11.2. Физические свойства d-металлов

В основном d-металлы являются тугоплавкими с температурой плавления выше 1000°С. Исключение составляют цинк, кадмий, ртуть и серебро. Самым тугоплавким является вольфрам с температурой плавления 3410°С.

Для большинства этих металлов характерны высокая плотность (самая высокая – у осмия), исключения: скандий, иттрий, титан.

11.3. Химические свойства

Многие d-металлы покрыты тонкой оксидной пленкой, поэтому обладают высокой химической и коррозионной стойкостью. Они устойчивы на воздухе и взаимодействуют с кислородом при высоких температурах, когда разрушается защитная пленка. А такие металлы как платина, серебро, золото устойчивы к кислороду даже при нагревании. Исключениием являются элементы III Б группы, которые по своим свойствам приближаются к щелочно-земельным металлам. Так лантан тускнеет, окисляясь на воздухе, и даже может воспламениться от трения.

Многие d-металлы адсорбируют и растворяют водород, особенно сильно платиновые металлы. При этом образуются гидриды (ScH₃, LaH₃, CrH₂, TiH, TiH₂ и др.) или твердые растворы внедрения, обладающие повышенной хрупкостью.

С другими неметаллами d-металлы взаимодействуют при нагревании или в измельченном виде. Металлы семейства железа (Fe, Co, Ni), устойчивые к действию кислорода и воды в компактном виде, измельченные до порошков с диаметром частиц менее 5 микрон обладают пирофорными свойствами, т.е. могут самовоспламеняться на воздухе. Железо сгорает в атмосфере кислорода с образованием окалины Fe₃O₄. При нагревании с серой получаются сульфиды FeS и Fe₂S₃. Галогены окисляют железо до FeГ₃. С азотом, фосфором и углеродом железо взаимодействует при высоких температурах, образуя нестехиометрические нитриды Fe₄N, Fe₂N, ряд фосфидов Fe₂P, Fe₃P, карбид, Fe₃C (цементит).

Элементы d-семейства, за исключением цинка, кадмия и элементов III Б группы, проявляют переменную степень окисления. Устойчивость соединений d-элементов в высшей степени окисления в подгруппах сверху вниз растет, например, в реакциях с сильным окислителем - хлором образуются утойчивые соединения элементов VIБ группы следующих составов:

Cr (Mo,W) + Cl₂ ® CrCl₃ (MoCl₅,WCl₆).

Обычно слабые окислители переводят такие металлы как хром, железо в Cr²⁺, Fe²⁺, а сильные – в Сr³⁺, Fe³⁺. Например, соляной кислотой хром и железо окисляются до низшей степени окисления +2, а хлором – до +3:

Cr + 2HCl = CrCl₂ + H₂,

2Cr + 3Cl₂ = 2CrCl₃.

В реакциях со сложными веществами поведение d-металлов, как правило, соответствует их положению в электрохимическом ряду напряжений. Однако есть и исключения. Например, цинк, титан, цирконий, стоящие в ряду напряжений до водорода, не разлагают воду, а титан, цирконий, молибден и вольфрам не вытесняют водород из кислот-неокислителей.

Ниобий и тантал имеют столь плотную защитную оксидную пленку, что ее не растворяют даже кислоты-окислители, эти металлы медленно растворяются только в плавиковой кислоте или в ее смеси с азотной:

3Ta + 21HF + 5HNO₃ = 3H₂[TaF₇] + 5NO +10H₂O.

Со щелочами взаимодействует цинк, оксид и гидроксид которого обладает амфотерными свойствами, а также все металлы VБ группы (V, Nb, Ta). Они взаимодействуют с концентрированными растворами или расплавами щелочей в присутствии окислителя, соединения этих металлов в устойчивой высшей С.О.(+5) проявляют кислотные свойства:

2Nb + 2NaOH + 2O₂ = 2NaNbO₃ + H₂.

Платиновые металлы растворяются в царской водке (смесь азотной и соляной кислот 3 : 1). Золото также можно растворить в царской водке и в селеновой кислоте H₂SeO₄.

Au + HNO₃ + 3HCl = AuCl₃ + NO + 2 H₂O,

2Au + 6H₂SeO₄ = Au₂(SeO₄)₃ + 3H₂SeO₃ + 3 H₂O.

Все платиновые металлы переходят в растворимое состояние после сплавления со щелочью в присутствии окислителей (KNO₃, H₂O₂). При этом платина образует гидроксокомплекс – Na₂[Pt(OH)₆].