6. Struktura, vlastnosti a chování d prvků

d – prvky (nejdůležitější prvky – železo, měď, zlato, stříbro, rtuť)

charakteristika, výskyt, výroba, použití

6. Строение, свойства и поведение d—элементов
d–элементы (самые важные элементы – железо, медь, золото, серебро, ртуть)

характеристика, распространенность,  производство, использование

К d-элементам относятся 32 элемента периодической системы, в электронных конфигурациях которых заполняется d-подуровень. D-элементы принято называть переходными. Все d-элементы в свободном виде являются металлами, обладающими высокой твердостью, прочностью, высокими температурами плавления и кипения, высокими значениями тепло- и электропроводности. Высокая прочность и твердость кристаллических решеток d-металлов объясняется большой долей ковалентных связей. Многие d-элементы растворяются в минеральных кислотах- не окислителях, в ряду стандартных потенциалов стоят до водорода. Но есть и устойчивые металлы, которые с кислотами не реагируют.

1) Железо – металл средней активности, в своих соединениях проявляет степени окисления +2 и +3, также существует степень окисления +6. Температура плавления 1539°С, очень пластичный, обладает способностью намагничиваться и размагничиваться. Ему можно придать большую твердость и плотность методами термического и механического воздействия. Железо взаимодействует с кислотами, кислородом, с галогенами, с неметаллами. Железо восстанавливает металлы, которые в ряду активности стоят правее него, из растворов солей. В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита и магнетита. Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс. Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства. Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов. В живых организмах железо является важным микроэлементом, катализирующим процессы обмена кислородом (дыхания).

2) Медь - золотисто-розовый пластичный металл, находится в 4-м периоде, в 1 группе, побочной подгруппе, наиболее устойчивые степени окисления +1 и +2. В необычных условиях можно получить соединения со степенью окисления +3 и даже +5. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления и в широком диапазоне температур слабо зависит от нее; является диамагнетиком. Медь является слабым восстановителем, не вступает в реакцию с водой и разбавленной соляной кислотой. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами, «царской водкой», кислородом, галогенами, халькогенами, оксидами неметаллов. Вступает в реакцию при нагревании с галогеноводородами. Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз. Медь широко применяется в электротехнике для изготовления кабелей, проводов или других проводников. Медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов. В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям.

3) Золото - мягкий металл жёлтого цвета, наиболее устойчивая степень окисления золота в соединениях +3, относительно устойчивы также соединения со степенью окисления +1,существуют соединения золота со степенью окисления −1, называемые ауридами. Золото обладает высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением. Очень тяжёлый металл, с высокой плотностью и пластичностью. Температура плавления золота 1064 °C, кипит при 2856. Плотность жидкого золота меньше, чем твёрдого, и составляет 17 г/см³ при температуре плавления. Жидкое золото довольно летуче, и активно испаряется задолго до температуры кипения. При нормальных условиях оно не взаимодействует с большинством кислот и не образует оксидов, поэтому его относят к благородным металлам. Из чистых кислот золото растворяется только в концентрированной селеновой кислоте при 200 °C, кроме того растворяется в хлорной воде и ртути. Сравнительно легко реагирует с кислородом и другими окислителями при участии комплексообразователей. При нагревании может реагировать с хлором.

Для получения золота используются его основные физические и химические свойства: присутствие в природе в самородном состоянии, способность реагировать лишь с немногими веществами. С развитием современных технологий более популярными становятся химические способы – амальгамация, цианирование и регенерация. Имеющееся в настоящее время в мире золото распределено так: около 10 % — в промышленных изделиях, остальное делится приблизительно поровну между централизованными запасами (в основном, в виде стандартных слитков химически чистого золота), собственностью частных лиц в виде слитков и ювелирными изделиями.

4) Серебро - элемент 11 группы, пятого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 47. Ковкий, пластичный благородный металл серебристо-белого цвета с температурой плавления — 962 °. Обладает самой высокой тепло- и электропроводностью среди всех известных металлов. Наиболее устойчивой степенью окисления серебра в соединениях является +1. Более высокие степени окисления (+2, +3) серебро проявляет только в соединении с кислородом и фтором. Не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах. Однако в окислительной среде (в азотной, горячей концентрированной серной кислоте, а также в соляной кислоте в присутствии свободного кислорода) серебро растворяется, растворяется оно также в хлорном железе и в ртути. Не окисляется кислородом даже при высоких температурах, однако может быть окислено кислородной плазмой или озоном в виде тонких пленок. За счет своих свойств, серебро активно применяется в электротехнике, так же серебро используют в качестве ювелирных украшений. Используется как дезинфицирующее вещество, в основном для обеззараживания воды.

5) Ртуть - элемент шестого периода периодической системы химических элементов с атомным номером 80. Переходный металл, при комнатной температуре представляющий собой тяжёлую серебристо-белую жидкость, пары которой чрезвычайно ядовиты. Обладает свойствами диамагнетика, образует со многими металлами жидкие и твёрдые сплавы — амальгамы. Для ртути характерны две степени окисления: +1 и +2. Ртуть — малоактивный металл. Она не растворяется в растворах кислот, не обладающих окислительными свойствами, но растворяется в царской водке и азотной кислоте. При нагревании до 300 °C ртуть вступает в реакцию с кислородом, при этом образуется оксид ртути(II) красного цвета. Реакция разложения оксида ртути исторически является одним из первых способов получения кислорода. Ртуть также реагирует с галогенами (причём на холоде — медленно). Ртуть можно окислить также щелочным раствором перманганата калия и различными хлорсодержащими отбеливателями. Ртуть получают обжигом киновари (сульфида ртути(II)) или металлотермическим методом. Ртуть используется как рабочее тело в ртутных термометрах, Парами ртути заполняют люминесцентные лампы, поскольку пары светятся в тлеющем разряде.