Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 Materiały internetowe /1C-Watts/dl/Lecture_Notes/Lecture18.%2011- 15-06%20Transition%20Metals%201.pdfhttp://www.chem.ucsb.edu/coursepages/06fall.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 Materiały internetowe /1C-Watts/dl/Lecture_Notes/Lecture18.%2011- 15-06%20Transition%20Metals%201.pdfhttp://www.chem.ucsb.edu/coursepages/06fall."— Zapis prezentacji:

1 1 Materiały internetowe /1C-Watts/dl/Lecture_Notes/Lecture18.% %20Transition%20Metals%201.pdfhttp://www.chem.ucsb.edu/coursepages/06fall /1C-Watts/dl/Lecture_Notes/Lecture18.% %20Transition%20Metals%201.pdf k/chem162A_sum04/handout_Lecture_15.pdfhttp://depts.washington.edu/chemcrs/bulkdis k/chem162A_sum04/handout_Lecture_15.pdf files/ch1120-srsylves/Chapter%2020.pdfhttp://www.chemistry.mtu.edu/pages/courses/ files/ch1120-srsylves/Chapter%2020.pdf nsitionmetals.pdf

2 2

3 3 10 kolumn układu od 3 do 12 blok d

4 4 blok f

5 5 Konfiguracje elektronowe pierwiastków przejściowych IV okresu

6 6 Konfiguracje poszczególnych pierwiastków d-elektronowych na zerowym stopniu utlenienia

7 7 Stopnie utlenienia pierwiastków przejściowych Pierwiastki d-elektronowe zawierają na zewn. orbitalach typu s 1 lub 2 elektrony: - wszystkie są metalami, - występują niemal wszystkie na +2 st. utl. (struktura s 2 ), a niektóre na +1 st. utl. (miedziowce), - zawierają elektrony na orbitalach typu d i dlatego występują na wyższych stopniach utlenienia, np. Cr(VI), Mn(VII), Pt(IV), Au(III), Os(VIII), - puste orbitale typu d są powodem silnej skłonności tych pierwiastków do tworzenia związków kompleksowych (koordynacyjnych) np. z ligandami cyjankowymi lub korbonylkowymi. Pierwiastki d-elektronowe zawierają na zewn. orbitalach typu s 1 lub 2 elektrony: - wszystkie są metalami, - występują niemal wszystkie na +2 st. utl. (struktura s 2 ), a niektóre na +1 st. utl. (miedziowce), - zawierają elektrony na orbitalach typu d i dlatego występują na wyższych stopniach utlenienia, np. Cr(VI), Mn(VII), Pt(IV), Au(III), Os(VIII), - puste orbitale typu d są powodem silnej skłonności tych pierwiastków do tworzenia związków kompleksowych (koordynacyjnych) np. z ligandami cyjankowymi lub korbonylkowymi.

8 8 Stopnie utlenienia

9 9 Stopnie utlenienia i związki chemiczne pierwiastków d-elektronowych

10 10

11 11 Typy tlenków i jonów pierwiastków d- elektronowych na różnych stopniach utlenienia występujące w roztworach wodnych

12 12 Właściwości kwasowo - zasadowe pierwiastków d-elektronowych - Niższe stopnie utlenienia - właściwości zasadowe - Wyższe stopnie utlenienia - właściwości kwaśne - Pośrednie stopnie utlenienia - właściwości amfoteryczne - Niższe stopnie utlenienia - właściwości zasadowe - Wyższe stopnie utlenienia - właściwości kwaśne - Pośrednie stopnie utlenienia - właściwości amfoteryczne

13 13 Stopnie utlenienia: Z wyjątkiem Cu, metale przejściowe pierwszego szeregu łatwiej ulegają utlenieniu niż wodór.

14 14 Barwa związków chemicznych Wiele związków pierwiastków grup pobocznych wyróżnia się zabarwieniem - absorpcja w obszarze widzialnym - niewielkie różnice energetyczne poziomów orbitali d Bezbarwne d 0 i d 10 - elektronowe Np: Ti 4+, Sc 3+, Ag +, Zn 2+, Cd 2+, Hg 2+ Barwne : od 1 do 9 elektronów na orbitalach typu d Przykłady: V 3+ zielony, Cr 3+ zielony, Ni 2+ zielony, Mn 2+ różowy, Cu 2+ niebieski, Fe 2+ zielony, Co 2+ różowy Wiele związków pierwiastków grup pobocznych wyróżnia się zabarwieniem - absorpcja w obszarze widzialnym - niewielkie różnice energetyczne poziomów orbitali d Bezbarwne d 0 i d 10 - elektronowe Np: Ti 4+, Sc 3+, Ag +, Zn 2+, Cd 2+, Hg 2+ Barwne : od 1 do 9 elektronów na orbitalach typu d Przykłady: V 3+ zielony, Cr 3+ zielony, Ni 2+ zielony, Mn 2+ różowy, Cu 2+ niebieski, Fe 2+ zielony, Co 2+ różowy

