fe co ni относятся к одному семейству так как их валентные

Таблица валентности химических элементов

Таблица валентности химических элементов.

Таблица валентности химических элементов:

Ниже приводится таблица валентности химических элементов с примерами соединений.

Валентность (от лат. valēns – «имеющий силу») – способность атомов химических элементов образовывать определённое число химических связей.

Валентность – это мера (численная характеристика) способности химических элементов образовывать определённое число химических связей.

Значения валентности записывают римскими цифрами I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII.

Валентность определяют по числу химических связей, которые один атом образует с другими.

Таблица валентности химических элементов:

Первоначально за единицу валентности была принята валентность атома водорода. Валентность другого элемента можно при этом выразить числом атомов водорода, которое присоединяет к себе или замещает один атом этого другого элемента. Определенная таким образом валентность называется валентностью в водородных соединениях или валентностью по водороду: так, в соединениях HCl, H₂O, NH₃, CH₄ валентность по водороду хлора равна единице, кислорода – двум, азота – трём, углерода – четырём.

Валентность кислорода, как правило, равна двум. Поэтому, зная состав или формулу кислородного соединения того или иного элемента, можно определить его валентность как удвоенное число атомов кислорода, которое может присоединять один атом данного элемента. Определенная таким образом валентность называется валентностью элемента в кислородных соединениях или валентностью по кислороду: так, в соединениях K₂O, CO, N₂O₃, SiO₂, SO₃ валентность по кислороду калия равна единице, углерода – двум, азота – трём, кремния – четырём, серы – шести.

С точки зрения электронной теории валентность определяется числом неспаренных (валентных) электронов в основном или возбужденном состоянии.

Известны элементы, которые проявляют постоянную валентность. У большинства химических элементов валентность переменная.

Источник

Железо, кобальт, никель

Лекция 1. Основные вопросы, рассматриваемые в лекции

Металлы VIIIБ-подгруппы: Fe, Co, Ni

Структура VIIIБ-подгруппы: триада железа и семейство платиновых металлов;

Общая характеристика металлов VIIIБ-подгруппы. Электронное строение, наиболее характерные степени окисления.

Природные соединения и распространенность элементов в природе.

Руды, используемые для получения Fe, Co, Ni.

Свойства простых веществ. Физические характеристики металлов, их химическая активность.

Соединения Fe, Co, Ni. Кислотно-основные свойства оксидов и гидро-

ксидов. Соли Fe, Co, Ni. Комплексные соединения.

Сравнительная устойчивость степеней окисления Fe, Co, Ni и окисли-

тельные свойства соединений.

В наиболее распространенном короткопериодном варианте периодиче-

ской таблицы элементы Fe, Co, Ni располагаются в VIIIБ-подгруппе.

В длиннопериодном варианте таблицы

они размещаются в 8, 9, 10 группах в

соответствии с количеством валентных

В VIIIБ-подгруппе выделяют

триаду Fe, ее образуют Fe, Co, Ni и се-

мейство платиновых металлов : легких

платиновых: Ru, Rh, Pd и тяжелых пла-

тиновых : Os, Ir, Pt. Название «платиновые» они получили от платины, откры-

той раньше других и имевшей наибольшее применение. Все платиновые ме-

Элементы Fe, Co, Ni более похожи между собой, чем со своими элек-

Элементы триады Fe имеют близкую электроотрицательность, изме-

няющуюся от 1,64 у Fe до 1,75 у Ni. Электроотрицательность платиновых ме-

таллов находится в интервале 1,35 – 1,55 (электроотрицательность указана по Полингу).

Металлы Fe, Co, Ni имеют отрицательные электродные потенциалы и мо-

гут быть переведены в раствор ионами Н + из кислот.

