Неорганическая химия. неорганическая химия (часть 2) химики спец._. Лекция Элементы главной подгруппы vii группы. Галогены. Общая характеристика
 Скачать 289.6 Kb.
|
|
Никель Подобно кобальту, никель встречается в природе преимущественно в виде соединений с мышьяком или серой, например, минералы купферникель NiAs, мышьяковоникелевый блеск NiAsS и др.Никель более распространен, чем кобальт (около 0,01 % (масс.) земной коры). Кобальт и никель часто сопутствуют друг другу в природе. Металлический никель имеет серебристый цвет с желтоватым оттенком, очень тверд, хорошо полируется, притягивается магнитом. Он характеризуется высокой коррозионной стойкостью – устойчив в атмосфере, в воде, в щелочах и ряде кислот. Активно растворяется никель в азотной кислоте. Химическая стойкость никеля обусловлена его склонностью к пассивированию – образованию на поверхности оксидных пленок, обладающих сильным защитным действием. Главная масса никеля идет на производство различных сплавов с железом, медью, цинком и другими металлами. Присадка никеля к стали повышает ее вязкость и стойкость против коррозии. В сравнительно небольших количествах никель расходуется для покрытия им других металлов. Мелко раздробленный никель применяется в качестве катализатора при многих химических процессах. Из чистого никеля изготовляют лабораторную посуду. Соединения никеля очень сходны с соединениями кобальта. Подобно кобальту, никель образует оксид никеля (II) NiO и оксид никеля Ni2O3 и соответствующие им основания; однако известен только один ряд солей никеля, в которых он находится в степени окисления +2. Гидроксид никеля (II) Ni(OH)2 выпадает в виде светло-зеленого осадка при действии щелочей на растворы солей никеля. При нагревании он теряет воду и переходит в серо-зеленый оксид никеля NiO. В отличие от гидроксидов железа (II) и кобальта (II), гидроксид никеля (II) кислородом воздуха не окисляется. В этом проявляется более высокая устойчивость к окислению соединений никеля (II) по сравнению с аналогичными соединениями железа и кобальта. Соли никеля большей частью имеют зеленый цвет. Из них наиболее применим сульфат никеля NiSO4·7H2O, образующий красивые изумрудно-зеленые кристаллы. Гидроксид никеля (III) Ni(OH)3 имеет черно-бурый цвет и образуется при действии щелочей на соли никеля в присутствии сильных окислителей. По свойствам он подобен гидроксиду кобальта (III), но обладает еще более выраженными окислительными свойствами. Никель (II) образует много комплексных солей. С оксидом углерода никель дает летучий тетракарбонил никеля Ni(CO)4, разлагающийся при нагревании с выделением никеля. (Карбонилы – комплексные соединения, в которых лигандами являются молекулы оксида углерода (II). На образовании и термическом разложении тетракарбонила никеля основан один из методов извлечения никеля из руд, а также способ получения высокочистого никеля. Из соединений никеля важнейшее практическое значение имеет оксид никеля (III), применяемый при изготовлении щелочных кадмиево-никелевых или железо-никелевых аккумуляторов. Платиновые металлы Общая характеристика платиновых металлов. Под общим названием платиновых металлов объединяются элементы второй и третьей триад восьмой группы периодической системы: рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платина. Эти элементы образуют группу довольно редких металлов, по своим свойствам сходных друг с другом, так что разделение их представляют значительные трудности. В природе платиновые металлы встречаются почти исключительно в самородном состоянии, обычно все вместе, но никогда не встречаются в железных рудах. Будучи сильно распылены по различным горным породам, платиновые металлы стали известны человечеству сравнительно недавно. Раньше других, в 1750 г,, было установлено существование платины. Затем были открыты палладий, родий, осмий и иридий. Последний платиновый металл – рутений – был открыт в 1844 г. К.К.