Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl

Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

PIERWIASTKIBLOKU

ENERGETYCZNEGO D

Spis treści

Pierwiastki przejścioweBlok d – grupy poboczneCharakterystyka pierwiastków bloku dWłaściwości chemiczne pierwiastków bloku dWybrane pierwiastki bloku d Triada żelazowcówMiedziowce – grupa 11Cynkowce – grupa12

Chrom i jego związki oraz Mangan i jego związki omówione są w osobnych prezentacjach

Pierwiastki przejściowePierwiastki przejściowe

Pierwiastki przejściowe

Pierwiastki zewnątrzprzejściowe

Pierwiastki wewnatrzprzejściowe

Pierwiastki zewnątrzprzejściowe to pierwiastki bloku energetycznego d - pierwiastki grup pobocznych układu okresowego.

Pierwiastki wewnątrzprzejściowe to pierwiastki bloku energetycznego fDo bloku tego należą lantanowce i aktynowce, będące metalami z 3 grupy układu okresowego (6 i 7 okres).

LANTANOWCE

AKTYNOWCE

W obrębie tej samej powłoki najniższa jest energia elektronów obsadzających orbital s, następnie wyższa dla  p (identyczna dla wszystkich trzech px, py i pz), dalej analogicznie dla elektronów na orbitalach d i w końcu f. 

Przyjrzyjmy się pierwiastkom 4 okresu układu okresowego.

Konfiguracja elektronowa argonu- (1s22s22p6 2s22p6) (3 okres)Po wypełnieniu orbitalu 3p (argon) powinno nastąpić zapełnianie orbitalu 3d. Tak się jednak nie dzieje!!Orbital 4s gwarantuje niższą energie niż 3d i to on jest wcześniej zapełniany elektronamiKonfiguracja elektronowa dla powłoki walencyjnej Ca - : 1s2  2s2p6  3s2p6d 0  4s2 ( grupa 2)Co się dzieje od pierwiastka rozpoczynającego 3 grupę układu - Sc? Po zapełnieniu orbitalu s wyższej powłoki (4s) następuje powrót do powłoki niższej i dalej zgodnie z regułą zapełniane są orbitale typu d (5 orbitali 3d, 10 elektronów w 10 kolejnych pierwiastkach od Sc do Zn). Po wypełnieniu orbitali 3d, dalej zgodnie z regułą wypełniane są orbitale p (3 orbitale 4p, 6 elektronów, od Ga do Kr).  Analogicznie dzieje się w obrębie okresu 5 i 6, przy czym w okresie 6, po ulokowaniu na  orbitalu 5d jednego elektronu następuje wypełnienie orbitali 4f. Jest to grupa 14 pierwiastków, rozpoczynająca się lantanem (La: 1s2  2s2p6  3s2p6d10  4s2 p6d10f 0  5s2p6  d1f 0  6s2 ), zwana lantanowcami.

W obrębie tej samej powłoki najniższa jest energia elektronów obsadzających orbital s, następnie wyższa dla  p (identyczna dla wszystkich trzech px, py i pz), dalej analogicznie dla elektronów na orbitalach d i w końcu f. 

Przyjrzyjmy się pierwiastkom 4 okresu układu okresowego.

Konfiguracja elektronowa argonu- (1s22s22p6 2s22p6) (3 okres)Po wypełnieniu orbitalu 3p (argon) powinno nastąpić zapełnianie orbitalu 3d. Tak się jednak nie dzieje!!Orbital 4s gwarantuje niższą energie niż 3d i to on jest wcześniej zapełniany elektronamiKonfiguracja elektronowa dla powłoki walencyjnej Ca - : 1s2  2s2p6  3s2p6d 0  4s2 ( grupa 2)Co się dzieje od pierwiastka rozpoczynającego 3 grupę układu - Sc? Po zapełnieniu orbitalu s wyższej powłoki (4s) następuje powrót do powłoki niższej i dalej zgodnie z regułą zapełniane są orbitale typu d (5 orbitali 3d, 10 elektronów w 10 kolejnych pierwiastkach od Sc do Zn). Po wypełnieniu orbitali 3d, dalej zgodnie z regułą wypełniane są orbitale p (3 orbitale 4p, 6 elektronów, od Ga do Kr).  Analogicznie dzieje się w obrębie okresu 5 i 6, przy czym w okresie 6, po ulokowaniu na  orbitalu 5d jednego elektronu następuje wypełnienie orbitali 4f. Jest to grupa 14 pierwiastków, rozpoczynająca się lantanem (La: 1s2  2s2p6  3s2p6d10  4s2 p6d10f 0  5s2p6  d1f 0  6s2 ), zwana lantanowcami.