Платиновые металлы характеризуются положительными электрод-

нить стандартные электродные потенциалы электронных аналогов: Ni, Pd, Pt

Сравнение показывает, что восстановительные свойства металлов в VIIIБ-

подгруппе при переходе от четвертого периода к пятому и шестому резко ос-

Лишь немногие платиновые металлы (только Pd, Rh, Os) удается перевес-

ти в раствор действием одной кислоты с сильными окислительными свойства-

ми (концентрированной серной или азотной). Растворение платиновых метал-

лов, как правило, становится возможным, если они переходят в раствор в виде комплексных ионов. Например,

3Pt + 4HNO 3 + 18HCl = 3H 2 [PtCl 6 ] + 4NO + 8H 2 O

Степень окисления +2, распространенная у элементов триады Fe, устой-

чива только у Pd и Pt, а для других платиновых металлов характерны более высокие и степени окисления. Степень окисления (+4) устойчива у Ru, Rh, Ir, Pt; у Os более устойчивы степени окисления 8 и 6.

Химия платиновых металлов – это, прежде всего, химия комплекс-

ных соединений, она существенно отличается от химии Fe, Co, Ni. Поэтому своеобразную химию платиновых металлов всегда рассматривают отдельно от триады Fe.

Среди элементов VIIIБ-подгруппы только Os, Ru и Fe проявляют степень окисления, соответствующую номеру группы. Степень окисления +8 является наиболее устойчивой у Os, но у Fe эта степень окисления крайне неустойчива.

У Fe известна неустойчивая степень окисления +6. Ферраты – соединения

Источник

Электронные семейства элементов. Валентные электроны

Ковалентность атомов

Химические и многие физические свойства атомов элементов определяются в основном их валентными электронами.

Валентные электроны – это электроны, наименее прочно связанные с ядром и участвующие в образовании ковалентных связей. Их электронная конфигурация зависит от того, к какому семейству (s-, p-, d— или f-) относится данный элемент.

В зависимости от того, какой подуровень заполняется электронами, различают s-, р-, d— и f-семейства (элементы). Если в атоме элементов заполняется электронами s-подуровень последнего энергетического уровня (ns) – это s-элементы. Если ns-подуровень заполнен электронами, а заполняется nр-подуровень – это р-элементы. При размещении электронов на (n–1)d-подуровне при заполненном ns-подуровне – это будут d-элементы. Элементы, в атомах которых заполняется (n–2)f-подуровень, называются f-элементами.

В табл. 2 показаны электронные семейства элементов, соответствующие им валентные электроны и расположение s-, p-, и d-элементов в периодической системе элементов Д.И. Менделеева.

Электронные семейства элементов и валентные электроны

Количество валентных электронов равно номеру группы, в которой расположен элемент (исключение – d-элементы подгрупп Co, Ni, Cu, Zn).

К s-элементам относятся элементы главных подгрупп первой и второй групп (две группы); к р-элементам – главные подгруппы, начиная с третьей и кончая восьмой группой (шесть групп); d-элементы образуют десять побочных подгрупп, начиная с третьей группы четвертого периода; f-элементы – это лантаноиды и актиноиды.

– s-элементов число электронов на последнем ns-подуровне соответствует номеру группы, в которой расположен элемент;

– р-элементов сумма электронов на последнем уровне ns-, nр-подуровнях соответствует номеру группы, в которой находится элемент;

– d-элементов сумма электронов на (n–1)d, ns-подуровнях равна номеру группы, в которой расположен элемент. Исключение составляют атомы элементов подгруппы кобальта, никеля, меди и цинка.

При рассмотрении химической связи необходимо знать ковалентность атома элемента. Она определяется числом одиночных валентных электронов. Ковалентность атома можно изменить (повысить) за счёт возбуждения атома, если на данном энергетическом уровне есть свободные орбитали.

Пример 4. Напишите электронную формулу атомов ₄Be; ₇N; ₁₅P; ₂₂Ti. Определите электронное семейство элемента. Определите ковалентность атомов в нормальном и возможных возбужденных состояниях.

нормальное состояние возбужденное состояние

2s hν 2s ¯

В нормальном состоянии ковалентность (к) бериллия – ноль. Поглощая энергию, атом из нормального состояния переходит в возбужденное. При этом происходит переход одного электрона с s-подуровня на свободную орбиталь p-подуровня того же уровня. В возбужденном состоянии ковалентность атома (к*) равна двум.