Клаусом, назвавшим его в честь нашей страны (Ruthenia-Россия), располагающей большими запасами платиновых металлов. Все платиновые металлы могут быть переведены в растворимое состояние через их соли, получаемые сплавлением металлов с щелочами в присутствии окислителей: Os + 3KNO3 + 2KOH = K2OsO4 + 3KNO2 + H2O осмат (VI) калия Некоторые свойства платиновых металлов приведены в таблице 1 (ниже). Рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платина – металлы(платиновые металлы) серебристо-белого или серебристо-серого цвета. Они тугоплавки, имеют высокую плотность. Осмий – самый тяжелый из всех металлов (плотность 22,5 г/см3). Платиновые металлы, особенно палладий, хорошо поглощают водород. Один объем палладия может поглотить до 900 объемов водорода. Вместе с золотом и серебром металлы семейства платины относятся к благородным металлам, так как в химических реакциях малоактивны. Несмотря на малую доступность и дороговизну, эти металлы, наряду с платиной, имеют разностороннее, год от года возрастающее техническое применение. Платиновые металлы малоактивны и весьма стойки к химическим воздействиям. Вступают в реакции с активными неметаллами (кислородом, галогенами) лишь при сильном нагревании. Например, платина реагирует с кислородом и хлором при температурах 5000С: 2Pt + O2 = 2PtO ; Pt + CI2 = PtCI2 Металлы семейства платины устойчивы к действию кислот и щелочей. Рутений, родий и иридий не реагируют с кислотами и «царской водкой», даже при нагревании, платина растворяется в «царской водке», а палладий и осмий – в концентрированных азотной и серных кислотах при нагревании, например: Os + 8HNO3 = OsO4 + 8NO2 + 4H2O Rd + 2H2SO4 = RdSO4 + SO2 + 4H2O Таблица 1 Некоторые свойства платиновых металлов
Оксид осмия (VIII), или тетраоксид осмия OsO4 – наиболее стойкий из оксидов этого элемента. Он медленно образуется уже при хранении осмия на воздухе и представляет собой легкоплавкие (темп. плавл. 410С) кристаллы бледно-желтого цвета. Пары OsO4 обладают резким запахом и весьма ядовиты. Тетраоксид осмия довольно хорошо растворяется в воде причем раствор его не дает кислой реакции на лакмус. Однако с сильными щелочами OsO4 образует непрочные комплексные соединения. Обладая резко выраженными окислительными свойствами, OsO4 энергично реагирует с органическими веществами, восстанавливаясь при этом до черного диоксида осмия OsO2. На этом основано применение OsO4 для окрашивания микроскопических препаратов. Оксид рутения (VIII), или тетраоксид рутения RuO4 – твердые кристаллы золотисто-желтого цвета, плавящиеся при 25,40С и растворимые в воде. Тетраоксид рутения значительно менее устойчив, чем OsO4, и при температуре около 1080С (ниже температуры кипения) разлагается со взрывом на RuO2 и кислород. Фторид осмия (VIII), или октафторид осмия, OsF8 получается путем прямого соединения осмия с фтором при 2500С в виде бесцветных паров, сгущающихся при охлаждении в лимонно-желтые кристаллы с температурой плавления -34,40С. Октафторид осмия проявляет резко выраженные окислительные свойства. Водой он постепенно разлагается на тетраоксид осмия и фтористый водород: OsF8 + 4H2O = OsO4 + 8 НF Все платиновые металлы проявляют ярко выраженную склонность к комплексообразованию. Платиновые металлы наиболее широко применяются в химической промышленности как катализаторы многих химических процессов. Платина. В природе платина, подобно золоту, встречается в россыпях в виде крупинок, всегда содержащих примеси других платиновых металлов. Содержание платины в земной коре оценивается всего в 5·10-8 % (масс.). Платина – белый блестящий ковкий металл, не изменяющийся на воздухе даже при сильном накаливании. Отдельные кислоты на нее не действуют. Платина растворяется в царской водке, но значительно труднее, чем золото. В виду тугоплавкости и высокой химической стойкости платины из нее изготовляют лабораторную посуду: тигли, чашки, лодочки и т.п. В химической промышленности платина применяется для изготовления коррозионностойких деталей аппаратуры. Платиновые аноды используются в ряде электрохимических производств (производство пероксодисерной кислоты, перхлоратов, перборатов). Широко применяется платина как катализатор, особенно при проведении окислительно-восстановительных реакций. Она представляет собой первый, известный еще с начала XIX века гетерогенный катализатор. В настоящее время платиновые катализаторы применяются в производстве серной и азотной кислот, при очистке водорода от примесей кислорода и в ряде других процессов. Платиновые и платино-рениевые катализаторы используются при получении высокооктановых бензинов и мономеров для производства синтетического каучука и других полимерных материалов. Сплавы с родием и палладием применяются для конверсии в безвредные вещества токсичных компонентов выхлопных газов автомобилей. Из платины изготовляют нагревательные элементы электрических печей и приборы для измерения температуры (термометры сопротивления и термопары). В