- •О.Б.Чалова, а.М. Сыркнн Химические свойства металлов
- •Рецензенты
- •Введение
- •1. Деление элементов на металлы и неметаллы.
- •1.1. Периодические свойства атомов и ионов
- •1.2. Деление элементов на металлы и неметаллы.
- •1.3. Классификация простых веществ по составу
- •Неметалл
- •2. Металлическая химическая связь. Металлические структуры
- •2.1. Упрощенная модель металлической химической связи
- •2.2. Резонанс ковалентных связей в металлах.
- •2.3. Зонная теория проводимости. Зонные структуры в металлах
- •2.4. Металлические структуры
- •2.5. Поликристаллическая структура металлов
- •2.6. Сплавы и интерметаллические соединения металлов
- •2.6.2. Интерметаллические соединения.
- •3. Физические свойства металлов
- •3.2. Поляризуемость.
- •3.3. Температура плавления, температура кипения металлов.
- •3.4. Электропроводность.
- •3.5. Теплопроводность.
- •3.6. Магнитные свойства.
- •3.7. Механические свойства.
- •3.8. Сверхпроводимость.
- •3.9. Контактные потенциалы
- •3.10. Работа выхода электрона.
- •4. Химические свойства металлов
- •4.1. Общие тенденции изменения химической активности металлов.
- •4.2. Взаимодействие металлов с неметаллами
- •4.2.1. Общие тенденции изменения окислительной способности неметаллов
- •4.2.2. Взаимодействие металлов с галогенами
- •4.2.3. Взаимодействие металлов с кислородом
- •4.2.4. Взаимодействие металлов с халькогенами
- •4.2.5. Взаимодействие металлов с азотом и фосфором
- •4.2.6. Взаимодействие металлов с углеродом, кремнием, водородом
- •5. Взаимодействие металлов с водными растворами окислителей
- •5.1. Ряд стандартных окислительно-восстановительных потенциалов металлов
- •5.2. Взаимодействие металлов с водой
- •5.3. Взаимодействие металлов с водными растворами щелочей
- •5.4. Взаимодействие металлов с растворами кислот, окисляющими
- •5.5. Взаимодействие металлов с концентрированной серной кислотой
- •5.6. Взаимодействие металлов с азотной кислотой
- •5.7. Взаимодействие металлов с «царской водкой» и другими смесями
- •5.8. Взаимодействие металлов с растворами солей
- •5.8.1. Окисление катионом неактивного металла в растворах солей.
- •5.8.2. Окисление металлов в растворах солей, подвергающихся гидролизу по катиону
- •5.8.3. Окисление металлов в растворах солей, подвергающихся гидролизу по аниону
- •5.8.4. Окисление металла растворенным кислородом.
- •5.8.5. Окисление металла в растворах, содержащих анионы – лиганды.
- •5.8.6. Взаимодействие металлов с растворами аммиака
- •6. Экспериментальная часть
- •6.1. Общие рекомендации для подготовки к лабораторным занятиям
- •Лабораторная работа №_____ Тема:________________________________________________
- •6.2. Основные правила безопасной работы в химической лаборатории
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Учебное издание
- •Химические свойства металлов Редактор л.А.Маркешина
- •Тираж 600 экз. Заказ .
- •450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1
5.7. Взаимодействие металлов с «царской водкой» и другими смесями
Окислительная способность азотной кислоты усиливается добавлением к ней фтороводородной или хлороводородной кислоты. В последнем случае образующаяся смесь называется «царской водкой» (ранее кислоты называли водками). Эти смеси растворяют самые малоактивные металлы, чему способствует образование промежуточных реакционноспособных частиц и в качестве продуктов — комплексных соединений. При действии «царской водки» растворяются золото и платина, однако Ru, Os, Rh, Ir с ней не взаимодействуют.
«Царская водка» это смесь одного объема концентрированного раствора азотной кислоты (68% - масс.) и трех объемов концентрированного раствора соляной кислоты (38% - масс.) «Царская водка» действует на металлы гораздо активнее, чем каждая из кислот в отдельности, и окисляет даже благородные металлы. Это связано с двумя факторами.
Во-первых, в смеси соляной и азотной кислоты образуются более сильные окислители - атомарный хлор, нитрозилхлорид - по реакции:
HNO3 + 3HCl → 2Cl + NOCl + 2H2O
атомарный нитрозилхлорид
хлор
Во-вторых, хлорид- анион связывает катионы металла в комплекс, тем самым, снижая концентрацию «свободных» катионов металла в растворе, и значение соответствующего окислительно-восстановительного потенциала уменьшается. Следовательно, восстановительные свойства металла в присутствии хлорид - аниона усиливаются. Например, для электрохимической системы:
Au - 3e → Au3+
Зависимость окислительно-восстановительного потенциала от концентрации ионов Au3+ описывается уравнением Нернста:
φAu3+/Au = φoAu3+/Au + (0,059/3)lg[Au3+]
В присутствии хлорид - ионов образуется устойчивый комплекс тетрахлороаурат(III):
Au3+ 4Cl- → [AuCl4]-
тетрахлороаурат(III):
Значение окислительно-восстановительного потенциала уменьшается:
φoAu3+/Au = + 1,498В > φo[AuCl4]-/Au = 1,0В
Поэтому становится возможным окисление золота смесью соляной и азотной кислот – «царской водкой»:
Au + 4HCl + HNO3 → H[AuCl4]- + NO + 2H2O
В смесях кислот, одна из которых является окислителем, а другая – источником лигандов: (HNO3 + HCl) или (HNO3 + HF) растворяются металлы IVБ – подгруппы (Ti, Zr, Hf), устойчивые в концентрированных растворах азотной и серной кислот. Взаимодействие идет с образованием комплексных соединений:
3Zr + 4HNO3 + 18HF → 3H2[ZrF6] + 4NO + 8H2O
Универсальным реагентом, растворяющим все три металла VБ – подгруппы (V, Nb, Ta), является смесь азотной и плавиковой кислот:
3Nb + 5HNO3 + 21HF → 3H2[NbF7] + 5NO + 10H2O
Смесь азотной и плавиковой кислот при нагревании окисляет вольфрам c образованием смеси гексафторида вольфрама (WF6) и окситетрафторида вольфрама (WOF4).