2s ¯ ¯ ¯

В нормальном состоянии ковалентность атома азота равна трём. Поглощение энергии не изменяет ковалентность азота, так как на втором энергетическом уровне нет свободных орбиталей. Однако, за счёт электронной пары, расположенной на 2s-подуровне, ковалентность азота может быть равной четырём. Это его максимальная ковалентность.

нормальное состояние возбужденное состояние

d d

В нормальном состоянии ковалентность фосфора равна трём. Фосфор – аналог азота. Но в атоме фосфора, в отличие от азота, есть свободные орбитали
d-подуровня. При поглощении энергии один s-электрон переходит на d-орбиталь этого же энергетического уровня. В возбужденном состоянии ковалентность фосфора равна пяти.

нормальное состояние возбужденное состояние

4p 4р

4s hν 4s ¯

3d ¯­ 3d ¯

В нормальном состоянии ковалентность титана равна двум. При поглощении атомом энергии один s-электрон четвёртого энергетического уровня переходит на свободную орбиталь р-подуровня того же уровня. В возбужденном состоянии ковалентность титана равна четырём.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

62.Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 25. К какому семейству относится данный элемент? Какие электроны являются валентными? Распределите их по квантовым ячейкам и определите ковалентность в возбужденном состоянии.

63.Напишите электронные формулы атомов ₄₂Мо 0 и ₄₇Ag 0 c учётом «проскока» одного электрона. Распределите валентные электроны по атомным орбиталям (магнитно-квантовым ячейкам). Объясните, почему в данном случае происходит «проскок» электрона.

67.Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 33. Какой это элемент? Пользуясь правилом Гунда, распределите валентные электроны по квантовым ячейкам. Определите ковалентность атома в нормальном и в возбужденном состояниях?

68.Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 8. Какой это элемент? Пользуясь правилом Гунда, распределите валентные электроны по квантовым ячейкам. Какова ковалентность атома в нормальном состоянии? Объясните, можно ли изменить ковалентность атома путем перевода его из нормального состояния в возбужденное.

71. Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 34. К какому семейству относится данный элемент? Какие электроны являются валентными? Распределите их по квантовым ячейкам и определите ковалентность во всех возможных возбужденных состояниях.

72. Напишите электронные формулы атомов ₂₉Cu 0 и ₄₂Мо 0 (учесть «проскок» электрона). Распределите валентные электроны по атомным орбиталям (магнитно-квантовым ячейкам). Объясните, почему в данном случае происходит «проскок» электрона.

74. Даны следующие элементы: ₂₀Са, ₂₇Со, ₃₄Se. Исходя из положения элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева, определите для каждого из них: а) сколько энергетических уровней занято электронами; б) к какому семейству относится элемент; в) на каких уровнях и подуровнях находятся валентные электроны, запишите их электронную конфигурацию; г) определите ковалентность в нормальном и возбуждённых состояниях.

75. Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 35. К какому семейству относится данный элемент? Определите, какие электроны являются валентными. Распределите их по квантовым ячейкам и определите ковалентность в нормальном и во всех возможных возбужденных состояниях.

77. Исходя из положения в Периодической системе Д.И. Менделеева, для элементов ₃₈Sr, ₄₃Tc, ₅₁Sb определите: а) сколько энергетических уровней занято электронами; б) к какому семейству относится элемент; в) на каких уровнях и подуровнях находятся валентные электроны, какова их электронная конфигурация; г) ковалентность атомов в нормальном и возбуждённых состояниях.

78. Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 42. К какому семейству относится данный элемент? Определите, какие электроны являются валентными. Распределите их по квантовым ячейкам и определите ковалентность в нормальном и во всех возможных возбужденных состояниях.

80. Исходя из положения элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева, определите для каждого из элементов ₅₆Ba, ₇₄W, ₈₄Po: а) сколько энергетических уровней занято электронами; б) к какому семейству относится элемент; в) на каких уровнях и подуровнях находятся валентные электроны, какова их электронная конфигурация.

