Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

PIERWIASTKI BLOKU ENERGETYCZNEGO D

Spis treści Pierwiastki przejściowe Blok d – grupy poboczne Charakterystyka pierwiastków bloku d Właściwości chemiczne pierwiastków bloku d Wybrane pierwiastki bloku d Triada żelazowców Miedziowce – grupa 11 Cynkowce – grupa12 Chrom i jego związki oraz Mangan i jego związki omówione są w osobnych prezentacjach

Pierwiastki przejściowe Pierwiastki zewnątrzprzejściowe Pierwiastki wewnatrzprzejściowe Pierwiastki zewnątrzprzejściowe to pierwiastki bloku energetycznego d - pierwiastki grup pobocznych układu okresowego. Pierwiastki wewnątrzprzejściowe to pierwiastki bloku energetycznego f Do bloku tego należą lantanowce i aktynowce, będące metalami z 3 grupy układu okresowego (6 i 7 okres). LANTANOWCE AKTYNOWCE

W obrębie tej samej powłoki najniższa jest energia elektronów obsadzających orbital s, następnie wyższa dla  p (identyczna dla wszystkich trzech px, py i pz), dalej analogicznie dla elektronów na orbitalach d i w końcu f.  Przyjrzyjmy się pierwiastkom 4 okresu układu okresowego. Konfiguracja elektronowa argonu- (1s22s22p6 2s22p6) (3 okres) Po wypełnieniu orbitalu 3p (argon) powinno nastąpić zapełnianie orbitalu 3d. Tak się jednak nie dzieje!! Orbital 4s gwarantuje niższą energie niż 3d i to on jest wcześniej zapełniany elektronami Konfiguracja elektronowa dla powłoki walencyjnej Ca - : 1s2  2s2p6  3s2p6d 0  4s2 ( grupa 2) Co się dzieje od pierwiastka rozpoczynającego 3 grupę układu - Sc? Po zapełnieniu orbitalu s wyższej powłoki (4s) następuje powrót do powłoki niższej i dalej zgodnie z regułą zapełniane są orbitale typu d (5 orbitali 3d, 10 elektronów w 10 kolejnych pierwiastkach od Sc do Zn). Po wypełnieniu orbitali 3d, dalej zgodnie z regułą wypełniane są orbitale p (3 orbitale 4p, 6 elektronów, od Ga do Kr).   Analogicznie dzieje się w obrębie okresu 5 i 6, przy czym w okresie 6, po ulokowaniu na  orbitalu 5d jednego elektronu następuje wypełnienie orbitali 4f. Jest to grupa 14 pierwiastków, rozpoczynająca się lantanem (La: 1s2  2s2p6  3s2p6d10  4s2 p6d10f 0  5s2p6  d1f 0  6s2 ), zwana lantanowcami.

Konfiguracje elektronowe Blok d – grupy poboczne Konfiguracje elektronowe Pola zaciemnione oznaczają anomalie Nazewnictwo Grupa 3 - skandowce Grupa 4 - tytanowce Grupa 5 - wanadowce Grupa - chromowce Grupa 7 - manganowce Grupa 8 - żelazowce Grupa 9 - kobaltowce Grupa 10 - niklowce Grupa 11 - miedziowce Grupa 12 - cynkowce

Ru, Rh, Pd - platynowce lekkie Os, Ir, Pt - platynowce ciężkie Dla grup 8-10 właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków w obrębie grupy różnią się znacznie, natomiast są dość zgodne dla triad w obrębie okresu Fe, Co, Ni - żelazowce;  Ru, Rh, Pd - platynowce lekkie  Os, Ir, Pt - platynowce ciężkie

Charakterystyka pierwiastków bloku d Są to pierwiastki rozbudowujące podpowłokę d przy zapełnionej podpowłoce s powłoki walencyjnej wyjątki - korzystniejszy stan energetyczny atomu tzw. promocja: miedź (Cu _ [Ar]3d104s1) chrom (Cr_ [Ar]3d54s1) Elektrony walencyjne w atomach pierwiastków pobocznych rozmieszczone są na dwóch podpowłokach (n-1)d ns Wszystkie są metalami Z wyjątkiem rtęci Hg w temperaturze pokojowej są ciałami stałymi o metalicznym połysku, najczęściej barwy srebrzysto białej lub srebrzysto szarej. miedź Cu – czerwono- brązowa złoto Au – żółte chrom – srebrzysto- niebieski mangan – srebrzysto – różowy tantal – niebiesko –szary cynk – niebiesko - biały

Właściwości chemiczne pierwiastków bloku d Mała aktywność chemiczna. Metale półszlachetne – srebro; metale szlachetne – złoto, platyna, pallad, iryd. Mała elektroujemność. Tworzenie związków na różnych stopniach utlenienia. niskie stopnie utlenienia – proste kationy wyższe stopnie utlenienia – złożone aniony Z wyjątkiem metali szlachetnych, reagują po podgrzaniu z tlenem. Niektóre w temperaturze pokojowej reagują powoli z parą wodną ulegając korozji. Reakcje z kwasami: aktywniejsze od wodoru wypierają go z kwasów dając sole mniej aktywne od wodoru reagują tylko z kwasami silnie utleniającymi. Mają tendencje do tworzenia kompleksów Związki niektórych metali są barwne w roztworach wodnych jon Cu2+ Fe2+ Fe3+ Mn2+ Cr3+ MnO4- CrO42- Cr2O72- barwa niebieska jasno zielone żółte blado różowe zielone fioletowe pomarańczowe Właściwości te wiążą się z absorpcją światła przez elektrony znajdujące się na częściowo zapełnionej podpowłoce d.

