d-Элементы часто называют переходными, так как они расположены в периодической системе в больших периодах между s- и p- элементами.
Характерной особенностью d-элементовявляется то, что в их атомах заполняются орбитали не внешнего, а предвнешнего слоя.
Свойства d-элементов:
1) Все d-элементыявляются металлами.
2) Атомы d-элементовхарактеризуются сравнительно невысокими значениями первой энергии ионизации.
3) Энергии ионизации атомов в общем увеличивается сверху вниз.
4) Наиболее устойчивы электронные конфигурации d 0 ; d 5 ; d 10 .
5) Восстановительная активность элементов в одной и той же степени окисления в пределах каждой декады снижается.
6) Полярность связи в соединениях при увеличении степени окисления уменьшается.
7) Многие d-элементыи их соединения являются катализаторами химических процессов.
В земной коре элементы подгруппы скандия очень распылены и отдельных минералов не образуют. Поэтому их трудно выделить в чистом виде. Для получения скандия его концентраты переводят в ScF3, который кальцием термически восстанавливают до металла, а затем перегоняют под вакуумом;
Скандий — Металл, издающий СТРАННЫЕ ЗВУКИ!
Sc, Y и La получают также электролизом расплавленных хлоридов.
Скандий и его аналоги по химической активности уступают лишь щелочным и щелочно-земельнымметаллам. В ряду Sc – Y – La – Ac химическая активность заметно возрастает.
С водой металлы IIIВ группы реагируют с выделением водорода.
Исключение составляет скандий, покрывающийся в воде малорастворимой оксид-гидроксидной пленкой.
Если оксид и гидроксид Sс(III) проявляют признаки амфотерности то соответствующие соединения Y(III) и La(III) реагируют только с кислотами.
Оксиды Э2О3 – тугоплавкие белые кристаллические вещества. Химическая активность в ряду Sc2O3 – Y2O3 – La2O3 существенно возрастает.
Так, если Sc2O3 с водой практически не взаимодействует, то реакция La2O3 с водой сопровождается выделением теплоты(гашение). В ряду гидроксидов Sc(OH)3 – Y(OH)3 – La(OH)3 – Ac(OH)3 усиливаются основные признаки и возрастает растворимость в воде.
Применение: Трудности извлечения, концентрирования и разделения элементов подгруппы скандия сдерживают их широкое использование, однако существует ряд узких, но важных областей их применения, где затраты на добычу окупаются. Например, иттрий используется в ядерной технике и для легирования сталей; из оксидов скандия и иттрия изготавливают лазерные, а также ферромагнитные материалы и люминофоры; оксид иттрия используется для получения огнеупорной прозрачной керамики.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
8.2. Элементы iiiв подгруппы (подгруппа скандия)
Элементы IIIВ-подгруппы полные электронные аналоги (скандий — Sc, иттрий — Y, лантан — La и радиоактивный актиний — Ac) с общей электронной формулой (n-1)d 1 ns 2 . Наличие на d-подуровне единственного электрона обуславливает повышенную активность данных элементов и образование ими соединений в степени окисления +3. В ряду Sc – Y – La – Ac химическая активность заметно возрастает: скандий напоминает по свойствам алюминий, а его аналоги приближаются к щелочноземельным металлам. Для скандия типично координационное число 6, для иттрия и лантана оно достигает 8 и 9.
Строение атома: элементы побочных подгрупп
Скандий, иттрий и лантан рассеянные элементы, самостоятельных рудных месторождений не образуют. Получают их электролизом хлоридов в расплавах или металлотермическим методом.
Химические свойства. При повышенных температурах они реагируют практически со всеми неметаллами, исключая инертные газы. В ряду активности металлов расположены далеко впереди
водорода. Скандий из-за пассивирования с водой не реагирует, а лантан уже при обычных условиях медленно реагирует с водой:
Металлы легко взаимодействуют с разбавленными кислотами, причем разбавленную азотную кислоту восстанавливают до нитрата аммония:
Соединения элементов подгруппы скандия
Оксиды — Э2О3 — белые кристаллические тугоплавкие вещества. Получают прямым синтезом или разложением нитратов при 250 ºС:
В ряду оксидов Sc2О3 – Y2О3 – La2О3 ослабевают кислотные свойства и усиливаются основные, активность взаимодействия с водой возрастает.
В ряду гидроксидов Sc(ОН)3 – Y(ОН)3 – La(ОН)3 увеличивается растворимость в воде и усиливаются основные признаки, так Sc(OH)3 — амфотерен, а La(OH)3 — сильное основание, растворимое в воде (щелочь).
