ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Бейорганикалық химия-1» пәні

мамандығы үшін

Семей

1. 
   Дәрістер
   
2. 
   Практикалық және зертханалық сабақтар
   
3. 
   Білім алушының өздік жұмысы
   

Fe …3d⁶4s² Co …3d⁷4s² Ni…3d⁸4s²

Атомдық радиустары, нм 0,126; 0,125; 0,124

И.э., в 7,89 7,87 7,63

Е_Э2+/Э,в -0,44 -0,277 -0,25

Бұл көрсеткіштерден 3 элементтің қасиеттері жақын екендігі көрінеді. Бұл элементтерге тән тотығу дәрежесі(т.д.) +2,+3. Темір үшін +3 т.д. сәйкес қосылыстар тұрақтырақ. d⁵ болғанда берік конфигурация болады, темірде тек 1 ғана артық электрон болғандықтан 3d⁶4s² , ал Со 2 электрон артық 3d⁷4s² , соңдықтан +3, +2 қосылыстар тұрақтылығы бірдей, ал никельде +2 қосылыс тұрақты. Fe max. т.д. +6, Co +5, Ni +4, бірақ Co 5 + және Ni 4 + сәйкес қосылыстар әлі белгісіз. Бұл элементтерде т.д. « ноль» болатын карбонилдер белгілі [Fe(CO)₅] .

Кездесу:O₂, Si, Al, Fe- төртінші орында. Fe мен Ni негізгі массасы жер ядросында. Fe оксид, сульфид ретінде: Fe₃O₄- магнетит, Fe₂O₃-гематит, Fe₂O₃×H₂O -лимонит, FeS-пирротин, FeS₂-пирит, FeAsS -арсенопирит, FeCO₃-сидерит.Метеоритте, вулкандарда темір бос күйінде болады. Темір O₂, Si, Al, Fe-4-ші орында табиғатта кездеседі. Co, Ni көбінесе бірге кездеседі. Co,Ni көбінесе сульфидті қосылыс түзеді.

Алу. Fe₂O₃ +3C→2Fe+3CO карботермия (кокс) .

Fe₂O₃ + CO→2Fe+3CO₂ шойын, болат (домна пештерінде).

Э+O₂→ оксидтер қоспасы түзіледі. Э(ОН)₂→ ^t0 ЭО+H₂O; Э(ОН)₃→ ^t0 Э₂О₃+H₂O;

Co₂O₃ және Ni₂O₃ тұрақсыз, айрылып ЭО береді. Ni₂O₃ →2NiO+1/2O₂;

Co₃O₄ және Fe₃O₄ болады, бірақ олар оксидтер қоспасы, Fe₂O₃×FeO;

ЭО +қышқыл → Э²⁺ ( тұзы) + Н₂ О ЭО + H₂O→ жүрмейді, яғни бұл металдардың оксидтері суда ерімейді. Fe(OH)₂-ақ, Co(OH)₂-алқызыл (розовый), Ni(OH)₂- жасыл тұнбалар. 4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)₃↓ қоңыр, яғни ауада қалдырса, ақ түсті гидроксид Fe(OH)₂ қоңыр гидроксидке Fe(OH)₃ айналады; Fe³⁺→Co³⁺→Ni³⁺ оттегіне тұрақтылығы артады, себебі +3 т.д. тек Fe³⁺ тән. 2Ni(OH)₂+2NaOH+HBr₂→2Ni(OH)₃+2NaBr;

2Fe(OH)₃+3H₂SO₄→Fe₂(SO₄)₃+6H₂O;

Ал Co(OH)₃+H₂SO₄→CoSO₄+O₂+H₂O, себебі кобальт үшін +2 қосылыс тұрақты болғандықтан.

Co³⁺+e^-→Co²⁺ 4OH^- -4e^-→2H₂O+O₂ молекула ішіндегі ТТР, H₂SO₄ тотықтырғыш емес. Ni(OH)₃+НCl→NiCl₂+Cl₂+H₂O;

Ni³⁺+e^-→Ni²⁺

2Cl^- - 2e^-→Cl₂; Fe²⁺ → Fe³⁺ →Fe⁶⁺.