15 15 Stopnie ultenienia Kolory związków manganu na różnych stopniach utlenienia (od lewej do prawej): Mn 2+ Mn 3+ Mn 4+ Mn 6+ Mn 7+

16 16 _ _ _ _ dz2dz2 d yz d xz d xy d x 2 - y 2 _ _ _ _ _ Izolowany kation metalu orbitale d kation metalu w otoczeniu oktaedrycznym E poziomy energetyczne orbitali d Oktaedryczne pole krystaliczne egeg egeg t 2g symbol g oznacza środek symetrii

17 17 Oktaedryczne pole krystaliczne Konfiguracja dla struktur d 4 - d 7 zależy od wartości 10 Dq. Wartość ta zależy od natężenia pola elektrycznego wytwarzanego przez ligandy. Im silniejsze pole tym większe rozszczepienie orbitali d

18 18 Kolory kompleksów metali przejściowych Kolorowe kompleksy absorbują promieniowanie w zakresie widzialnym ( nm). Promieniowanie nie absorbowane jest transmitowane. Kolor obserwowany jest uzupełniającym kolorem w stosunku do koloru zaabsorbowanego

19 19 Światło widzialne biały = wszystkie kolory (długości fal) 400 nm 700 nm długość fali, nm wyższa energianiższa energia (Każda długość fali odpowiada innemu kolorowi)

20 20 kolor absorbo- wany kolor obserwo- wany

21 21 Kolory kompleksów metali przejściowych Absosbcja promieniowania of UV-Vis przez atom, jon, cząsteczkę: –Następuje jeśli promieniowanie ma energię potrzebną do przeniesienia elektronu ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego »t.j., z obritalu o niższej energii na orbital o wyższej energii »energia promieniowania zaabsorbowana = różnica enegii stanu wzbudzonego i podstawowego

22 22 Szereg spektrochemiczny [Fe(CN) 6 ] 3- posiada jeden niesparowany elektron [FeF 6 ] 3- posiada 5 niesparowanych elektronów [Fe(CN) 6 ] 3- posiada jeden niesparowany elektron [FeF 6 ] 3- posiada 5 niesparowanych elektronów

23 23 białe światło Czerwone światło zaabsorbowane Zielone światło obserwowane Dla kompleksów metali przejściowych, odpowiada energii światła widzialnego. Absorbcja promieniowania powoduje przejście elektronu ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego. Kolory kompleksów metali przejściowych

24 24 zielony fioletowy żółty Kolory kompleksów metali przejściowych

25 25 Właściwości pierwiastków d- elektronowych · Typowe właściwości metaliczne: - połysk metaliczny, - dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne (szczególnie miedziowce), - wytrzymałość mechaniczna, - kowalność. · Krystalizują w 3 typach sieci metalicznych, tj. A1, A2, A3 · Wysokie temperatury topnienia: Rekordzista: - wolfram o C. Cynkowce - wyjątkowo niskie. Pozostałe mają wysokie temp.topnienia. · Typowe właściwości metaliczne: - połysk metaliczny, - dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne (szczególnie miedziowce), - wytrzymałość mechaniczna, - kowalność. · Krystalizują w 3 typach sieci metalicznych, tj. A1, A2, A3 · Wysokie temperatury topnienia: Rekordzista: - wolfram o C. Cynkowce - wyjątkowo niskie. Pozostałe mają wysokie temp.topnienia.

26 26 Temperatury topnienia

27 27 Promienie atomowe

28 28 Względne gęstości · Z wyjątkiem skandu (d = 3,0 kg/dm 3 ), itru (4,47 kg/dm 3 ) oraz tytanu (4,54 kg/dm 3 ) ich gęstości przekraczają wartości 5,0 kg/dm 3, tzn. są metalami ciężkimi. osm - 22,6 kg/dm 3, iryd - 22,7 kg/dm 3, platyna - 21,5 kg/dm 3 · Z wyjątkiem skandu (d = 3,0 kg/dm 3 ), itru (4,47 kg/dm 3 ) oraz tytanu (4,54 kg/dm 3 ) ich gęstości przekraczają wartości 5,0 kg/dm 3, tzn. są metalami ciężkimi. osm - 22,6 kg/dm 3, iryd - 22,7 kg/dm 3, platyna - 21,5 kg/dm 3