Галогениды и соли скандия, иттрия, лантана напоминают по свойствам галогениды и соли алюминия. К образованию комплексных галогенидов склонен лишь фторид скандия, для которого известны гексафтороскандиаты M +1 3[ScF6], которые устойчивы и растворимы в воде.
8.3. Элементы ivв подгруппы (подгруппа титана)
Элементы IVB-подгруппы (титан — Ti, цирконий — Zr, гафний — Hf и курчатовий — Ku) полные электронные аналоги с общей электронной формулой (n-1)d 2 ns 2 . При переходе от Ti к Zr атомные радиусы возрастают, а Zr и Hf из-за лантаноидного сжатия имеют практически одинаковые размеры атомов и ионов, в связи с чем их свойства близки.
Титан — довольно распространенный элемент (кларк равен 0,25 мол.%), основные минералы: рутил — TiO2, ильменит — FeTiO3, перовскит — CaTiO3. Цирконий и гафний — рассеянные элементы. Основные минералы циркония: циркон — ZrSiO4 и баддалеит — ZrO2.
Простые вещества титан, цирконий и гафний — серебристо-белые тугоплавкие и прочные металлы, хорошо поддающиеся механической обработке. Титан легкий металл (4,5 г/см 3 ), цирконий и гафний — металлы тяжелые.
Металлы подгруппы титана получают в промышленности металлотермическими методами:
Титан ввиду его прочности и легкости широко используется в самолетостроении и кораблестроении, из него изготавливают корпуса подводных лодок. Цирконий и в меньшей мере гафний используются как конструкционные материалы в атомной энергетике.
Химические свойства. При обычных условиях титан, цирконий и гафний устойчивы. При нагревании горят в атмосфере кислорода, образуя оксиды ЭО2, реагируют с азотом (ЭN) при 800 ºС и галогенами (ЭHal4) при 140 – 400 ºС. Титан при нагревании растворяется в соляной кислоте:
Цирконий и гафний взаимодействуют с кислотами лишь в том случае, когда есть условия для их окисления и образования устойчивых анионных координационных соединений. Так они реагируют с плавиковой и концентрированной серной кислотами, а также со смесью HF + HNO3 или с «царской водкой»:
К растворам щелочей цирконий и гафний (в меньшей степени титан) устойчивы.
Источник: studfile.net
Элементы подгруппы IIIA
Скандий Sc, иттрий Y, лантан La и актиний Ac составляют подгруппу скандия, элементы подгруппы ШВ. Внешний валентный слой их отвечает формуле(n-1)d 1 ns 2 . Наличие одного электрона на d-подуровне обусловливает малую устойчивость данной конфигурации. Поэтому все элементы подгруппы скандия имеют постоянную степень окисления +3.
Способы получения
В земной коре элементы подгруппы скандия очень распылены и отдельных минералов не образуют. Получают их обычно электролизом расплавов хлоридов или чаще металлотермической обработкой хлоридов и оксидов:
Ас -также искусственным путем в ядерных реакторах:
Физические и химические свойства
В виде простых веществ элементы подгруппы скандия — белые металлы (см. табл.3.45)
Некоторые свойства элементов подгруппы скандия
| Металл | Rат, нм | Плотность, г/см 3 | Jион., эВ | Стандартный элект-родный потенциал процесса: Э +3 +3е — = Э, В | Tпл., 0 С | Tкип. 0 C | Содержание в земной коре, % |
| Sc | 0,164 | 3,02 | 6,56 | — 2,08 | 3·10 — 4 | ||
| Y | 0,181 | 4,47 | 6,21 | — 2,37 | 2,6·10 — 4 | ||
| La | 0,187 | 6,17 | 5,57 | — 2,52 | 2,5·10 — 4 | ||
| Ac | 0,203 | 10,1 | 5,12 | — 2,6 | 5·10 — 15 |
Это весьма активные металлы, уступая по химической активности только щелочным и щелочноземельным металлам. При более сильном нагревании они все реагируют с большинством неметаллов, а при сплавлении — с металлами. Эти реакции можно представить в виде схемы:
В ряду Sc -Y- La — Ас активность заметно возрастает, о чем свидетельствует значения их электродных потенциалов (см. табл.3.4.).