Источник

Свойства соединений Fe, Co, Ni

Окисление гидроксидов Co(II) и Ni(II) может происходить под воздействием сильных окислителей (H₂O₂, Cl₂, Br₂ ):

Соли Э 2+ сильных кислот растворимы, подвергаются гидролизу:

Частным реактивом на ион Fe 2+ является K₃[Fe(CN)₆]:

Fe 2+ – прекрасный восстановитель:

1.Прокаливанием металла на воздухе

2Fe + O₂ + nH₂O = Fe₂O₃∙nH2O

2.Термическим разложением гидроксидов

2Fe(OH)₃ Fe₂O₃ + 3H₂O

3. Термическим разложением нитратов

Э(NO₃)₂ Э₂O₃

Гидроксиды Co(OH)₂, Ni(OH)₂ получают косвенно.

Fe₂O₃ + Na₂CO₃ 2NaFeO₂ + CO₂

слабо амфотерен феррит натрия

(В технике ферритами называют продукты спекания при 1000°С Fe₂O₃ и оксидов Ni, Mn, Zn и др.)

Качественные реакции на ион Fe 3+

Fe 3+ + CNS – = Fe(CNS)₃

Соли сильных кислот подвергаются ступенчатому гидролизу: FeCl₃

В присутствии Na₂CO₃ происходит полный гидролиз FeCl₃

Fe₂O₃ + 3KNO₃ +4KOH 2K₂FeO₄ + 3KNO₂+2H₂O

Образцы решения задач

Пример 1.Напишите уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:

& Fe₂(SO₄)₃ (

1. Железо растворяется в разбавленной серной кислоте с образованием сульфата железа (II):

2. Сульфат железа (II) можно окислить до сульфата железа (III) каким-нибудь окислителем. например, перманганатом калия в присутствии серной кислоты:

2 MnO₄ – + 8H + + 5ē = Mn 2+ + 4H₂O

5 2Fe 2+ – 2ē = 2Fe 3+

3. При добавлении раствора щелочи к сульфату железа (III) выпадает осадок гидроксид железа(III):

4. Аналогично получается гидроксид железа (II):

5. Гидроксид железа(II) легко окисляется до гидроксида железа (III) кислородом воздуха в присутствии воды:

4 Fe(OH)₂ + HOH – 1ē = Fe(OH)₃ + H+

1 O₂ + 2HOH + 4ē = 4OH–

Пример 2.Какой металл – никель или железо – будут разрушаться при коррозии, протекающей на поврежденной поверхности никелированного стального предмета

Железо в ряду стандартных потенциалов ( в ряду напряжений металлов) стоит раньше никеля (его стандартный потенциал φº = – 0,44 В, а у никеля φº=–0,25В). Более активный элемент является анодом (а анод – растворяется). На катоде будет разряжаться водород из воды:

(–)Катод: 2НОН + 2ē = Н₂↑ + 2ОН –

Пока все никелевое покрытие не растворится – железо будет защищено от коррозии.

Пример 3.На восстановления оксида железа массой 11,6 г до металла израсходовали водород объемом 4,48 л (н. у.). Определите формулу оксида железа.

Составляем уравнение реакции восстановления оксида железа водородом:

Молярная масса оксида составляет: M(FexOy) = (56x + 16y) г/моль.

Определяем количество вещества оксида, взятого для восстановления:

n(Fe_xO_y)

Находим количество вещества водорода, затраченного на реакцию:

n(H₂) моль.

Из уравнения реакции следует:

yn(Fe_xO_y) = n(H₂) ; ;

Следовательно, состав оксида может быть выражен формулой: Fe₃O₄.

Пример 4.Вычислите массовые доли минерала магнетита и пустой породы в железной руде, если из образца этой руды массой 500 г получили железо массой 200 г.

1. Вычислим количество вещества железа, полученного из руды:

n(Fe) = моль.

2. Из формулы магнетита Fe₃O₄ следует:

n(Fe₃O₄) = моль.

3. Вычислим массу магнетита, содержащегося в образце руды::

4. Mассовая доля магнетита в руде составляет:

ω(Fe₃O₄) = или 55,2%.

5. Масса пустой породы в руде равна:

m(пустой породы) = m(руды) – m(Fe₃O₄) = (500 – 276) = 224 г.

