиуса за счёт d- и f-сжатия, что в свою очередь вызывает увеличение энергии ионизации и снижение химической активности сверху вниз. Золото менее активно, чем медь.

  2. Все атомы d-элементов за исключением IIB подгруппы имеют незавершённый d электронный слой. Этим объясняется обширный набор различных степеней окисления (возможно распаривание как s так и d электронов в зависимости от условий реакционной среды). Например: Mn 1s22s22p63s23p64s23d5, валентными являются 2s и 5d электроны, поэтому марганец может проявлять следующие степени окисления: -2, 0, +2, +3, +4, +5, +6,+7.

  1. Соединения с высшей степенью окисления, соответствующей номеру группы, проявляют неметаллические свойства, имеют кислотный характер, являются окислителями. В низших степенях окисления проявляют металлические свойства, имеют основной характер, являются восстановителями. В промежуточной степени окисления соединения проявляют амфотерные свойства, могут быть как окислителями, так и восстановителями.

Cr+2 Cr+3 Cr+6

Cr2O Cr2O3 CrO3

Cr(OH)2 Cr(OH)3 и H3CrO3 H2CrO4

основные амфотерные кислотные

  1. В организме человека d-элементы находятся в меньшей положительной степени окисления: Cr+3, Mn+2, Fe+2, Zn+2. В высших степенях окисления эти же элементы очень токсичны для организма: Cr+6, Mn+7, Fe+6 (используют в современных средствах для похудения).

  1. В побочных подгруппах с увеличением заряда ядра увеличивается устойчивость соединений содержащих d элемент в высшей степени окисления. Золото существует в трёх степенях окисления: Au+1, Au+2, Au+3, наиболее устойчивая +3, для неё характерны устойчивые комплексы. Пример: H3[AuCl6].

  2. d-элементы в организме в основном находятся в виде комплексных ионов ([Cr(H2O)6]3+, [Mn(OH)4]2-), образующих в организме внутрикомплексные соединения с белками – биокластеры. Внутри биокластеров есть полость, в которой располагается металл комплексообразователь, окружённый лигандами (органические вещества). Известны примеры – металлоферменты, карбоангидраза, ксантиноксидаза, цитохромы.

Общая характеристика VIB группы.

Включает в себя: хром, молибден и вольфрам. Валентные электроны: ns1(n-1)d5. наиболее распространенные степени окисления: +2, +3 – соединения амфотерны, +6.

Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O

Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6]

H2CrO4 – хромовая кислота

H2Cr2O7 – двухромовая кислота

Биологическая роль VIB группы.

Хром – это биогенный микроэлемент, в организме находится в степени окисления +3. Его концентрация высока в клетках ЦНС и крови, входит в состав фермента пепсина. При недостатке хрома снижается чувствительность тканей к действию инсулина, из-за чего возможно развитие сахарного диабета. Соединения хрома +6 очень токсичны для человека.

Молибден - это биогенный микроэлемент, в организме находится в степени окисления +6, входит в состав 7 ферментов, которые регулируют окислительно-восстановительные реакции: альдегидоксидазы, ксантиноксидазы и др.

Ксантин + Ксантиноксидаза-Мо+6 → Мочевая кислота + Н2О2, при накоплении мочевой кислоты развивается подагра.

СН3СОН + Альдегидоксидаза-Мо+6 → 2СО2 + 2Н2О

Ион молибдена +6 входит в ферменты бобовых растений, способствующих фиксации азота воздуха и переводу его в органический азот.

Общая характеристика VIIB группы.

В нее входят марганец, технеций, рений. Валентные электроны: ns2(n-1)d5. наиболее распространенные степени окисления: +2, +4, +6, +7 у марганца, +6, +7 у технеция, +7 у рения.

Характеристика соединений марганца:

+2 – основные. MnO, Mn(OH)2, в организме присутствуют только в виде комплексных ионов, например [Mn(H2O)4].

+4 – амфотерные. MnO2, Mn(OH)4, H4MnO4 – ортомарганцоватистая кислота, соли называют манганиты.

+6 – кислотные. MnO3, H2MnO4 - марганцовистая кислота, соли называют манганаты.

+7 – кислотные. Mn2O7, HMnO4 - марганцовая кислота, соли называют перманганаты.