Егер бір элемент бірнеше оксид (гидроксид) түссе, онда төменгі тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыс негіздік қасиет, жоғарғы т.д. сәйкес қосылыс қышқылдық қасиет көрсетеді, ортадағы т.д. сәйкес қосылыс амфотерлі қасиет көрсетеді:

FeO Fe₂O₃ FeO₃ - жоқ Fe(OH)₂ Fe(OH)₃ H₂FeO₄ – тұрақсыз, әлсіз қышқыл. негіздік амфотер. қышқылдық қасиет көрсетеді

Fe(OH)₃ + NaOH→^t0 Na⁺Fe⁺³O₂^2- (феррит)+H₂O; HFeO₂ – темірлі қышқыл.

Fe₂O₃ +Na₂CO₃→^{балқытып} NaFeO₂+CO₂,

Fe(OH)₃ + 3NaOH→ Na₃[Fe(OH)] сулы ортада

Fe(OH)₃ + КOH+Br₂→K₂FeO₄(феррат)+KBr+H₂O; HFeO₄ – темір қышқылы, тұздары фераттар күшті тотықтырғыш.

FeSO₄ ×7H₂O - ашық жасыл, CoSO₄×7H₂O- қызыл, NiSO₄×7H₂O –жасыл.

Fe₂O₃ + H₂SO₄(конц.)→ Fe₂(SO₄)₃+3Н₂О;

Fe₂(SO₄)₃×6Н₂О не Fe₂(SO₄)₃×10Н₂О

Нитраттар: Э+HNO₃(сұйыт.)→ Э(NO₃) ₂+NO+H₂О; Э(NO₃)₂∙ 6Н2О тек Fe(NO₃)₃ белгілі Fe+HNO₃(25%)→ Fe(NO₃)₃ ×6H₂O+NO₂+H₂O;

Карбонаттар: FeCO₃; CoCO₃ .6H₂O, NiCO₃ .6H₂O;

Қос тұздар (шениттер): (NH₄)₂[Fe(SO₄)₂]: (NH₄)₂[Fe(SO₄)₂] - Мор тұзы.

Квасцы (ашудас) (NH₄)₂SO₄× Fe₂(SO₄)₃×24H₂O (NH₄)₂SO₄×Co(SO₄)₃×24 H₂O; Fe³⁺ аңықтау үшін (сапалық реакция).

Fe³⁺ +NH₄CNS → роданид: Fe(CSN)₃ ;

Ni⁺² + диметилглиоксим→қызыл↓Чугаев реактивы

Fe²⁺ + гем.→гемоглобин.
Дәріс материалын оқығаннан соң студент білуі керек:

1. 
   Металдарды алу(металлургия өндірісін);
   
2. 
   Металдардың химиялық қасиеттерін;
   
3. 
   Қосылыстарының химиялық қасиеттерін және қолданылуын.
   

Mn, Tc, Re (n-1)d⁵ns² электрондық формалалары, d⁵ - жартылай толған d-орбиталь, тұрақты, соңдықтан бұл элементтерге +2 т.д. көбірек тән.

Mn … 3d⁵4s² Tc…4d⁵5s² Re … 5d⁵6s² r=0,130нм 0,136 нм 0,137нм

Радиустарына байланысты қараса, Tc мен Re қасиеттері ұқсас болуы керек. Tc –жасанды элемент, жер қыртысында жоқ. Mn~9.10^-2 %(темірден кейін), Re – 1.10^-7 %.

t_бС 1244 2200 3180⁰C

ρ 7,44 11,49 21,04 г/см³

γЭ²⁺/Э -1,18 0,4 γЭ⁺³/Э 0,3

0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7 тотығу дәрежесіне сәйкес қосылыстары бар. Карбонилдерде Mn, Re т.д. ноль болады. Mn +2, +4, +7 т.д. сәйкес қосылыстары көбірек. Re +7 т.д. сәйкес қосылыстары тұрақты; Tc +4, +6, +7 т.д. көбірек тән. Кездесу MnO₂×H₂O – пиролюзит, Mn көбінесе темірмен бірге кездеседі. Mn₃O₄ – гаусмонит, магнитный железняк Fe₃O₄- пен бірге, Mn₂O₃×Fe₂O₃ - бикстит; MeCO₃ -родохрозит FeCO₃ –сидеритпен бірге, MnS-марганец алдамышы FeS-пирротонмен бірге, MnS₂ –Mарганец колчеданы; FeS₂ колчеданмен бірге.