6. Рассчитаем массовую долю пустой породы в руде:

ω(пустой породы) = или 44,8%

Образец тестового опроса

Fe, Co, Ni

1. Укажите электронную формулу кобальта в степени окисления +2

2. Укажите характер оксида кобальта (II)

1) кислотный; 2) амфотерный; 3) основный; 4) безразличный

3. Укажите вещества, необходимые для перевода Fe₂O₃ в K₂FeO₄?

1) KOH + KNO₃; 2) K₂S + H₂O; 3) KI + HCl; 4) KOH; 5) KCl + Fe(OH)₃

4. Укажите название соединения [Pt(NH₃)₃Cl₃]Cl

1) хлорид трихлоротриамминплатины (IV);

2) трихлоротриамин-IV-платинат хлора;

3) хлорид триаминтрихлорплатины (II);

5) триаминхлорид платины (IV)

5. Укажите элемент VIIIВ подгруппы, обладающий наибольшей активностью

Контрольные вопросы и упражнения

1. Какие степени окисления характерны для железа, кобальта и никеля? Приведите по два примера соединений этих элементов в характерных степенях окисления и назовите их.

2. Как взаимодействуют железо, кобальт и никель с азотной, серной и соляной кислотами? Как эти металлы взаимодействуют с водой, с водными растворами солей?

3. Рассмотрите процессы коррозии оцинкованного и луженого желе-

Влияет ли на коррозию присутствие О₂ и СО₂ в окружающей среде?

6. Используя значения констант нестойкости ионов [Со(NН₃)₆] 3+ и

7. Рассмотрите состояние ионов Fe 3+ в водных растворах при различных рН.

9. Укажите, какая из приведенных солей, гидролизуется в большей степени:

11. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осу­
ществить превращения:

12. Закончите уравнения реакций:

14. Какие реакции лежат в основе демонстрационного опыта «порез руки», «исцеление»?

15. Железо массой 12,2 г сплавили с серой массой 6,4 г. К полученному продукту добавили избыток соляной кислоты. Выделяющийся газ пропустили через раствор массой 200 г с массовой долей хлорида меди (II) 15%. какая масса осадка образовалась? Ответ: 19,2 г.

16. Имеется смесь магния, алюминия и железа массой 8,9 г. После обработки смеси избытком концентрированного раствора азотной кислоты на холоду масса остатка составила 4,1 г. Остаток обработали концентрированным раствором щелочи, в котором не растворилась часть смеси массой 1,4 г. Определите массовые доли металлов в смеси.

Ответ: 53,93% Mg; 30,34% Al; 15,73% Fe.

17.При действии водного раствора аммиака на раствор, содержащий хлорид железа массой 3,81 г получили гидроксид железа, масса которого составила 2,70 г. Определите формулу хлорида железа. Ответ: FeCl₂

18. На растворение образца смеси оксида железа(II) и оксида железа(III) массой 14,64 г затратили раствор объемом 89 мл с массовой долей азотной кислоты 30% и плотностью 1,18 г/мл. Определите массовые доли оксидов в смеси. Ответ:FeO – 34,4%; Fe₂O₃ –65,6%.

19. Железную пластинку массой 20,4 г опустили в раствор сульфата меди(II). Какая масса железа перешла в раствор к моменту, когда масса пластинки стала равной 22,0 г? Ответ: 11,2 г.

20. Определите минимальный объем раствора с массовой долей азотной кислоты 80% и плотность. 1,45 г/мл, который потребуется для растворения серебра, полученного при взаимодействии образца железа массой 2,8 г с раствором, содержащим нитрат серебра массой 24 г. Ответ: 10,86 мл.

21. Образец оксида железа массой 32 г восстановили до металла оксидом углерода(II). Определите формулу оксида железа, если объем СО, вступившего в реакцию составил при нормальных условиях 13,44л. Ответ: Fe₂O₃.

22.Смесь оксида железа (II) и оксида железа (III) массой 8 г растворили в избытке серной кислоты. Для реакции с полученным раствором использовали раствор с массовой долей перманганата калия KMnO₄ 5% массой 31,6 г. Определите массовые доли оксидов в исходной смеси.

