Учебно-методический комплекс дисциплины «Химия» для специальности 5В072700 — «Технология продовольственных продуктов» для специальности 5В072800 — «Технология перерабатывающих производств» (стр. 21 )

  2. Образование химической связи в комплексных соединениях может быть рассмотрено как с позиций метода ВС, так и на основе метода МО. Согласно методу ВС при взаимодействии с лигандами происходит возбуждение центрального атома или иона и гибридизация его орбиталей.

  Конфигурация валентной оболочки иона меди +2 в основном состоянии описывается формулой 3d24s04p0 , поэтому имеются 4 свободные орбитали: 4s, 4px, 4py, 4pz. При взаимодействии лигандами, напимер аммиаком, эти орбитали подвергаются гибридизации  sp3,  в молекулах аммиака атом азота также находится в  sp3 – гибридном состоянии. Три  sp3 –  АО азота используются  для связи с атомами водорода. На четвертой  sp3 –  АО находится неподеленная пара электронов. Таким образом четыре sp3 –  АО азота с неподеленной парой электронов перекрываются с 4 пустыми sp3 –  АО иона меди. Образуются в соответствии с методом ВС 4 равноценные двухэлектронные σ - связи: азот – ионы меди.

  Поскольку атомы азота отдают пару электронов в «общие пользование», их называют донорными атомами. Соответственно центральный ион меди(ІІ) используют электронную пару азота для образования связи. Такой атом называют акцептором. Образующиеся описанным способом химические связи называются донорно-акцепторными. Формула комплекса меди CuSO4⋅4NH3  можно записать [Cu(NH3)4]SO4 .

4.В рассмотренном комплексном соединений лиганда – аммиак имеет один атом – донор азот. Широко распространены, особенно в живой природе, лиганды с несколькими донорными атомами. Такие лиганды называют полидентатными. Для определения устойчивости (прочности) комплексов определяют константы устойчивости комплексов. Химическая связь между внешней и внутренней сферами ионная, а связь  внутренней сфере между центральным ионом и лигандами донорно-акцепторная. Внутренняя сфера диссоцирует очень мало: [Cu(NH3)4]2+ ↔  Cu2+  + 4 NH3 . На основе закона действующих масс определяют константу. Обратная величина константе устойчивости называют  константой нестойкости. 

Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: лиганды, комплексообразователь, внутренняя сфера, внешняя сфера, координационное число, дентантность, катионный, анионный, нейтральный комплексы, константа нестойкости.

Вопросы для самоконтроля:

1.Что такое комплексные соеднинения?

2.Как определяют координационное число?

3.Какая связь между внутренней и внешней сферами?

4.Какая связь между комплексбразователем и лигандами?

5.Применение комплексных соединений,

Рекомендуемая литература:

1. , Неорганическая химия,2012 с. 92-104;

2. Задачи и упражнения по общей химии,1988,с. 198- 214;

3. Общая и неорганическая химия, 1997, с.

Лекция №14,15.  Общие свойства  металлов и неметаллов

Расположение металлов и неметаллов в периодической системе Физические и химические свойства металлов и неметаллов

1 Расположение металлов в периодической системе.

Большинство химических элементов относится к металлам. В атомах металла внешние электроны удерживаются значительно слабее, чем в атомах неметаллических элементов. Металлы имеют низкие потенциалы ионизации и выступают в качестве восстановителей. В соответствии с особенностями электронной структуры и положением в периодической системе различают s, p,d, f-металлы. К s-металлам относятся элементы, у которых происходит заполнение внешнего s-уровня, это элементы главных подгрупп 1 и 2 группы периодической системы химических элементов Менделеева – щелочные и щелочноземельные металлы. Они наиболее сильные восстановители среди металлов. К числу p-металлов относятся элементы 3 и 4 группы находящиеся в главных подгруппах и расположенные левее диагонали бор-астат. Металлические свойства этих элементов выражены гораздо слабее. Металлы 4, 5, 6 групп примыкающие к диагонали бор-астат являются типичными полупроводниками (то есть их электронная проводимость с повышением температуры увеличивается). Характерная черта этих элементов образование амфотерных гидроксидов. Наиболее многочисленны d-элементы. В периодической системе химических элементов они расположены между s и p-элементами и получили название переходных металлов. У атомов d-элементов происходит достройка d-орбиталей. Каждое семейство состоит из 10 d-элементов. Известны 4d-семейства: 3d, 4d, 5d, 6d. Кроме скандия и цинка, все переходные металлы могут иметь несколько степени окисления. Максимально возможная степень окисления d-металла +8 (Например, у осмия OsO4). С ростом порядкового номера максимальная степень окисления возрастает от III группы до первого элемента VIII группы, а затем убывает. Эти элементы типичные металлы. Элементы разных периодов с аналогичной электронной структурой d-слоев образуют побочные подгруппы периодической системы (например, Cu-Ag-Au; Zn-Cd-Hgи т. д.). Самая характерная особенность d-элементов исключительная способность к комплексообразованию. Металлы с достраивающимися f-слоями образуют 2 группы очень похожих между собой элементов – лантаноидов актиноидов. Каждое семейство f-элементов состоит из 14 элементов. Лантаноиды (4f - элементы) называют редкоземельными элементами из-за малой их распространенности и рассеянности в природе. В химическом отношении они чрезвычайно похожи и могут быть разделены с очень большим трудом. Типичная степень окисления лантаноидов +3. Среди актиноидов (5f-элементы) большинство радиоактивные элементы. В виду энергетической близости 5f, 6d, 7s слоев актиноиды способны проявлять несколько степеней окисления. Небольшое число металлов (Ag, Au, Pt, Hg) встречаются в природе в свободном состоянии. Большинство металлов находятся в природе в форме минералов и руд. Среди наиболее распространенных соединений металла это оксиды, сульфиды, силикаты, карбонаты, сульфаты. В промышленности металлы получают восстановлением соответствующих руд. Железы и сплавы на его основе традиционно называют черными металлом. Медь, цинк, свинец и некоторые другие относятся к цветным металлам. В жидком состоянии (расплаве) металлы полностью сохраняют свои электрические и оптические свойства. В расплаве сохраняется примерно такое же взаимное расположение атомов, как и в твердом состоянии. При нормальных условиях все металлы твердые кристаллические вещества за исключением ртути – тяжелой подвижной жидкости (tплавления = -39 0C). Многие металлы способны реагировать друг с другом. Продукты взаимодействия металлов между собой относят к сплавам. Структура сплавов во многом подобно струкуре чистых металлов. При плавлении и последующей кристаллизации металлы способны образовывать либо химические соединения (интерметалиты), либо твердые растворы. Ртуть с некоторыми металлами образует жидкие сплавы, называемые омальгамами.