Konfiguracje elektronowe

Blok d – grupy poboczneBlok d – grupy poboczne

Pola zaciemnione oznaczają anomalie

Pola zaciemnione oznaczają anomalie

Grupa 3 - skandowce Grupa 4 - tytanowce Grupa 5 - wanadowce Grupa - chromowce Grupa 7 - manganowce Grupa 8 - żelazowce Grupa 9 - kobaltowce Grupa 10 - niklowce Grupa 11 - miedziowce Grupa 12 - cynkowce

Nazewnictwo

Dla grup 8-10 właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków w obrębie grupy różnią się znacznie, natomiast są dość zgodne dla triad w obrębie okresu 1.Fe, Co, Ni - żelazowce; 

1.Ru, Rh, Pd - platynowce lekkie 

1. Os, Ir, Pt - platynowce ciężkie

Charakterystyka pierwiastków bloku d Charakterystyka pierwiastków bloku d

Mała aktywność chemiczna.Metale półszlachetne – srebro; metale szlachetne – złoto, platyna, pallad, iryd.Mała elektroujemność.Tworzenie związków na różnych stopniach utlenienia.niskie stopnie utlenienia – proste kationywyższe stopnie utlenienia – złożone anionyZ wyjątkiem metali szlachetnych, reagują po podgrzaniu z tlenem. Niektóre w temperaturze pokojowej reagują powoli z parą wodną ulegając korozji.Reakcje z kwasami:aktywniejsze od wodoru wypierają go z kwasów dając solemniej aktywne od wodoru reagują tylko z kwasami silnie utleniającymi.Mają tendencje do tworzenia kompleksów Związki niektórych metali są barwne w roztworach wodnych

jon Cu2+ Fe2+ Fe3+ Mn2+ Cr3+ MnO4- CrO4

2- Cr2O72-

barwa niebieska jasno zielone

żółte blado różowe

zielone fioletowe żółte pomarańczowe

Właściwości te wiążą się z absorpcją światła przez elektrony znajdujące się na częściowo zapełnionej podpowłoce d.

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu ZnIII II-IV II-V II-VI II-VII II II II I II

III III III IIY Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag CdIII II-IV III-V II -VI III,IV III,IV II I II

VI-VIII VI IVLa Hf Ta W Re Os Ir Pt Au HgIII IV IV II -VI III-VII III,IV III,IV II I I

VI-VIII VI IV III II

Stopnie utlenienia

Pierwiastek Stopnie utlenienia

Sc IIITi II III IVV II III IV VCr II III IV VIMn II IV VIIFe II IIICo IINi IICu I IIZn IIZr IVMo VIAg ICd IIPt IVHg II

Właściwościkwasowe amfoteryczne i zasadowe

W miarę wzrostu wartościowości charakter połączeń tych pierwiastków zmienia się z zasadowego przez amfoteryczny do kwasowego. Połączenia na wyższym stopniu utlenienia utleniaczami, których reaktywność zależy od charakteru środowiska

Metal Związki z tlenem Związki zaktywnym

niemetalem

Produkt reakcji z kwasem beztlenowym

Produkt reakcji zkwasemutleniającym(HNO3)

Produkt reakcjiz zasadą(NaOH)

Mn MnO2, Mn2O3 MnCl2, MnS MnCl2 Mn(NO3)2 ========

Zn ZnO ZnCl2, ZnS ZnCl2 Zn(NO3)2 Na2[Zn(OH)4]

Cr CrO, Cr2O3, CrO3 CrCl2, CrS CrCl2 Cr(NO3)3 ========

Fe FeO, Fe2O3, Fe3O4

FeCl2, FeS FeCl2 Fe2O3 ========

Cu Cu2O, CuO CuCl2, CuS ======== Cu(NO3)2 ========

Ag ======== AgCl, Ag2S ======== AgNO3 ========

Wybrane pierwiastki bloku d Wybrane pierwiastki bloku d

Tworzą ją pierwiastki 8, 9 i 10 grupy okresu IVSą to żelazo (Fe), kobalt (Co) i nikiel (Ni)

Właściwości fizyczne:Metale, o dobrej kowalności i ciągliwości temperatura topnienia około 1500°C. W temperaturze pokojowej wszystkie są ferromagnetykami (nikiel traci właściwości ferromagnetyczne już w temperaturze 363°C -temperatura Curie).