Перманганаты обладают различной окислительной активностью в зависимости от среды:

MnO4- (малиновый) + 5ē → Mn+2 (бесцветный); кислая

MnO4- (малиновый) + 3ē → MnО2 (бурый); нейтральная, слабощелочная

MnO4- (малиновый) + 1ē → MnO42- (зеленый). Сильнощелочная

Биологическая роль VIIB группы.

Марганец в организме находится в виде ионов с зарядом +2, которые концентрируются в костной ткани, печени почках. Марганец образует внутрикомплексные соединения с нуклеиновыми белками и аминокислотами. Марганец участвует во взаимопревращениях АТФ и АДФ. Входит в состав ферментов – холинэстеразы, фосфоглюкомутазы, пируваткарбоксилазы и других.

В медицине используют 5% раствор перманганата калия в качестве дезинфицирующего средства. Сульфат марганца и хлорид марганца назначают при анемии и атеросклерозе.

Общая характеристика VIIIB группы.(изучают сами)

Кобальт входит в состав витамина В12.

Железо имеет несколько степеней окисления:

+2 – основной. FeO, Fe(OH)2 зеленый.

+3 – амфотерный. Fe2O3, Fe(OH)3 бурый, H3FeO3 железистая кислота, соли – ферриты.

+6 – кислотный. FeO3, H2FeO4 железная, соли – ферраты.

Кобальт и никель обладают степенью окисления +2, +3.

Общая характеристика IIВ группы.

В эту группу входят цинк, кадмий и ртуть. Электронная формула ns2(n-1)d10. Зависимость свойств от строения аналогична уже описанным ранее побочным подгруппам.

Цинк – амфотерный металл, кадмий – амфотерный с преобладанием основных свойств, ртуть – основной.

Эти металлы являются комплексообразователями с координационным числом 4, у кадмия координационное число может быть равно 6, если лигандами будут молекулы аммиака.

Cd(OH)2 + 6NH3 = [Cd(NH3)6](OH)2 – гидроксид гексаамминкадмия (III).

Эти металлы при взаимодействии с кислородом образуют окисную пленку характерного цвета и высокой устойчивости. Оксид цинка – белый, оксид кадмия – желтый, оксид ртути – черный. Эти оксиды не растворимы в воде, но хорошо растворяются в кислотах.

ZnO + 2HCl + 3H2O = [Zn(H2O)4]Cl2 хлорид тетрааквацинка (II).

ZnO + 2NaO + H2O = Na2[Zn(OH)4] тетрагидросоцинкат (II) натрия.

Сd(OH)2 + 4NH4OH = [Cd(NH3)4](OH)2 + 4H2O

HgCl2 + NaOH = 2NaCl + Hg(OH)2, гидроксиды ртути очень неустойчивы поэтому сразу распадаются на оксид и воду. HgCl2 + NaOH = 2NaCl + HgO + H2O

Hg(OH)2 = HgO(черный) + H2O

Hg2(OH)2 = Hg2O(красный) + H2O

HgCl2 – сулема, яд. Раньше использовался для дезинфекций и материалов.

Hg2Cl2 – каломель. Применяют как слабительное средство.

Сульфиды этих металлов обладают характерной окраской. ZnS – белый, СdS – желтый, HgS – черный.

Биологическая роль IIB группы.

Цинк – важнейший микроэлемент. Ионы цинка входят в состав 40 ферментов, находящихся в организме человека, например: карбоангидраза (биокластер) содержится в эритроцитах. Ее функция – утилизация углекислого газа

Карбоксипептидаза (КОП) участвует в реакциях гидролиза пептидных связей в поджелудочной железе; в переваривании белков.

Ионы цинка входят в состав инсулина, участвуют в углеводном обмене. Из пищевых продуктов цинк содержат молоко, яйца, мясо, печень.

Ртуть в жидком состоянии не представляет угрозы здоровью человека, но ее пары оказывают сильное токсическое действие. Попадая в организм через легкие, пары ртути взаимодействуют с белками, нарушая их функции. Кадмий также очень токсичен.

В медицине используются 0,25% раствор сульфата цинка – глазные капли, оксид ртути – мазь, используемая при кожных заболеваниях.