2 Физические и химические свойства металлов

Физические свойства металлов. К общим физическим свойствам металлов относятся их высокая электрическая проводимость и теплопроводность, а также пластичность, т. е. способность подвергаться деформации при обычных и при повышенных температурах, не разрушаясь. Пластичность металлов имеет очень большое практическое значение. Благодаря этому свойству металлы поддаются ковке, прокатке, вытягиванию в проволоку, штамповке. Металлам также характерен металлический блеск.

Максимальную электрическую проводимость имеют серебро, медь, золото, алюминий. Плотность металлов находится в периодической зависимости от порядкового номера элемента. К легким (ρ≤5 г/см3) относятся s-металлы и алюминий, скандий и титан, минимальную плотность имеет литий (ρ=5 г/см3), к тяжелым относятся в основном d-металлы 5-7 периодов. Максимальную плотность имеет осмий (ρ=22,6 г/см3).

Температура плавления металлов также находится в периодической зависимости от порядкового номера элемента. К легкоплавким относятся в основном s - и р-металлы, а также d-металлы II группы. К тугоплавким (tпл выше 15000) принадлежат, в основном, d-металлы IV-VIII групп.

Химические свойства металлов. Все металлы в свободном состоянии – восстановители, в соединениях их степени окисления всегда положительны.

Восстановительная активность металла, т. е. его способность отдавать электроны количественно характеризуется величиной энергии ионизации I и стандартным электродным потенциалом φ0: чем меньше I и чем отрицательнее φ0, тем активнее металл.

Большинство ионов металлов, особенно d-элементов, образуют многочисленные координационные соединения.

Основные типы химических реакций, в которые вступают металлы, можно классифицировать следующим образом.

I. Реакции с участием атомов металлов. В этих реакциях металл всегда выступает в роли восстановителя.

1. Реакции с неметаллами: кислородом, галогенами, серой, азотом. В результате реакций образуются оксиды, галогениды, сульфиды, нитриды. Самые активные металлы – s-элементы вступают в реакцию с водородом, образуя гидриды.

2. Реакция с катионами других металлов, например:

Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+

Возможность протекания таких реакций определяется относительным положением металлов в ряду напряжений.

3. Реакция с кислотами. Хлороводородная и разбавленная серная кислоты могут быть окислителями только за счет ионов Н+.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑

С данными кислотами взаимодействуют только металлы, расположенные в ряду напряжений до водорода.

Концентрированная серная кислота является окислителем за счет S6+. В зависимости от активности металла серная кислота восстанавливается до SO2 (Cu, Sn) или до H2S (Zn, Mg).

Азотная кислота может быть окислителем только за счет N5+. В зависимости от концентрации кислоты и активности металла продуктами восстановления могут быть NO2, NO, NH4NO3.

4. Реакция с водой. Взаимодействуют только s-элементы:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑

5. Реакция со щелочами. Металлы, гидроксиды которых обладают амфотерными свойствами (Zn, Sn, Al, Be, Cr) со щелочами образуют гидроксокомплексы:

2Al + 6NaOH + 6H2O = 2Na3[Al(OH)6] + 3H2↑

II. Реакции с участием одноатомных катионов.

1. Взаимодействие с катионами других металлов:

2Fe3+ + Sn2+ = 2Fe2++ Sn4+

Возможность протекания этой окислительно-восстановительной реакции определяется соотношением окислительно-восстановительных потенциалов.