Химия металлов IB группы

Химия переходных металлов

общие закономерности

Валентные электроны –s- и d- (кроме IIB и Pd).Это металлы, следовательно в соединениях - металлическая связь. Обладают высокой прочностью, твердостью, тепло- и электропроводностью, высокие температуры кипения и плавления, малые значения энергии ионизации. Биологически активны. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства зависят от степени окисления атома.

изменеия свойств в периодах и группах

Характеризуются значительным горизонтальным сходством. В подгруппах первый элемент значительно отличается от остальных, второй и третий – очень похожи по свойствам.

®

Ослабление сходства с элементами главных подгрупп.

В периоде слева направо – рост энергии связи в простых веществах, уменьшение восстановительной активности (кроме IIB), увеличение устойчивости соединений высших степеней окисления.

В группе – те же характеристики аналогично изменяются в направлении сверху вниз, в отличие от элементов главных подгрупп (кроме IIIB).

Несоблюдение общих закономерностей

1. Для подгруппы цинка (IIB) – граничит с р-элементами и похожа на них по свойствам.

2. Для подгруппы скандия (IIIB) – граничит с s-элементами и похожа на них по свойствам.

Зависимость свойств соединений степени окисления

d-элементов

Химия металлов IB группы

К этой группе относятся: медь, серебро, золото. Электронное строение: Cu: 3d¹⁰, 4s¹; Ag: …4d¹⁰, 5s¹; Au: 5d¹⁰, 6s¹. Возможные степени окисления: для Cu: +1, +2, +3; для Ag: +1, +2, +3; для Au: +1, +3

8.1.1. Способы получения

Медь – 1) из ее природных сернистых руд, пирометаллургический:

2FeCuS₂+5O₂+2SiO₂ 2Cu+2FeSiO₃+4SO₂ – получают черновую медь, высокочистую медь: 1)гидрометаллургический:

Cu₂S+2Fe₂(SO₄)₃®4FeSO₄+2CuSO₄+S

CuSO₄+Fe=Cu+FeSO₄ или электролизом.

Серебро – комплексная переработка полиметаллических руд.

Золото – из золотоносных пород 1) цианидный метод: Au+8NaCN+O₂+2H₂O=4Na[Au(CN)₂]+4NaOH

2Na[Au(CN)₂]+Zn=Na₂[Zn(CN)₄]+2Au

2) промывка водой или растворение золота в ртути с последующей разгонкой амальгамы.

8.1.2. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Химическая активность невелика и в ряду Cu-Au уменьшается. Взаимодействуют с галогенами: Cu+CI₂(Br, F)=CuCI₂; 2Cu+I₂=2CuI

2Ag+CI₂(Br, I)=2AgCI; Ag+F₂=AgF₂

С кислородом только медь: 2Cu+O₂ 2CuO (t=500^oC); 4Cu+O₂ 2Cu₂O (t>800^oC)

С серой:

С азотом, углеродом, водородом – не реагируют. С металлами образуют сплавы. С фосфором: 3Cu+P=Cu₃P; Ag+2P=AgP₂, AgP₃; 2Au+3P=Au₂P₃.

Из растворов разбавленных кислот водород они не вытесняют. С конц. HCI взаимодействует только медь:

2Сu+4HCI 2H[CuCI₂] + H₂

Медь и серебро легко растворяются в кислотах-окислителях: 3Cu+8HNO_3(разб) 3Cu(NO₃)₂+2NO+4H₂O

Ag+ 2HNO_3(конц) 3AgNO₃+NO₂+H₂O

Cu+2H₂SO_4(конц) 3CuSO₄+SO₂+2H₂O

2Ag +2H₂SO_4(конц) Ag₂SO₄+SO₂+2H₂O

Для золота лучшими растворителями являются насыщенный хлором раствор HCI и царская водка (3HCI+HNO₃):

Au+4HCI+HNO₃=H[AuCI₄]+NO+2H₂O

Au+3CI₂+4HCI=2H[AuCI₄]

По отношению к воде и щелочам в отсутствие окислителей устойчивы. Для металлов характерно образование комплексных соединений:

2Cu+4NaCN+2H₂O=2Na[Cu(CN)₂]+2NaOH+H₂

Au и Ag взаимодействуют в присутствии кислорода (см. получение).