Właściwości chemiczne:W związkach występują zazwyczaj na +2 i +3 stopniach utlenienia.W szeregu napięciowym metali leżą przed wodorem, wypierają zatem wodór z kwasów.Nie roztwarzają się w stężonym kwasie azotowym(V), ulegając pasywacji (pokrywając się cienką warstewką tlenku, nie dopuszczającą do dalszej reakcji).Tworzą zwiazki o charakterze kompleksów

bardzo reaktywny, reaguje z kwasami na zimno, łączy się też bezpośrednio z większością niemetaliw suchym powietrzu pokrywa się warstwą tlenku (tzw. rdzą) w związkach chemicznych występują głównie na +II, +III stopniu utlenienia oraz +IV, +V i +VI w żelazianach itp. związkach

stopień utlenienia

II III IV V VI

przykład związku

FeO Fe2O3 FeO32 - FeO3

- FeO42 -

charakter chemiczny

amfoterycznykwasowy

istnieją tylko w postaci zhydrolizowanych soli

własności utleniając

e

rosną

Żelazo i jego właściwościŻelazo występuje w czterech odmianach alotropowych: Jedynie żelazo posiada własności ferromagnetyczne. Przemiana alotropowa żelaza w żelazo zachodzi w temperaturze 768°C Przemiana alotropowa żelaza w żelazo zachodzi w temperaturze 910°C, a w w temperaturze powyżej 1410°C.

Fe(OH)2 – jasno zielony łatwo utlenia się w powietrzu do Fe(OH)3 – brązowy4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4 Fe(OH)3

szlaka

wdmuchpowietrza

surówka

wsad (ruda, kamieñ wapienny, koks)

500 Kgaz piecowy

1000 K

1800 K

2300 K

3Fe2O3+CO=2Fe3O4=CO2

CaCO3=CaO+CO2

Fe3O4+CO=3FeO+CO2

2C+O2=2COFeO+CO=Fe+CO2

1500 KTopnienie surowkiTworzenie szlaki

Schemat wielkiego pieca

Należą do niej miedź (Cu), srebro (Ag), złoto (Au)Konfiguracja elektronowa powłok walencyjnych (n-1)d10 ns1 sugeruje, że występować powinny jako pierwiastki jednowartościowe. W rzeczywistości często dochodzi do zaangażowania elektronów orbitali d i powstawania związków także dwu- i trójwartościowych. Srebro tworzy głównie związki jednowartościowe, miedź dwuwartościowe a złoto najczęściej występuje jako trójwartościowe.

SrebroNie utlenia się na powietrzu i dlatego występuje w skorupie ziemskiej w stanie rodzimym.W związkach występuje na +1 stopniu utlenienia.Jego powierzchnia czernieje gdyż reaguje z siarkowodorem zawartym w powietrzu: 4 Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S +2H2OReaguje z siarką, fluorowcami.Nie wypiera wodoru z kwasów, reaguje jedynie z gorącym kwasem azotowym i siarkowym, redukując je do odpowiednich tlenków (podobnie jak miedź).Ag +  4HNO3  →  3AgNO3 +  NO  +  2H2OAmoniakalny roztwór tlenku srebra Ag2O (Ag(NH3)2OH ) jest używany do reakcji wytwarzania lustra srebrowego (reakcja charakterystyczna dla aldehydów). Halogenki srebra są światłoczułe (w fotografii stosowany jest głównie bromek srebra) i na świetle ciemnieją. 

