Тема: d-элементы VII группы
Ключевые слова: d-элементы, марганец, технеций, рений, электронные аналоги, оксиды, манганаты, перманганаты, марганцовая и марганцовистая кислоты, амфотерный оксид, фармацевтический анализ, бактерицидное средство, термическое разложение, окислительно-восстановительная двойственность, кристаллические формы марганца.
Общая характеристика VII b-группы
В VII B-группу входят Mn, Tc (технеций) и Re (рений) – полные d-электронные аналоги с конфигурацией валентных электронов (n-1)d5ns2. Вследствие лантаноидного сжатия величины атомных и ионных радиусов Tc и Re очень близки, поэтому и свойства их более сходны между собой, чем с марганцем.
Все указанные элементы образуют химические связи за счет орбиталей как внешнего, так и предвнешнего электронных уровней.
Для марганца характерны степени окисления +2, +4 и +7; существуют также соединения со степенями окисления марганца 0, +3, +5, и +6. Для технеция и рения устойчивы соединения со степенью окисления +7.
Координационные числа:
Mn – 4, 6;
Tc, Re – 4, 6, 7, 8, 9.
С ростом степени окисления способность к образованию анионных комплексов у марганца и его аналогов возрастает, а к образованию катионных – падает.
Существование Тс было предсказано Д.И. Менделеевым в 1871 году. Технеций – первый элемент, полученный искусственным путем. В земной коре обнаружен в ничтожно малых (следовых) количествах. Тс коррозионно стоек и устойчив против действия нейтронов, поэтому может использоваться как конструкционный материал для атомных реакторов.
Re относится к рассеянным элементам, входит в виде примесей в состав танталовых, ниобиевых, молибденовых и других руд. Используется как катализатор в оргсинтезе, для получения жаростойких сплавов и коррозионно-устойчивых покрытий. Все три металла относятся к тяжелым и тугоплавким.
Химическая активность простых веществ в ряду Mn – Tc – Re понижается.
В ряду стандартных электродных потенциалов Mn располагается до водорода, Tc и Re – после него.
Марганец.
Марганец – металл серебристо-белого цвета, довольно хрупкий, окисляется на воздухе с образованием защитной пленки. У марганца устойчивы крайние степени окисления +2 и +7. В низких степенях окисления проявляет основные свойства, в промежуточных – амфотерные, в высоких – кислотные.
Степени окисления марганца.
0 |
+2 |
+3 |
+4 |
+6 |
+7 |
Mn0 |
MnO |
Mn2O3 |
MnO2 |
MnO3 |
Mn2O7 |
Основной оксид |
Амфотерные свойства с приобретением |
кислотные свойства |
|||
основных св-в |
кислотных св-в |
||||
Mn(OH)2 основание |
Mn(OH)3 ↔ HMnO2 |
Mn(OH)4 ↔ H2MnO3 |
H2MnO4 марганцовистая |
HMnO4 марганцовая |
|
Химические свойства
На воздухе марганец пассивируется, но в мелкораздробленном состоянии может быть окисленен. При обычных условиях реагирует с разбавленными соляной и азотной кислотами, а также с галогенами, при нагревании – с серой, азотом, фосфором, углеродом, кремнием и концентрированной серной кислотой:
Mn + Cl2 = MnCl2
Mn + S = MnS (t)
2Mn + N2 = Mn3N2 (t)
Mn + H2SO4 (p) = MnSO4 + H2↑
Mn + 2HCl = MnCl2 + H2↑
Mn + 2H2SO4 (к) = MnSO4 + SO2 + 2H2O (t)
Степень окисления 0 у марганца проявляется в карбониле – соединении с СО:
Mn2(CO)10 – желтого цвета, твердое.
Соединения марганца (II)
Оксид марганца (II)
Оксид марганца (II) - MnO – нерастворимое в воде вещество зеленого цвета.
Получение
Может быть получен восстановлением водородом других оксидов марганца, а также разложением гидроксида марганца (II) при нагревании:
Mn(OH)2 → MnO + H2O (t)
Химические свойства
Оксид марганца (II) принадлежит к основным оксидам, обладает всеми их свойствами. Ему соответствует нестойкий гидроксид Mn(OH)2.
Гидроксид марганца (II)
Гидроксид марганца (II) - Mn(OH)2 – нерастворимое в воде вещество светло-розового цвета.
Получение
Основной способ получения – щелочная обработка солей марганца (II):
MnSO4 + 2NaOH → Mn(OH)2↓ + Na2SO4
Химические свойства
На воздухе окисляется до гидроксида марганца (IV):
2Mn(OH)2↓ + O2 + 2H2O → 2Mn(OH)4↓
Проявляет все свойства нерастворимых в воде оснований.
Соли марганца (II)
Все соли марганца (II) в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в растворах, являются восстановителями:
3Mn(NO3)2 + 2KMnO4 + 2H2O → 5MnO2 + 4HNO3 + 2KNO3
Соли марганца (II) не гидролизуются, образуя прочные аквакомплексы:
Mn2+ + 6H2O → [Mn(H2O)6]2+
MnCl2 + 6H2O → [Mn(H2O)6]Cl2
Соли марганца (II) образуют комплексы.
Mn(CN)2 – нерастворимое соединение белого цвета, за счет комплексообразования растворяется в присутствии KCN:
4KCN + Mn(CN)2 = K4[Mn(CN)6] гексоцианоманганат калия
Аналогично:
4KF + MnF2 = K4[MnF6]
2KCl + MnCl2 = K2[MnCl4]