высокодисперсном состоянии платина растворяет значительные количества водорода и кислорода. На ее способности растворять водород основано применение платины для изготовления водородного электрода. В большинстве своих соединений платина проявляет степени окисления +2 и +4. Как в том, так и в другом состоянии она обладает выраженной способностью к образованию комплексных соединений; более важное значение имеют соединения платины (IV). При растворении платины в царской водке получается гексахлороплатиновая кислота H2[PtCI6], которая при выпаривании раствора выделяется в виде красно-бурых кристаллов состава H2[PtCI6]·6Н2О. Калиевая соль этой кислоты – одна из наименее растворимых солей калия. Поэтому ее образованием пользуются в химическом анализе для обнаружения калия. При нагревании в струе хлора до 3600С гексахлороплатиновая кислота разлагается с выделением хлороводорода и образованием хлорида платины (IV) PtCI4. Если к раствору H2[PtCI6] прилить щелочь, то выпадает бурый осадок Pt(ОН)4. Это вещество называется платиновой кислотой, так как при растворении в избытке щелочи образует соль. Известен также оксид платины (IV) PtО2. Хлорид платины (II) PtCI2 получается при пропускании хлора над мелко раздробленной платиной. Он имеет зеленоватый цвет и нерастворим в воде. К комплексным соединениям платины (II) относятся, например, соли тетрацианоплатиновой (II) кислоты H2[Pt(CN)4]. Бариевая соль этой кислоты Ва[Pt(CN)4] обнаруживает яркую флуоресценцию при действии на нее ультрафиолетовых и рентгеновских лучей и служит в рентгеноскопии для покрытия флуоресцирующих экранов. Препараты на основе дихлородиамминплатины [Pt(NH3)2CI2] применяются для лечения злокачественных опухолей. Палладий. Иридий. Палладий – серебристо-белый металл, самый легкий из платиновых металлов, наиболее мягкий и ковкий. Он замечателен своей способностью поглощать огромное количество водорода (до 900 объемов на 1 объем металла). При этом палладий сохраняет металлический вид, но значительно увеличивается в объеме, становится ломким и легко образует трещины. Поглощенный палладием водород находится, по-видимому, в состоянии, приближающемся к атомарному, и поэтому очень активен. Насыщенная водородом пластинка палладия переводит хлор,бром и йод в галогеноводороды, восстанавливает соли железа (III) в соли железа (II), соли ртути (II) в соли ртути (I), диоксид серы в сероводород. Из палладия изготовляют некоторые виды лабораторной посуды, а также детали аппаратуры для разделения изотопов водорода. Сплавы палладия с серебром применяются в аппаратуре связи, в частности, для изготовления контактов. В терморегуляторах и термопарах используются сплавы палладия с золотом, платиной и родием. Некоторые сплавы палладия применяются в ювелирном деле и зубоврачебной практике. Нанесенный на асбест, фарфор или другие носители, палладий служит катализатором ряда окислительно-восстановительных реакций. Это его свойство используется как в лаборатории, та Ки в промышленности при синтезе некоторых органических соединений. Палладиевый катализатор применяют для очистки водорода от следов кислорода, а также кислорода от следов водорода. В химическом отношении палладий отличается от других платиновых металлов значительно большей активностью. При нагревании докрасна он соединяется с кислородом, образуя оксид PdO, растворяется в азотной кислоте, горячей концентрированной серной кислоте и царской водке. Как и для платины, для палладия характерны степени окисления +2 и +4; более устойчивы соединения палладия (II). Большинство солей палладия растворяется в воде и сильно гидролизуется в растворах. Хлорид палладия (II) PdCI2 очень легко восстанавливается в растворе в растворе до металла некоторыми газообразными восстановителями, в частности оксидом углерода (II), на чем основано его применение для открытия оксида углерода в газовых смесях. Он используется также кА катализатор некоторых окислительно-восстановительных реакций. Иридий отличается от платины очень высокой температурой плавления и еще большей стойкостью к различным химическим воздействиям. На иридий не действуют ни отдельные кислоты, ни царская водка. Кроме того, иридий значительно превосходит платину своей твердостью. Чистый иридий применяется для изготовления некоторых научных приборов. Для этой же цели употребляется сплав, содержащий 90 % платины и 10 % иридия. Из такого сплава изготовлены международные эталоны метра и килограмма. |