Re молибден, вольфрам, Pt-кендерінде қоспа ретінде кездеседі, өзінің кені жоқ. Алу. Mn оксидіне +Al→Al₂O₃+ Mn, алюмотермия. 3Mn₃O₄+8Al→4Al₂O₃+9Mn

3 | 8Mn²⁺+2e^-→Mn⁰

2 |Mn³⁺+6e^-→Mn⁰

8 | Al- 3e^-→Al³⁺

Кендегі Re Re₂O₇ айналады, Re₂O₇ +2KOH→2KReO₄(перренат)+H₂O 2KRe⁺⁷O₄+7H₂^O →2Re⁰(порошок-ұнтақ)+2KOH+6H₂⁺O

2|Re⁷⁺+7e^-→Re⁰

7|H₂-2e^-→2H⁺

Re ұнтағын →^t0(дуга) металл слиткасына айналады.

Ядерлық реакторларда 1кг плутонийден (Pu) 25 г Tc алады.

Tc –нейтронды жұтады, катализатор құрамына қосылады, радиациялық диагностикада; Re – электроникада, Т_б ( балқу температурасы) үлкен болғандықтан, ыстыққа төзімді құймалар құрамына кіреді, соңдықтан самолеттер мен ракеталардың детальдарын жасайды.

Tc, Re+O₂→^300C Э₂O₇;

Mn+2HCl (конц., сұйық), H₂⁺SO₄(сұйыт.)→ H₂ +Mn²⁺Cl₂, MnSO₄;

Tc, Re+HCl, H₂⁺SO₄ → γ>0.

Mn+4HNO₃(сұйық) →Mn (NO₃)₂ +2NO+2H₂O

2Tc, Re+7 HNO₃ →HЭO₄ +7NO+2H₂O HTcO₄-технеций қышқылы;

HReO₄-рений қышқылы.

Mn+Г₂→ Mn⁺²Г₂ Tc, Re+F₂, Cl₂→^100C+Br₂→^300C

Mn элементы т.д. байланысты оксидтер мен гидроксидтердің қышқыл негіздік қасиетінің өзгеруін көрсететін «модельді» элемент ретінде қарауға болады. Элемент төменгі т.д. –де негіздік, жоғары т.д. қышқылдық қасиет көрсетеді. MnO, Mn₂O₃ – негіздік; MnO₂, Mn₂O₅-амфотерлік; MnO₃, Mn₂O₇ Mn(OH)₂,Mn(OH)₃ MnO(OH)₂, Mn(OH)₄ H₂MnO₄ H₂⁺Mn⁺⁴O₃^-2 HMnO₄ H⁺Mn⁺⁵O₃^-2 Mn⁺⁵O^-2(OH^-)₃. Сонымен бірге т.д. байланысты бұл элемент ТТ-қасиеттерінің өзгеруін және т.д.-не әр түрлі орта әсерін де көруге болады.