Stopnie utlenienia Właściwości kwasowe amfoteryczne i zasadowe Pierwiastek Stopnie utlenienia Sc III Ti II III IV V II III IV V Cr II III IV VI Mn II IV VII Fe II III Co II Ni Cu I II Zn Zr IV Mo VI Ag I Cd Pt Hg Właściwości kwasowe amfoteryczne i zasadowe W miarę wzrostu wartościowości charakter połączeń tych pierwiastków zmienia się z zasadowego przez amfoteryczny do kwasowego. Połączenia na wyższym stopniu utlenienia utleniaczami, których reaktywność zależy od charakteru środowiska

Produkt reakcji z kwasem beztlenowym Produkt reakcji z kwasem Metal Związki z tlenem Związki z aktywnym niemetalem Produkt reakcji z kwasem beztlenowym Produkt reakcji z kwasem utleniającym (HNO3) Produkt reakcji z zasadą(NaOH) Mn MnO2, Mn2O3 MnCl2, MnS MnCl2 Mn(NO3)2 ======== Zn ZnO ZnCl2, ZnS ZnCl2 Zn(NO3)2 Na2[Zn(OH)4] Cr CrO, Cr2O3, CrO3 CrCl2, CrS CrCl2 Cr(NO3)3 Fe FeO, Fe2O3, Fe3O4 FeCl2, FeS FeCl2 Fe2O3 Cu Cu2O, CuO CuCl2, CuS Cu(NO3)2 Ag AgCl, Ag2S AgNO3

Wybrane pierwiastki bloku d TRIADA ŻELAZOWCÓW Tworzą ją pierwiastki 8, 9 i 10 grupy okresu IV Są to żelazo (Fe), kobalt (Co) i nikiel (Ni) Właściwości fizyczne: Metale, o dobrej kowalności i ciągliwości  temperatura topnienia około 1500°C. W temperaturze pokojowej wszystkie są ferromagnetykami (nikiel traci właściwości ferromagnetyczne już w temperaturze 363°C -temperatura Curie). Właściwości chemiczne: W związkach występują zazwyczaj na +2 i +3 stopniach utlenienia. W szeregu napięciowym metali leżą przed wodorem, wypierają zatem wodór z kwasów. Nie roztwarzają się w stężonym kwasie azotowym(V), ulegając pasywacji (pokrywając się cienką warstewką tlenku, nie dopuszczającą do dalszej reakcji). Tworzą zwiazki o charakterze kompleksów

Żelazo i jego właściwości Żelazo występuje w czterech odmianach alotropowych: a, b, g, d Jedynie żelazo a posiada własności ferromagnetyczne. Przemiana alotropowa żelaza a w żelazo b zachodzi w temperaturze 768°C Przemiana alotropowa żelaza b w żelazo g zachodzi w temperaturze 910°C, a w d w temperaturze powyżej 1410°C. bardzo reaktywny, reaguje z kwasami na zimno, łączy się też bezpośrednio z większością niemetali w suchym powietrzu pokrywa się warstwą tlenku (tzw. rdzą) w związkach chemicznych występują głównie na +II, +III stopniu utlenienia oraz +IV, +V i +VI w żelazianach itp. związkach stopień utlenienia II III IV V VI przykład związku FeO Fe2O3 FeO32 - FeO3- FeO42 - charakter chemiczny amfoteryczny kwasowy istnieją tylko w postaci zhydrolizowanych soli własności utleniające rosną Fe(OH)2 – jasno zielony łatwo utlenia się w powietrzu do Fe(OH)3 – brązowy 4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4 Fe(OH)3

Schemat wielkiego pieca

MIEDZIOWCE – GRUPA 11 Srebro Należą do niej miedź (Cu), srebro (Ag), złoto (Au) Konfiguracja elektronowa powłok walencyjnych (n-1)d10 ns1 sugeruje, że występować powinny jako pierwiastki jednowartościowe. W rzeczywistości często dochodzi do zaangażowania elektronów orbitali d i powstawania związków także dwu- i trójwartościowych. Srebro tworzy głównie związki jednowartościowe, miedź dwuwartościowe a złoto najczęściej występuje jako trójwartościowe. Srebro Nie utlenia się na powietrzu i dlatego występuje w skorupie ziemskiej w stanie rodzimym. W związkach występuje na +1 stopniu utlenienia. Jego powierzchnia czernieje gdyż reaguje z siarkowodorem zawartym w powietrzu: 4 Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S +2H2O Reaguje z siarką, fluorowcami. Nie wypiera wodoru z kwasów, reaguje jedynie z gorącym kwasem azotowym i siarkowym, redukując je do odpowiednich tlenków (podobnie jak miedź). Ag +  4HNO3  →  3AgNO3 +  NO  +  2H2O Amoniakalny roztwór tlenku srebra Ag2O (Ag(NH3)2OH ) jest używany do reakcji wytwarzania lustra srebrowego (reakcja charakterystyczna dla aldehydów). Halogenki srebra są światłoczułe (w fotografii stosowany jest głównie bromek srebra) i na świetle ciemnieją. 

