82 82 82Химия металлов подгрупп меди и цинка. Характеристика их

Соединений.

Общими свойствами щелочных металлов и металлов подгруппы меди являются их степень окисления (+I) во многих соединениях, а также отличная электропроводность. Правда, иногда медь и серебро могут именть степень окисления (+II), а золото даже (+III).

Некоторые свойства и характерные реакции рассматриваемых металлов изучим в следующих опытах.

Окисление и восстановление меди

В несветящееся пламя бунзеновской горелки внесем пинцетом кусочек медной проволоки. Медь начнет интенсивно окисляться: сначала на поверхности появятся "цвета побежалости", затем медь окрасится в черный цвет, так как образуется слой оксида меди (II) CuO. При обычной температуре очень быстро возникает слой красного оксида меди (I) Cu2O, который постоянно существует на поверхности.

Если внести окисленную медь в восстановительную зону пламени бунзеновской горелки (верхняя часть конуса), то оксид восстановится водородом, и мы увидим, что чистый металл красного цвета. Летучие соединения меди окрашивают пламя в зеленый цвет. В этом мы убедимся, если погрузим медную проволоку в соляную кислоту и затем внесем ее в несветящуюся часть пламени. В этом случае образуется некоторое количество летучего хлорида меди CuCl2, который и окрашивает пламя.

Тонкая медная проволока плавится в несветящемся пламени бунзеновской горелки при 1084 °С. Чтобы нагреть больший кусок меди до этой температуры, нужно применить стеклодувную горелку.

Любую соль меди можно легко восстановить до металлической меди, если расплавить ее с содой на древесном угле с помощью паяльной трубки. Смешаем очень малое количество безводного сульфата меди с безводной содой в соотношении 1:3 и внесем смесь в углубление на кусочке древесного угля. (Обе соли высушим, прокаливая содержащие воду кристаллы в пробирках из тугоплавкого стекла или в фарфоровых тиглях на пламени бунзеновской горелки). Затем направим на смесь восстановительное пламя паяльной лампы. Через некоторое время охладим смесь и обнаружим в углублении красные крупинки металлической меди.

Обнаружение меди в сплавах

На присутствие меди укажет уже окраска. Если у сплава красный или желтый оттенок, вероятно, в нем имеется медь. Правда, например, сплавы меди с серебром даже при высоком содержании меди имеют серебристый цвет. Старые так называемые "серебряные" монеты содержат от 10 до 75% меди!

Предварительную пробу проведем, капнув на металл азотной кислотой. На присутствие меди укажет появляющаяся чаще всего после высыхания зеленая кромка нитрата меди (похожую реакцию дает никель).

Исследуем полученное соединение с помощью перла буры. Для этого нагреем палочку магнезии в несветящемся пламени и горячей погрузим ее в буру (тетраборат натрия Na2B4O7). Прилипнувшая соль сплавится, в результате получится стекловидный шарик. Этот шарик в горячем состоянии положим на след соединения меди, например, на кромку нитрата, образовавшегося в предыдущем опыте.

После нагревания в окислительном пламени перл буры окрасится в зеленый цвет, который при охлаждении изменится на голубой. Соединение никеля в этом случае окрасит буру в коричневый цвет.

Наконец, растворим немного металла в азотной кислоте. Как при всех аналитических реакциях, будем применять как можно меньшее количество вещества. Вполне достаточно будет кусочка, величиной с булавочную головку.

Зальем в пробирке металл азотной кислотой. Он растворится с образованием ядовитых красно-коричневых паров оксида азота. Поэтому будем проводить опыт обязательно на открытом воздухе или под тягой.

Если раствор окрасится в голубовато-зеленый цвет, то, вероятно, в сплаве присутствует медь. Чтобы убедиться в этом наверняка, разбавим раствор дистиллированной водой и разделим его. К первой порции добавим по каплям гидроксид аммония (нашатырный спирт). Если в сплаве присутствует медь, то сначала выпадет в осадок гидроксид меди Сu(ОН)2, который при добавлении избытка гидроксида аммония растворится, окрасив раствор в темно-синий цвет. При быстром добавлении нашатырного спирта осадок не выпадает, а сразу наблюдается синяя окраска:

Сu2+ + 2NH3*H2O = Cu(OH)2 + 2NH4+

Cu(OH)2+ 4NH3*H2O = [Cu(NH3)4] (OH)2 + 4H2O

В результате этой реакции образуется гидроксид тетрамминмеди(II). Это пример комплексного соединения. Для того чтобы понять его строение, представим себе, что четыре молекулы NН3 располагаются вокруг иона меди и образуют вместе с ним один большой катион, который в свою очередь связан с ионами гидроксида.