MiedźW związkach chemicznych występuje na II, rzadziej na I stopniu utlenienia.Tworzy też związki kompleksowe ( stopień utlenienia III albo IV)W wilgotnym powietrzu atmosferycznym miedź pokrywa się zieloną patyną (zasadowy węglan miedzi(II) – Cu2(OH)2CO3). Pod wpływem działania tlenu suchego powietrza pokrywa się powierzchniowo tlenkiem Cu2O, nadającym jej charakterystyczne czerwonawe zabarwienie. Oba te procesy chronią miedź przed dalszym wpływem czynników atmosferycznych.Nie wypiera wodoru z kwasów – w szeregu elektrochemicznym znajduje się za wodorem ( potencjał dodatni)Wchodzi w reakcję z kwasami utleniającymi (HNO3, st. H2SO4)

O2H2NO)Cu(NO(st.)4HNO Cu

O2H + SO + CuSO (st.)SO2H + Cu

O4H2NO)3Cu(NO(roz)8HNO3Cu

22233

22442

2233

Związki miedzi na I stopniu utlenienia są nietrwałe i ulegają w roztworach wodnych dysproporcjonowaniu, dając oprócz miedzi niebieskie jony Cu2+

2Cu+ ↔ Cu2+ + Cu0

Łączy się bezpośrednio z chlorem i siarką

Złoto

Odporne na działanie większości czynników chemicznych. Rozpuszcza go (roztwarza) dopiero tzw. woda królewska (mieszanina kwasu solnego i azotowego) przeprowadzając w kwas chlorozłotowy HAuCl4. Złoto jest roztwarzane także w zasadowych roztworach cyjanków (w obecności utleniaczy, np. tlenu) tworząc kompleksy cyjanozłocianowe:4 Au + 8 KCN + O2 + 2 H2O → 4 K[Au(CN)2] + 4 KOHZe względu na swą niska odporność mechaniczna jest stosowane w postaci stopów, głownie z miedzią. Zawartość złota w jego stopach określa się często w karatach, czyli ilości części wagowych złota w 24 częściach wagowych stopu.

Cynkowce: Zn (cynk), Cd (kadm), Hg (rtęć) leżą w 12 grupie układu okresowego. Konfigurację elektronów walencyjnych można przedstawić następująco: (n – 1)d10ns2

Ze względu na obecność wypełnionej podpowłoki d, co jest układem bardzo stabilnym, w pierwiastkach tej grupy elektronami walencyjnymi są praktycznie tylko dwa elektrony podpowłoki s.Pierwiastki te występują w związkach na +2 stopniu utlenienia.Cynk i kadm maja potencjały normalne ujemne, rtęć ma potencjał normalny dodatni (+0,8V).Wszystkie cynkowce tworzą kompleksy z udziałem nieobsadzonych orbitali p ostatniej powłoki. Kompleksów nie tworzy jedynie rtęć jednowartościowa.

RtęćJest pierwiastkiem dość odpornym chemicznie.Występuje na +1 i +2 stopniu utlenienia.Reaguje z siarką oraz chlorowcami.Nie reaguje z kwasami beztlenowymi (dodatni potencjał normalny). Rozpuszcza się w kwasie azotowym(V), stężonym siarkowym(VI) i wodzie królewskiej. Np..rozcieńczony kwas azotowy z nadmiarem rtęci daje azotan rtęci(I): 6Hg + 8HNO3 → 2Hg2(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Cynk

Należy do bardzo reaktywnych metali.W swych związkach jest zawsze dwuwartościowy.Na powietrzu ulega pasywacji, pokrywając się cienką warstewką zasadowego węglanu. Spala się w powietrzu niebieskozielonym płomieniem dając biały tlenek ZnO.Z kwasów wypiera wodór przechodząc w odpowiednią sól.Rozpuszcza się w roztworach ługu tworząc cynkany (pochodne kwasu cynkowego): Zn + 2NaOH + 2H2O ——>  H2  +  Na2[Zn(OH)4]   (lub w formie nieuwodnionej Na2ZnO2)

Cynk jest używany do powlekania blach, rur i drutów żelaznych w celu ochrony przeciwkorozyjnej. Będąc metalem aktywniejszym od żelaza, w przypadku uszkodzenia powłoki zabezpieczającej pełni w powstałym mikroogniwie role anody i utlenia się pierwszy, chroniąc żelazo przed korozją.

Bibliografia

Chemia ogólna i nieorganiczna - M. LitwinRepetytorium z chemii -M. KlimaszewskaWłaściwości chemiczne metali - dr inż. Krystyna Moskwa

www.mlyniec.gda.plhttp://wikipedia.pl//