Тема: d-элементы VI группы

Ключевые слова: d-элементы, хром, молибден, вольфрам, переходные элементы, степень окисления, окраска соединений, лантаноидное сжатие, кислотно-основная характеристика, окислительно-восстановительная характеристика, фармацевтический анализ, галиды, метахромиты, пероксосоединения, хромовые кислоты, оксиды, хроматы, дихроматы.

Общая характеристика металлов побочных подгрупп

Все элементы побочных подгрупп ПСЭ относятся к электронному семейству d-элементов и являются металлами.

Находясь только в больших периодах, d-элементы образуют «вставные декады» (по 10 элементов) между s- и p-элементами, поэтому имеют общее название – переходные элементы.

Кроме этих 30 d-элементов, имеющих стабильные изотопы, искусственно синтезированы несколько радиоактивных d-элементов, занимающих свои места в незавершенном VII периоде.

В атомах d-элементов содержится от 1 до 10 электронов на d-подуровне предвнешнего электронного слоя и 2 (или 1 в случае проскока электрона) электрона на s-подуровне внешнего электронного слоя. Общая формула электронной конфигурации валентных подуровней в атомах d-элементов:

(n-1)d^1-10ns²⁽¹⁾ , где n – номер периода

В каждом большом периоде d-элементы располагаются после двух s-элементов, которые являются щелочным и щелочноземельным металлами:

Щел. Ме Щел.-зем. Ме d-металлы

Радиусы атомов уменьшаются

Заряды ядер атомов увеличиваются

С ростом атомного номера радиусы атомов в заметной мере уменьшаются. Это явление называется лантаноидным сжатием.

Поэтому d-металлы являются менее активными, меч щелочные и щелочноземельные металлы.

В отличие от щелочных и щелочноземельных металлов, большинство d-металлов имеют переменную валентность и переменную степень окисления. Это объясняется тем, что валентными в атомах d-элементов являются не только s-электроны внешнего слоя, но и все или некоторые d-электроны предвнешнего слоя.

Для d-металлов III-VII высшая валентность и высшая степень окисления равны номеру группы, т.е. суммарному числу электроном на (n-1)d и ns-подуровнях; например у d-элементов четвертого периода:

№ группы	III	IV	V	VI	VII
Элемент	Sc	Ti	V	Cr	Mn
Эл. конф.	3d14s2	3d24s2	3d34s2	3d54s1	3d54s2
Высшая В	III	IV	V	VI	VII
Высшая с.о.	+3	+4	+5	+6	+7

Для d-металлов VIII группы высшая В и высшая с.о., как правило, меньше суммарного числа электронов на на (n-1)d и ns-подуровнях; например:

№ группы	VIII
Элемент	Fe	Co	Ni
Эл. конф.	3d64s2	3d74s2	3d84s2
Высшая В	VI	III	III
Высшая с.о.	+6	+3	+3

D-металлы II группы, атомы которых имеют завершенную структуру d-подуровня (n-1)d¹⁰, проявляют в своих соединениях постоянную В = II и постоянную с.о. = +2

Наиболее характерными валентностями и степенями окисления для d-металлов I группы являются: Cu - II и +2; Ag - I и +1; Au - III и +3.

Важной особенностью атомов d-металлов является наличие свободных орбиталей на (n-1)d-, ns- и np-подуровнях, что позволяет им образовывать донорно-акцепторные (координационные) связи с различными донорами неподеленных электронных пар (молекулы NH₃, H₂O, ионы OH^-, CN^- и др.)

Вследствие этого d-металлы образуют многочисленные и разнообразные комплексные соединения, например:

[Co(NH₃)₆]Cl₃, K₄[Fe(CN)₆], Na₂[Zn(OH)₄], [Cr(H₂O)₆](NO₃)₃

Яркая окраска комплексных соединений многих d-элементов объясняется расщеплением d-подуровня в поле лигандов.

В свободном состоянии d-металлы (как и вообще все металлы) являются восстановителями. Восстановительная активность различных d-металлов изменяется в широких пределах: среди них есть металлы средней активности, находящиеся в ряду напряжений до водорода (Fe, Cr, Zn, Mn и др.); малоактивные металлы (Cu, Pt, и др.), располагающиеся в ряду напряжений после водорода.

Соединения d-элементов могут выполнять как восстановительные, так и окислительные функции. Соединения с невысокими степенями окисления являются восстановителями, а соединения с высокими степенями окисления – окислителями: например:

Mn⁺²SO₄, Fe⁺²Cl₂, Cr⁺²Cl₂ - восстановители

KMn⁺⁷O₄, K₂Fe⁺⁶O₄, K₂Cr⁺⁶₂O₇ - сильные окислители