Такие комплексы могут быть очень устойчивы. Если в растворе присутствует медь, то она не даст осадка при взаимодействии с NaOH, но при добавлении сероводородной воды выпадет в осадок черно-коричневый сульфид меди.

Ко второй порции растворенной металлической пробы добавим немного раствора желтой кровяной соли - гексацианоферрата(II) калия. (Осторожно! Яд!) Если выпадет красно-коричневый осадок, то наличие меди будет доказано.

Прежде чем проводить все аналитические реакции обнаружения, следует поставить вопрос, достаточно ли они отчетливы.

Например, если в растворе содержится ион никеля, то при добавлении аммиака будет наблюдаться такая же окраска раствора, которая образуется при наличии меди, а в присутствии железа, напротив, обе пробы могут быть неотчетливо выражены. Поэтому для точного определения меди необходим совпадающий результат всех предварительных проб и реакций.

Если же в растворе имеются ионы железа, то иногда металлы следует химически разделить. Укажем также на то, что соли меди ядовиты (как большинство солей тяжелых металлов). Раствор сульфата меди, например, действует как рвотное средство.

Подгруппа цинка – побочная подгруппа II группы

Свойства элементов II группы побочной подгруппы (подгруппы цинка)

Атомный

номер Название Электронная

конфигурация Атомный

радиус,

нм ρ

г/см3 t0пл.

0С t0кип.

ЭО Степени

окисления

30 Цинк Zn [Ar]3d104s2 0,132 7,13 419,4 907 1,6 +2

48 Кадмий Cd [Kr]4d105s2 0,148 8,64 320,9 767 1,7 +2

80 Ртуть Hg [Xe]4f145d106s2 0,15 13,59 -38,8 357 1,9 +1,+2

Физические свойства

-Сходство элементов главной и побочной подгрупп во II группе больше, чем в I группе.

-Значения плотности r и атомного объема повышаются с увеличением атомной массы.

Химические свойства

-Химическая активность уменьшается с увеличением атомной массы (в главной подгруппе –наоборот).

-Хорошие комплексообразователи (в отличие от элементов главной подгруппы).

Цинк и его соединения

Цинк - металл серебристо-белого цвета. В соединениях проявляет только одну степень окисления +2; соединения цинка неокрашены.

Нормальный окислительно-восстановительный потенциал в кислой среде системы Zn2+ / Zn равен -0,76 в, а в щелочной среде системы ZnO22- / Zn равен -1,22 в. Поэтому цинк растворяется в разбавленных кислотах и щелочах

Zn + 2НCl ZnCl2 + H2

Zn + H2SO4(разб) ZnSO4 + H2

Zn + 2NaOH + 2H2O Na2[Zn(OH)4] + H2

Цинк не разлагает воду, т.к. в водном растворе он быстро покрывается защитной пленкой оксида, которая предохраняет его от коррозии.

Цинк - сильный восстановитель и вытесняет менее активные металлы (стоящие справа в ряду напряжений) из растворов их солей

Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu

Оксид цинка проявляет амфотерный характер, растворяясь как в кислотах, так и в растворах щелочей:

ZnO + H2SO4 ZnSO4 + H2O

ZnO + 2NaOH + H2O Na2[Zn(OH)4]

При нагревании комплексный тетрагидроксицинкат-анион дегидратируется:

[Zn(OH)4]2- ZnO22- + 2H2O

Гидроксид цинка также проявляет амфотерные свойства. Он нерастворим в воде, но растворяется в кислотах и щелочах;

Zn(OH)2 + 2HCl ZnCl2 + 2H2O

Zn(OH)2 + 2NaOH Na2[Zn(OH)4]

Ион Zn2+ является энергичным комплексообразователем с координационным числом 4. В отличие от гидроксида алюминия гидроксид цинка растворяется в водном растворе аммиака:

Zn(OH)2 + 2NH3 [Zn(NH3)4](OH)2

83 83 83Состав и свойства органического топлива:……..