29 29 Elektroujemność Elektroujemność rośnie w okresach od 3-ciej do 11- tej grupy. Okres 4: Sc (1,3), Ti (1,3), Mn (1,7), Fe (1,9), Cu (1,9). Niska elektroujemność oznacza raczej metale nieszlachetne: Zn (1,6), Sc (1,3), Fe (1,9), Mn (1,7). Wysoka elektroujemność oznacza metale szlachetne: Au (2,4), Pt (2,2), Pd (2,2), Ir (2,2), Cu (1,9), Ag (1,9), Hg (1,9). W grupie 12-stej występują pierwiastki o niższej elektroujemności. Elektroujemność rośnie w okresach od 3-ciej do 11- tej grupy. Okres 4: Sc (1,3), Ti (1,3), Mn (1,7), Fe (1,9), Cu (1,9). Niska elektroujemność oznacza raczej metale nieszlachetne: Zn (1,6), Sc (1,3), Fe (1,9), Mn (1,7). Wysoka elektroujemność oznacza metale szlachetne: Au (2,4), Pt (2,2), Pd (2,2), Ir (2,2), Cu (1,9), Ag (1,9), Hg (1,9). W grupie 12-stej występują pierwiastki o niższej elektroujemności.

30 30 Związki międzymetaliczne Metale d-elektronowe tworzą liczne stopy Stopy żelaza: Żeliwo % Fe, % C stal ,5 % Fe, 0,5 - 2,0 % C stal nierdzewna % Fe, % Cr, 7 - 9% Ni Stopy miedzi – brązy i mosiądze Metale d-elektronowe tworzą liczne stopy Stopy żelaza: Żeliwo % Fe, % C stal ,5 % Fe, 0,5 - 2,0 % C stal nierdzewna % Fe, % Cr, 7 - 9% Ni Stopy miedzi – brązy i mosiądze

31 31 Stopy substytucyjne i nieuporządkowane Atomy 2 różnych metali zajmują równocenne pozycje w sieci. Tutaj można wyróżnić dwie podsieci - atomów A i atomów B Atomy 2 różnych metali zajmują równocenne pozycje w sieci. Tutaj można wyróżnić dwie podsieci - atomów A i atomów B Rozmieszczenie atomów B w sieci metalu A jest przypadkowe Rozmieszczenie atomów B w sieci metalu A jest przypadkowe

32 32 Stopy Warunkiem powstania stopu substytucyjnego jest: - podobieństwo promieni atomowych ± 15% - podobna struktura elektronowa Przykłady : a) złoto - pr. at. 144,2 pm - sieć A1 srebro - pr. at. 143,2 pm - sieć A1 Różnica promieni 0,7% - nieograniczona mieszalność b) cynk - pr. at. 133 pm - sieć A3 miedź - pr. at. 128 pm - sieć A1 Różnica promieni 3,7% - rozpuszczalność Zn w Cu jest ograniczona (do 35%) Rodzaj stopu zależy także od sposobu jego otrzymywania: - Stopy szybko ochładzane mają strukturę nieuporządkowaną. - Natomiast długotrwałe ogrzewanie prowadzi do stopów substytucyjnych. Warunkiem powstania stopu substytucyjnego jest: - podobieństwo promieni atomowych ± 15% - podobna struktura elektronowa Przykłady : a) złoto - pr. at. 144,2 pm - sieć A1 srebro - pr. at. 143,2 pm - sieć A1 Różnica promieni 0,7% - nieograniczona mieszalność b) cynk - pr. at. 133 pm - sieć A3 miedź - pr. at. 128 pm - sieć A1 Różnica promieni 3,7% - rozpuszczalność Zn w Cu jest ograniczona (do 35%) Rodzaj stopu zależy także od sposobu jego otrzymywania: - Stopy szybko ochładzane mają strukturę nieuporządkowaną. - Natomiast długotrwałe ogrzewanie prowadzi do stopów substytucyjnych.

33 33 Stopy W przypadku ograniczonej rozpuszczalności mogą powstawać formy o zmiennym składzie. Mają one struktury różne od metalu A i metalu B. Przykład: stop Ag-Cd: % Cd faza - sieć A % Cd faza - sieć A % Cd faza - struktura skomplikowana (regularna) % Cd faza - sieć A3 > 82 % Cd zdeformowana sieć heksagonalna Struktury tych faz odpowiadają skomplikowanym wzorom chemicznym. W przypadku ograniczonej rozpuszczalności mogą powstawać formy o zmiennym składzie. Mają one struktury różne od metalu A i metalu B. Przykład: stop Ag-Cd: % Cd faza - sieć A % Cd faza - sieć A % Cd faza - struktura skomplikowana (regularna) % Cd faza - sieć A3 > 82 % Cd zdeformowana sieć heksagonalna Struktury tych faz odpowiadają skomplikowanym wzorom chemicznym.