Mn⁷⁺O₄^- → H+→_+5e- Mn²⁺, қышқыл ортада

Mn⁷⁺O₄^- → OH-→_+1e- MnO₄^2- , сілтілік ортада

Mn⁷⁺O₄^- → H₂O→_+3e- MnO₂, бейтарап ортада

Mn⁺⁴O₂+H₂→Mn⁺²O+H₂O

4MnO₄→^300C 2Mn⁺³₂O₃+O₂

2KMnO₄+2H₂SO₄(конц.)→Mn₂O₇(жасыл сұйық зат)+2KHSO₄+H₂O

Tc, Re+O₂→^t0 Э₂O₇

Re₂O₇+CO→2ReO₃+CO₂

3Re⁺⁶O₃ →^t0 Re₂ ⁺⁷O₇+ Re⁺⁴O₂

тек Э₂O₇ +H₂O→H ЭO₄ ~10%

HMnO₄→HTeO₄→HReO₄ күші азаяды, себебі металдық қасиет артады. HMnO₄ күші HCl күшіне жақын, яғни диссоциацияға толық түседі. Бұл қышқылдар тұздары перманганат, пертехнат, перренат деп аталады. Сілтілік ортада Н₂ЭO₄ тұрақтырақ. Бейтарап, қышқыл ортада диспропорция реакциясына түседі: 3ЭO₄^2-+2H₂O→2 ЭO₄^-+ ЭO₂+4OH^- тұздары манганат, технат, ренат. Н₂ЭO₄ – бос күйінде жоқ, тек тұзы ғана болады. 2KMnO₄+Na₂SO₃+2KOH→2K₂MnO₄+Na₂SO₄+H₂O.

2|Mn⁷⁺+1e^-→Mn⁶⁺

|S⁴⁺-2e^-→S⁶⁺

ЭO₄^2- - жасыл. MnO₄^- қызыл, TcO₄^- қызыл-сары, ReO₄^- - түссіз. MnO₂+KOH+O₂→K₂MnO₄+H₂О; Re+KOH+O₂→K₂ReO₄+H₂O

Зертханада O₂ алу үшін KMnO₄ →^t0 K₂MnO₄ + MnO₂+O₂

MnO₂ (қышқылдық қасиет) +BaO(негіз)→BaMn⁴O₃(гаусманит).

Mn-2e^-→Mn²⁺ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ □ □ □ □

sp³ -гибридтелу, координациялық сан 4,

sp³d² - гибридтелу, координациялық сан 6

… 3d⁵4s¹ ₂₄ Cr )₂ )₈ )₁₂ )₂ d⁵ орбиталь тұрақты болғандықтан 3d⁴4s² болу керек, орбитальдар 3d⁵4s¹ Cr, Мо 4d⁵5s¹ болып 1электрон «секіреді». Аяқталған 4f¹⁴ соң орналасқандықтан, W 4f¹⁴5d⁴6s² болады. Cr жер қыртысында 2∙10^-2% ; Мо, W~10^-4%.

r⁰ 0,127 0,139 0,140 радиустар мәндері жақын болғандықтан, W, Мо қасиеттері ұқсас.

Т_б 1875 2620 3395 ⁰C. Балқу температуралары жоғары, әсіресе вольфрамның.

γЭ³⁺/Э = -0,744в (хром); -0,20в - ( молибден), сондықтан сұйық қышқылдардан сутегіні ығыстырады.

Алу: Хлористый железняк (хромит) FeO∙Cr₂O₃, қорғасын хроматы PbCrO₄.

MoS₂ молибден жылтыры; CaWO₄-шеелит, PbWO₄-штольцит, Fe₄Mn_1-xWO₄, WS₂; Тұздарының балқымасы→^эл-з Э; Э₂О₃+C - карботермия, (АІ, мырыш), металлотермия арқылы алуға болады.

Қара металлургияда қолданылады, феррохром, ферромолибден, таза металлдары.

Э₂О₃+Al, H₂→ 2Э + АІ₂О₃ + Н₂ О;

Э(Cr, Mo ) + HCl (H₂SO₄)→ ЭCl₃+H₂

Бұл металдар қышқылдар қоспасында жақсы ериді, егер бір қышқыл тотықтырғыш болса: Э+HNO₃+HF→H₂[ЭF₈]+NO₂+H₂O

Э+ O₂→ Cr₂O₃, MoО₃, WO₃.