8.1.3. СОЕДИНЕНИЯ элементов

Устойчивость бинарных соединений в ряду Cu-Au растет.

С водородом (гидриды): известен только гидрид меди CuH. Получают действием алюмогидрида лития на CuI в эфироном растворе: 4CuJ+LiAIH₄=4CuH+LiJ+AIJ₃. Он нестоек, разлагается при нагревании, действии света, легко окисляется на воздухе:

2CuH 2Cu+H₂; 2CuH+3O₂=4CuO+2H₂O

С галогенами (галогениды): при обычных условиях – твердые вещества, плохо растворимы в воде (кроме AgF, CuF₂, AuF₃, AuI₃).

Большинство галогенидов склонны к комплексообразованию с галогенводородными кислотами, галогенидами щелочных металлов и аммиаком:CuГ+НГ Н[СuГ₂] (г=F,CI,Br,J)

CuCI+2NH₃=[Cu(NH₃)₂]CI

CuГ+2NaГ_(конц.)=Na₂[СuГ₄]

CuCI₂+4NH₃=[Cu(NH₃)₄]CI₂

AgГ+2Na₂S₂O₃=Na₃[Ag(S₂O₃)₂]+NaГ

AuCI+2NH₃=[Au(NH₃)₂]CI

AuCI₃+HCI=H[AuCI₄]; AuCI₃+H₂O=H[AuOHCI₃] (гидроксотрихлорозолотая кислота).

С кислородом (оксиды): твердые окрашенные вещества, практически нерастворимые в воде. Получение: CuO: 1) термическое разложение: (CuOH)₂CO₃ 2CuO+CO₂+H₂O

2Cu(NO₃)₂ 2CuO+2NO₂+3O₂

Cu(OH)₂ CuO+H₂O

2) прокаливание на воздухе: 2Cu+O₂ 2CuO (t=500^оС)

Ag₂O: 2AgNO₃+2NaOH=Ag₂O+2NaNO₃+H₂O

Au₂O₃: 2Au(OH)₃ Au₂O₃+3H₂O

Ag₂O –основной оксид, оксиды меди и золота проявляют амфотерные (у Cu₂O и CuO – сильнее выражен основной характер).

Известны только гидроксиды Cu (I, II) и Au (III). AgOH существует только в разбавленном растворе. При обычных условиях – это твердые окрашенные вещества, практически нерастворимые в воде, термически нестойки. Cu(OH)₂ и Au(OH)₃ получают при взаимодействии их солей со щелочами. Гидроксиды меди и золота проявляют амфотерный характер, AgOH – сильное основание. При взаимодействии со щелочами образуются анионные комплексы: гидроксокупраты (I, II) и гидроксоаураты; при растворении в кислотах Cu(OH)₂ может образовывать как катионные, так и анионные комплексы, Au(OH)₃ – только анионные: CuOH+HCI=CuCI+H₂O

Cu(OH)₂ +2HCI(конц.)=CuCI₂+2H₂O

Cu(OH)₂ +4HCI(конц, изб.)=H₂[CuCI₄]+2H₂O

Cu(OH)₂+2HCI(разб.)+4H₂O=[Cu(OH)₆]CI₂

CuOH+NaOH(конц.)=Na[Cu(OH)₂]

Cu(OH)₂+2NaOH(конц.) Na₂[Cu(OH)₄]

Au(OH)₃ +NaOH Na[Au(OH)₄]

Au(OH)₃ +4HNO₃=H[Au(NO₃)₄] +3H₂O

Гидроксиды меди растворяются в водном растворе аммиака: Cu(OH)₂+4NH3®[Cu(NH₃)₄](OH)₂

Применение: Серебро и золото – в радиоэлектронике и электротехнике, на изготовление украшений, в качестве катализаторов а различных органических синтезах. Серебро – в реактивной и космической технике, в производстве зеркал оптических приборов. Медь – для изготовления электропроводов, т.к. высокая электропроводность и прочность. Широкое применение находят сплавы меди (латунь (с цинком), бронза (с оловом), медноникелевые). Ряд соединений меди применяется в сельском хозяйстве, бромид серебра – на изготовление фотобумаги и фотопленки.