34 34 3 wykazują tendencje do gęstego upakowania. istnieje kilka przyczyn do tworzenia gęstego upakowania: - dla jednego pierwiastka takie same promienie atomowe. - wiązanie metaliczne nie jest wiązaniem kierunkowym - odległości pomiędzy atomami jak najmniejsze celem obniżenia energii wiązania. posiadają proste struktury krystaliczne. Kryształy metaliczne BCCFCCHCP

35 35 Właściwości magnetyczne Szczególny rodzaj paramagnetyzmu to ferromagnetyzm - istnienie domen jednakowego ułożenia spinów elektronowych: Fe, Co, Ni, Gd (i ich stopy). Szczególny rodzaj paramagnetyzmu to ferromagnetyzm - istnienie domen jednakowego ułożenia spinów elektronowych: Fe, Co, Ni, Gd (i ich stopy).

36 36 Międzywęzłowe związki metali d- elektronowych: wodorki, węgliki, azotki i borki Związki te wykazują podobne właściwości do metali : - połysk metaliczny, - dobre przewodnictwo - obniża się w miarę podwyższania temp., tak jak u metali, - cechuje je znaczna twardość - szczególnie wysokie temperatury topnienia. Związki te wykazują podobne właściwości do metali : - połysk metaliczny, - dobre przewodnictwo - obniża się w miarę podwyższania temp., tak jak u metali, - cechuje je znaczna twardość - szczególnie wysokie temperatury topnienia. J a k a s i e ć ? Atomy metalu tworzą sieć o gęstym ułożeniu atomów - przeważnie typu A1. Promienie atomowe pierwiastków d-elektronowych są rzędu pm Atomy niemetalu - w lukach - zajmują pozycje międzywęzłowe, przyczyna - małe promienie niemetali: H B C N 37 pm 85 pm 77 pm 77 pm J a k a s i e ć ? Atomy metalu tworzą sieć o gęstym ułożeniu atomów - przeważnie typu A1. Promienie atomowe pierwiastków d-elektronowych są rzędu pm Atomy niemetalu - w lukach - zajmują pozycje międzywęzłowe, przyczyna - małe promienie niemetali: H B C N 37 pm 85 pm 77 pm 77 pm

37 37 Międzywęzłowe związki metali d- elektronowych: wodorki, węgliki, azotki i borki Temperatury topnienia ( o C): TiC HfC TaC TaN ZrN TaB ZrB Temperatury topnienia ( o C): TiC HfC TaC TaN ZrN TaB ZrB Węglik tytanu (TiC) jest najtwardszym znanym materiałem obok diamentu i jest bardzo odporny na utlenianie. Azotki ZrN i NbN są niezwykle ogniotrwałe. Są one nadprzewodnikami. Węglik tytanu (TiC) jest najtwardszym znanym materiałem obok diamentu i jest bardzo odporny na utlenianie. Azotki ZrN i NbN są niezwykle ogniotrwałe. Są one nadprzewodnikami.

38 38 Karbonylki pierwiastków d- elektronowych Związki koordynacyjne metali d-elektronowych z tlenkiem węgla, jako ligandem, to k a r b o n y l k i M(CO)m - jednordzeniowe Mn(CO)m - wielordzeniowe Związki koordynacyjne metali d-elektronowych z tlenkiem węgla, jako ligandem, to k a r b o n y l k i M(CO)m - jednordzeniowe Mn(CO)m - wielordzeniowe Reguła - "18" - liczba elektronów walencyjnych atomu centralnego i liczba elektronów dostarczonych przez cząsteczkę CO wynosi 18 (liczba elektronów atomu helowca - położonego najbliżej w układzie okresowym). Reguła - "18" - liczba elektronów walencyjnych atomu centralnego i liczba elektronów dostarczonych przez cząsteczkę CO wynosi 18 (liczba elektronów atomu helowca - położonego najbliżej w układzie okresowym).

39 39 Karbonylki pierwiastków d- elektronowych

40 40

41 41

42 42

43 43

44 44

45 45

46 46

47 47

48 48

49 49

50 50

51 51

52 52

53 53

54 54

55 55

56 56

57 57

58 58

59 59

60 60

61 61

62 62

63 63


Pobierz ppt "1 Materiały internetowe /1C-Watts/dl/Lecture_Notes/Lecture18.%2011- 15-06%20Transition%20Metals%201.pdfhttp://www.chem.ucsb.edu/coursepages/06fall."

Podobne prezentacje


Reklamy Google