Miedź W związkach chemicznych występuje na II, rzadziej na I stopniu utlenienia. Tworzy też związki kompleksowe ( stopień utlenienia III albo IV) W wilgotnym powietrzu atmosferycznym miedź pokrywa się zieloną patyną (zasadowy węglan miedzi(II) – Cu2(OH)2CO3). Pod wpływem działania tlenu suchego powietrza pokrywa się powierzchniowo tlenkiem Cu2O, nadającym jej charakterystyczne czerwonawe zabarwienie. Oba te procesy chronią miedź przed dalszym wpływem czynników atmosferycznych. Nie wypiera wodoru z kwasów – w szeregu elektrochemicznym znajduje się za wodorem ( potencjał dodatni) Wchodzi w reakcję z kwasami utleniającymi (HNO3, st. H2SO4) Związki miedzi na I stopniu utlenienia są nietrwałe i ulegają w roztworach wodnych dysproporcjonowaniu, dając oprócz miedzi niebieskie jony Cu2+ 2Cu+ ↔ Cu2+ + Cu0 Łączy się bezpośrednio z chlorem i siarką

Złoto Odporne na działanie większości czynników chemicznych. Rozpuszcza go (roztwarza) dopiero tzw. woda królewska (mieszanina kwasu solnego i azotowego) przeprowadzając w kwas chlorozłotowy HAuCl4. Złoto jest roztwarzane także w zasadowych roztworach cyjanków (w obecności utleniaczy, np. tlenu) tworząc kompleksy cyjanozłocianowe: 4 Au + 8 KCN + O2 + 2 H2O → 4 K[Au(CN)2] + 4 KOH Ze względu na swą niska odporność mechaniczna jest stosowane w postaci stopów, głownie z miedzią. Zawartość złota w jego stopach określa się często w karatach, czyli ilości części wagowych złota w 24 częściach wagowych stopu.

CYNKOWCE – GRUPA 12 Cynkowce: Zn (cynk), Cd (kadm), Hg (rtęć) leżą w 12 grupie układu okresowego. Konfigurację elektronów walencyjnych można przedstawić następująco: (n – 1)d10ns2 Ze względu na obecność wypełnionej podpowłoki d, co jest układem bardzo stabilnym, w pierwiastkach tej grupy elektronami walencyjnymi są praktycznie tylko dwa elektrony podpowłoki s. Pierwiastki te występują w związkach na +2 stopniu utlenienia. Cynk i kadm maja potencjały normalne ujemne, rtęć ma potencjał normalny dodatni (+0,8V). Wszystkie cynkowce tworzą kompleksy z udziałem nieobsadzonych orbitali p ostatniej powłoki. Kompleksów nie tworzy jedynie rtęć jednowartościowa. Rtęć Jest pierwiastkiem dość odpornym chemicznie. Występuje na +1 i +2 stopniu utlenienia. Reaguje z siarką oraz chlorowcami. Nie reaguje z kwasami beztlenowymi (dodatni potencjał normalny). Rozpuszcza się w kwasie azotowym(V), stężonym siarkowym(VI) i wodzie królewskiej. Np..rozcieńczony kwas azotowy z nadmiarem rtęci daje azotan rtęci(I): 6Hg + 8HNO3 → 2Hg2(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Cynk Należy do bardzo reaktywnych metali. W swych związkach jest zawsze dwuwartościowy. Na powietrzu ulega pasywacji, pokrywając się cienką warstewką zasadowego węglanu. Spala się w powietrzu niebieskozielonym płomieniem dając biały tlenek ZnO. Z kwasów wypiera wodór przechodząc w odpowiednią sól. Rozpuszcza się w roztworach ługu tworząc cynkany (pochodne kwasu cynkowego): Zn + 2NaOH + 2H2O ——>  H2  +  Na2[Zn(OH)4]   (lub w formie nieuwodnionej Na2ZnO2) Cynk jest używany do powlekania blach, rur i drutów żelaznych w celu ochrony przeciwkorozyjnej. Będąc metalem aktywniejszym od żelaza, w przypadku uszkodzenia powłoki zabezpieczającej pełni w powstałym mikroogniwie role anody i utlenia się pierwszy, chroniąc żelazo przed korozją.

Bibliografia Chemia ogólna i nieorganiczna - M. Litwin Repetytorium z chemii -M. Klimaszewska Właściwości chemiczne metali - dr inż. Krystyna Moskwa www.mlyniec.gda.pl http://wikipedia.pl//