3.4.4. Восстановительные свойства тиосульфата натрия.
Выполнение работы. В две пробирки внести раздельно по 5-6 капель бромной и иодной воды. В обе пробирки добавить по несколько капель раствора тиосульфата натрия до обесцвечивания содержимого пробирок.
Запись данных опыта. Написать уравнения протекающих реакций, учитывая, что бром окисляет тиосульфат до сульфата, при этом в реакции участвует вода. Иод окисляет тиосульфат до тетратионатаNa2S4O6. В какую степень окисления переходит при этом бром и иод? Может ли хлорная вода окислить тиосульфат натрия? Ответ мотивировать.
4. Контрольные вопросы для защиты работы
1. Какие элементы относят к s- ир-семействам? По какому признаку определяют семейство элементов?
2. Как изменяют металлические и неметаллические свойства элементов в периодах и главных подгруппах Периодической системы?
3. Как изменяют кислотные и основные свойства оксидов и гидроксидов s- иp-элементов в периодах и в главных подгруппах?
4. Охарактеризуйте свойства элементов IA-VIIIAгрупп Периодической системы и их основных соединений.
5. Напишите уравнения всех реакций, упомянутых в разделах 1 и 2.
d-элементы
Введение
К d-элементам относят элементы, в электронных конфигурациях которых заполняется d-подуровень. На внешнем электронном ns-слое находится по два электрона (4s-, 5s-, 6s-), а на предвнешнем – от 1 до 10. Но это положение выполняется не всегда. У элементов подгруппы меди электронные конфигурации имеют вид(n-1)d10ns1,а не(n-1)d9ns2. Кроме того, и некоторые другие элементы периодической системы имеют электронные конфигурации, не подчиняющиеся названному правилу (табл.1).
Таблица 1
Электронные конфигурации некоторых d-элементов
|
Элемент |
Электронная конфигурация | |
|
Ожидаемая |
Реальная | |
|
Cr |
3d44s2 |
3d54s1 |
|
Mo |
4d45s2 |
4d55s1 |
|
Ru |
4d65s2 |
4d75s1 |
|
Rh |
4d75s2 |
4d85s1 |
|
Pd |
4d85s2 |
4d105s0 |
|
Pt |
5d86s2 |
5d96s1 |
Причины появления таких структур следующие. Атомы стремятся приобрести наиболее устойчивые структуры наполовину (Cr, Mo) или полностью заполненных орбиталей (Cu, Ag, Au). Но этого еще недостаточно для объяснения структур атомов. У технеция и рутения должны быть электронные конфигурации 4d55s2(Tc) и4d65s2(Ru), а у них конфигурации4d66s1и4d75s1соответственно.
Из электронных конфигураций видно, что ns-электроны заполняют подуровни перед(n-1)d-орбиталями, Но это не значит, чтоns-орбитали устойчивее, чем(n-1)d-орбитали. На самом деле в реакциях сначала отрываютсяns-электроны, а только после них вступают во взаимодействие(n-1)d-электроны. Так, у атома марганца электронная конфигурация3d54s2, а у иона марганца Mn2+–3d54s0.
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 ковалентной связи. Высокие тепло- и электропроводность объясняются наличием слабо связанных внешних s-электронов.
Многие d-элементы растворяются в минеральных кислотах-неокислителях, в ряду стандартных потенциалов (Приложение, табл. П.1) стоят до водорода. Но есть и устойчивые (благородные) металлы, которые с кислотами не реагируют (Pt, Au и др.).
За некоторым исключением все d-элементы проявляют переменную валентность (и степень окисления).
|
Группа |
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
|
Степень окисления |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
2 |
2 |
2 |
2 |
2 | |
|
3 |
|
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 | |
|
|
|
|
4 |
4 |
4 |
4 |
4 | |
|
|
|
|
|
5 |
5 |
5 |
5 | |
|
|
|
|
|
|
6 |
6 |
6 | |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
7 | |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
В этих подгруппах сверху вниз увеличивается устойчивость высших степеней окисления. Электроны (n-1)d-слоя все больше экранируются от ядра внутренними электронными слоями, их связь с ядром ослабевает, d-электроны становятся более подвижными.
По подгруппам d-элементов сверху вниз несколько растут первые и вторые потенциалы ионизации. Но после отрываs-электронов потенциалы ионизации сверху вниз уменьшаются. Вследствие этого для второго и третьего рядовd-элементов высшие степени окисления становятся более устойчивыми. Для3d-элементов по ряду степени окисления растут до марганца, то есть у элементов от Sc до Mn высшие степени окисления равны номеру группы. После марганца элементы не проявляют характеристичные валентности вследствие заполнения 3d-орбиталей спаренными электронами.
Для d-элементов характерны следующие степени окисления: 4-8 – высшие; 3-4 – средние; 2-3 – низшие. В высших степенях окисления связи ковалентные. Элементы по своим свойствам похожи на p-элементы главных подгрупп, оксиды их проявляют кислотные свойства. В средних степенях окисления связи ковалентные. Соединения имеют амфотерный характер, проявляют окислительно-восстановительную двойственность. В низших степенях окисления характер связи преимущественно ионный. Гидроксиды и оксиды проявляют преимущественно основный характер. Для соединений d-элементов в низших степенях окисления характерны восстановительные свойства. Таким образом, по мере повышения степени окисления повышается кислотный характер оксидов и окислительная способность соединений:
По подгруппам d-элементов увеличивается координационное число атомов и становится разнообразнее стереохимия их соединений. ИоныMoO42–,WO42–,TeO42–,ReO4–не проявляют окислительных свойств, в отличие от CrO42–и MnO4–.
Тяжелые d-элементы часто образуют такие соединения, как RuO4, OsO4, WCl6, PtF6, KOsF9, KReH9, которых нет для легких d-элементов. Большинство соединений d-элементов окрашены. Так, соединения V(V) – желтые, V(IV) – синие, V(III) – зеленые, V(II) –фиолетовые. Окраска обусловлена легкой деформируемостью d-орбиталей под действием лигандов. Расщепление d-орбиталей полем лигандов требует различных затрат энергии, зависящей от состояния окисления центрального атома и природы самого лиганда, что и обусловливает различную окраску.