Скандий вследствие пассивирования с водой не реагирует, а лантан уже при обычных условиях медленно разлагает воду:
С основными кислотами (HF, H2SO4, HNO3, CH3COOH) металлы реагируют уже на холоде, медленно окисляются на воздухе,- резко увеличивают свою активность при нагревании.
Все металлы легко взаимодействуют с разбавленными кислотами (HCL, H2SO4, HNO3) причем в разбавленной азотной кислоте выделяется нитрат аммония:
Химически инертны в растворах щелочей.
Соединения металлов
Практически во всех своих соединениях элементы группы III B проявляют степень окисления +3. При этом устойчивость бинарных соединений от Sc к Ас растет. Соединения Э 3 + чаще всего белые кристаллические вещества.
Соединения с неметаллами. Скандий и его аналоги образуют с бором, углеродом, кремнием, азотом, фосфором, серой тугоплавкие соединения, часто с металлическими свойствами, например ScN, LaC2, Sc5Si3, Sc3Si5, ScSi2,YB2, YB6,LaB6. Многие из них не обладают стехиометрическим составом.
Гидриды.Это в основном твердые соединения типа ЭН2 (при недостатке водорода) и ЭН3 (при избытке); электропроводны. Гидриды ЭН2 легко окисляются кислородом и реагируют с водой:
Галогениды. При обычных условиях это— твердые вещества, причем температура плавления фторидов (~1400°С) существенно выше, чем остальных галогенидов (от 700 до 1000 °С). Фториды в отличие от остальных соединений этого типа негигроскопичны и нерастворимы в воде. Устойчивость соединений в ряду ЭГ3, ЭСI 3, ЭВг3, ЭI3 убывает.
Галогениды ЭГ3 (Г = СI — , Вг — , I — ) гидролизуются обычно по схеме:
При нагревании образуются оксогалогениды типа ЭОГ.
Оксиды.Все оксиды — тугоплавкие белые кристаллические вещества, плохо растворимые в воде и щелочах и хорошо — в разбавленных кислотах, особенно при нагревании. Некоторые свойства оксидов приведены ниже:
С водой оксиды взаимодействуют по схеме:
Гидроксиды. При обработке солей Э+ 3 растворами щелочей (или водным аммиаком) получаются белые студнеобразные осадки Э(ОН)3, трудно растворимые в воде, но растворимые в минеральных кислотах. При нагревании они постепенно теряют воду и превращаются в оксиды:
Исключая амфотерный Sc(OH)3, гидроксиды являются довольно сильными основаниями, причем основные свойства усиливаются от Sc(OH)a до Ас(ОН)3.
При обработке оксидов и гидроксидов минеральными кислотами образуются соответствующие соли Э +3 . Многие из них выделяются в виде различных кристаллогидратов.
Применение
Sc, Y, La используются как легирующие добавки при изготовлении специальных сплавов, стойких к высоким температурам и коррозии.
Оксиды Э2О3 применяются в качестве катализаторов в производстве огнеупорной керамики, ферритов, лазерных материалов. Y2О3 является одной из составляющих высокотемпературных сверхпроводящих материалов. La и его оксид широко используются при изготовлении оптических приборов.
В радиотехнике и радиоэлектронике нашли применение халькогениды скандия. В последнее время получены высокотемпературные проводники на основе оксидов стронция и лантана.
Вопросы и упражнения
1. Напишите уравнение образования двойных солей лантана типа М 1+ [Э(SO4)2], М2 1+ [Э(NO3)5], М 1+ [Э(CO3)2].
2. Как получают гидроксиды Sс, La. Составьте уравнения их получения.
3. Какой из гидроксидов подгруппы скандия обладает амфотерными свойствами. Докажите их с помощью соответствующих уравнений.
4. Составьте уравнения реакций растворения скандия в азотной и серной концентрированных кислотах.
5. Как растворяется лантан во фтористоводородной кислоте?
6. Приведите примеры получения лантана.
7. Кто из металлов подгруппы скандия будет более активно растворяться в разбавленных кислотах (HCL, H2SO4)? Составьте уравнения реакций.
8. Сколько скандия выделится на катоде при пропускании через расплав SсС13 тока силой 10А в течение 20ч?
9. При работе гальванического элемента Sc|Sc(NO3)3||Cr2(SO4)3|Cr восстановилось до свободного металла 31,2г хрома. На сколько уменьшилась масса скандиевого электрода.
10. Имеются растворы одинаковой молярности Sc(NO3)3 и Lа(NO3)3. Для какого из этих растворов значение рН больше и почему?
Источник: megaobuchalka.ru