23. На частичное восстановление оксида железа (III) массой 120 г затратили водород объемом 5,6 л (н. у.). Какой оксид железа образовался в результате реакции? Ответ: Fe₃O₄

24. В результате реакции между железом массой 22,4 г и хлором объемом 15,68 л (н. у.) получили хлорид железа (III), который растворили в воде массой 500 г. Определите массовую долю FeCl₃ в полученном растворе.

25. Железные опилки массой 20,5 г поместили в раствор сульфата меди (II). Через некоторое время металлический осадок отделили от раствора и взвесили. Его масса составила 20,7 г. Вычислите массу железа, которое перешло в раствор. и массу меди. оказавшейся в осадке. Ответ: 1,4 г; 1,6 г

26. Вычислите массовые доли магнетита Fe₃O₄ и пустой породы в железной руде. если из образца этой руды массой 500 г получили железо массой 200 г.

27. Какой объем хлора (н. у.) требуется для окисления раствора массой 1 т гексациано(II) феррата калия с массовой долей K₄[Fe(CN)₆] равной 24%?

28. В карбиде железа массовая доля углерода составляет 6,67%. Определите формулу карбида железа. Ответ:Fe₃C.

29. Определите формуу соединения, если массовые доли вещества, входящих в его состав, равны: кристаллизационной воды 40,10%, железа 13,86%, aзота 10,40%, Кислорода, не считая того, который находится в кристаллизационной воде, 35,64%. Ответ: Fe(NO₃)₃·9H₂O

Платиновые металлы

Электронные конфигурации внешнего и предвнешнего уровней атомов элементов и возможные степени окисления их представлены ниже.

5s 1 4d 7 5s 1 4d 8 5s 0 4d 10

VI период Os Ir Pt

(4f) 6s 2 5d 6 6s 2 5d 7 6s 1 5d 9

Характерные степени окисления:

Физические свойства

42005∙10 –7Rh1,3412,427,7

39001∙10 –7Pd1,3712,038,3

31701∙10 – 6Os1,3322,78,7

46005∙10 –6Ir1,3522,659,2

45001∙10 –6Pt1,3821,458,8

Нахождение в природе и получение. Pt – встречается в самородном виде и ей обычно сопутствуют все платиновые металлы. Процесс получения отдельных металлов состоит из сложных химических операций отделения платиновых металлов друг от друга.

Химические свойства. В ряду стандартных электродных потенциалов они (благородные металлы) практически замыкают ряд напряжений:

Pd – 2ē = Pd 2+ φ° = + 0,83 B

Наиболее активны Os,Ru,

Соединения с галогенами

Отношение к кислотам:

Os + 4H₂SO₄ OsO₄ + 4SO₂ + 4H₂O

Применяют электрохимическое растворение.

Отношение к щелочам.

5 Ru+8OH – – 6ē = RuO₄ 2– +4H₂O

3 2NO₃ – + 6HOH +10ē = N₂ + 12OH –

Соединения платиновых металлов обладают:

— неустойчивостью к нагреванию

— склонностью к комплексообразованию

Оксиды, образующиеся при нагревании металлов с О₂, легко разлагаются:

2OsO₂ OsO₄ + Os 2Ir₂O₃ Ir + 3IrO₂

2PdO₂ 2PdO + O₂ 2PdO 2Pd + O₂

Гидроксиды получают косвенно:

— гидролизе комплексных соединений

Соединения в различных степенях окисления

+2 Производные 2-х валентных элементов особенно характерны для Pd и Pt: Pd(NO₃)₂, PdCl₂∙2H₂O, гидроксиды обладают основными свойствами.

дают оксиды® Э₂О₃. Существует много комплексных соединений

+6 Производные 6-ти валентных элементов наиболее характерны для Os и Ru. При сплавлении металлов с КОН в присутствии окислителя – образуются осматы и рутенаты: K₂OsO₄∙2H₂O, K₂RuO₄∙H₂O

5.Pt-пластична и легко подвергается обработке, мал коэффициент линейного расширения, спаивается со стеклом.

Источник