CrO, Cr₂О₃, СrО₂, СrО₃

Мо +4, +5, +6. МоО₂, МоО₅, МоО₃

W +4, +6: WO₂, WO₃; (NH₄)₂ Cr₂O₇ →^t0 Cr₂О₃ +N₂+H₂O

Молекула ішіндегі ТТР: Cr(ОН)₃ ↓, соңдықтан жанама жолмен алады

CrCl₃+3NaOH→… ; Cr₂(SO₄)₃ + 6NH₄OH→ Cr(ОН)₃ +(NH₄)₂SO₄

CrO-қара негіздік оксид Cr₂О₃ СrО₃

Cr(ОН)₂ сары амф. Cr(ОН)₃ НСrO₂ H₂CrО₄

CrОН)₃ ↓+3HCl→...; Cr(ОН)₃ ↓+3NaOH→ ... . – амфотерлі қасиетін көрсетеді. CrCl₂+2NaOH→

ЭO₃ алу: W, Мо+O₂→^t0 ЭO₃ ( Вольфрам, молибден), ал хром - СrО₃ алынбайды, оны

K₂Cr₂O₇+H₂SO₄конц.→ K₂SO₄ + 2СrО₃(қызыл кристалл)+H₂O;

ЭO₃+H₂O→↓ H₂CrО₄-хром қышқылы; ↓ H₂МоО₄ – молибден қышқылы;

↓H₂WО₄ –вольфрам қышқылы күші әлсірейді, әлсіз қышқылдар:

Тұздары: CrО₄ ^2- сары, МоО₄^2-, WО₄^2- - түссіз, хромат, молибдат, вольфрамат. VI B топша элементтері жоғарғы т.д. полиқосылыстар түзеді. Ерітінді концентрациясы өскен сайын алдымен дихромат Cr₂О₇^2- , сосын трихромат Cr₃О₁₀^2- - қызыл, тетрахромат Cr₄О₁₃^2- - қызыл-қоңыр болады, қышқылдары тұрақсыз, тұздары бар: дихромат суда жақсырақ ериді:

H₂O+ Cr₂О₇^2- (тоқ сары)↔ 2CrО₄^2- (сары) + 2H⁺ қышқыл ортада, сулы не сілті ортада. K₂Cr₂O₇+2КОН→2К₂CrО₄ +H₂O; К₂CrО₄ + H₂SO₄→ K₂Cr₂O₇+ K₂ SO₄ + H₂O Хроматтар күшті тотықтырғыш, әсіресе қышқыл ортада.

Н₂CrО₄ + H₂O₂→ H₂O+ CrО₅(СrО₃+ O₂) пероксид, көк

2H⁺ + CrО₄^2- → CrО₅ + H₂O

O₂^2- + 2е^- → О^2- O₂^2- - 2е^- → О₂⁰ W, Мо изополиқышқылдар, гетерополиқышқылдар түзеді: (NH₄)₆Mo₇O₂₄; Na₁₀W₁₂O₄₁ (NH₄)₃(PMo₁₂O₄₀)- аммонийдің фосфомолибдаты.

[(NH₄)₃(PMo₃O₁₀)₄] H₂ЭO₄ – қышқылдары; ЭO₂(OH)₂+HCl→ ЭO₂Cl₂+2H₂O;

ЭO₂²⁺ - хромил, молибденил, вольфрамил;

SO₂Cl₂ – сульфурил, CrО₂Cl₂ өзара ұқсас Э+Г₂→ ЭГ₃; Э + S → Э₂S₃.



Дәріс материалын оқығаннан соң студент білуі керек:

1.Металдарды алу;

2.Металдардың химиялық қасиеттерін;

3.Қосылыстарының химиялық қасиеттерін және қолданылуын.

4.Элеменнтердің комплекс қосылыстары, алу, қасиеттері.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар:

1. Хромның тотығу дәрежесіне байланысты қосылыстарының қасиеттері

2. Элементтердің қышқылдарының қасиеттерінің өзгеруі, сәйкес тұздары

3. Қосылыстарының қолданылуы



Дәріс 7 IIB топша элементтері

1.Табиғатта кездесуі, алу .

2.Элементтердің химиялық қасиеттері, қолданылуы 3.Қосылыстары, алу, қасиеттері .