В.В. Еремин, А.Я. Борщевский - Основы общей и физической химии (1113479), страница 39
Текст из файла (страница 39)
В кислой среде образуются соли Сгз+, в нейтральной — гидроксид хрома Сг(ОН)з, в сильнощелочной — анионный комплекс [Сг(ОН)з)~ КзСгз07+ !4НС! = ЗС!з1+ 2КС!+ 2СгС!з+ 7НзО, 2КзСгОл + 3(ННл)з5+ 2НзО = 2Сг(ОН)з1+ 35(+ 4КОН+ 6ХНз, 2КзСг04 + 3(ННл)з5+ 2КОН + 2НзО = 2Кз(Сг(ОН)з] + 35г + 6ННз. З 7.5. и'-Металльс 197 Хроматы и дихроматы некоторых металлов используют в качестве желтых, красных и оранжевых пигментов. В природе хром встречается преимущественно в виде двойного оксида — хромистого железняка ГеСгз04, переработкой которого и получают металл.
Восстановление хромистого железняка углем в электрических дуговых печах приводит к феррохрому — сплаву железа и хрома: РеСгзО~+ 4С = Ге+ 2Сг+ 4СО. Содержание хрома в нем может достигать 70;4. Металл, не содержащий железа, получают алюмотермией: СгзОз + 2А! = А!зОз + 2Сг. Наиболее чистый хром получают электролизом растворов. Хром находит широкое применение в технике. Большие количества хрома идут на производство специальных сортов сталей.
Сталь, содержащая более 13',4 хрома, не подвергается коррозии при хранении на воздухе. Из нержавеющей стали изготовляют столовые приборы, детали бытовой техники. С целью защиты от коррозии металлические изделия хромируют — покрывают тонким слоем металла. Подгруппа марганца (7 (Ч!!В) группа) включает элементы марганец Мп, технеций Тс и рений Ве. Атомы всех этих элементов имеют устойчивый наполовину заполненный Н-подуровенги (и — 1)г(з пзз. Степень окисления +2, соответствующая потере двух з-электронов, характерна только для марганца, а для его аналогов наиболее устойчива высшая степень окисления +7.
Все представители этой группы— серебристо-белые, тугоплавкие металлы. Марганец входит в число 26 наиболее распространенных элементов, рений — очень редкий и рассеянный элемент, а технеций вообще не существует в природе, так как все его изотопы радиоактивны и имеют небольшой период полураспада. Технеций был предсказан еще Д. И.
Менделеевым, но получен был лишь в 1940 г. с помощью ядерной реакции: эзМо+ О згТс+ и. Химическая активность простых веществ в ряду Мп-Тс-Ре уменьшается. Мп— довольно активный металл, находится в ряду напряжений до водорода, Тс и Ве— после него. Мп растворяется в разбавленных соляной и серной кислотах, а технеций и рений реагируют лишь с азотной кислотой: Мп+ Нз$04 = МпВ04+ Нз7, ЗТс+ 7Н)40з = ЗНТс04+ 7МОТ+ 2НзО. В мелкораздробленном состоянии марганец легко окисляется при нагревании кислородом, галогенами, азотом, серой, взаимодействует с горячей водой, вытесняя из нее водород: Мп+ 2НзО = Мп(ОН)з+ Нз(. В компактном состоянии марганец довольно устойчив на воздухе из-за наличия плотной оксидной пленки, препятствующей дальнейшему разрушению металла.
Марганец пассивируется холодной азотной кислотой. !98 7л. 7. Химия металлов Соли марганца (11), например, хлорид, бромид, сульфат, ацетат имеют красивый нежно-розовый цвет. Оксид МпО и гидроксид Мп(ОН)з, образующийся в виде бледно-розового осадка при действии щелочей на растворы солей марганца (11): МпС1з + 2НаОН = Мп(ОН)з4 + 2НаС!, проявляют основные свойства: Мп(ОН)з + Нзо04 = Мп304 + 2НзО. Соединения марганца (!!) — восстановители. Гидроксид Мп(ОН)з на воздухе быст- ро окисляется, превращаясь в бурый оксогидроксид марганца (П1): 4Мп(ОН)з+ Оз = 4МпООН+ 2НзО. Марганец в степени окисления +3 образует устойчивые оксид, гидроксид, фторид и комплексные соединения. Среди соединений Мпч'4 наиболее устойчив оксид МпОз (пиролюзит), который может быть получен окислением Мп(ОН)з бромной водой или термическим разложением нитрата марганца (11): Мп(НОз)з = МпОз + 2г!Оз.
Как и для других 4(-металлов, при увеличении степени окисления основные свойства оксидов и гндроксидов сменяются кислотными, а восстановительные — окислительными. МпОз — сильный окислитель, он окисляет концентрированную соляную кислоту до хлора: МпОз + 4НС! = МпС!з + С!з(+ 2НзО. МпОз проявляет амфотерные свойства. При сплавлении со щелочами или основ- ными оксидами образуются соответствующие манганиты; СаО+ МпОз = СаМпОз. Известны соли марганца (1Н), в которых он является катионом; например, сульфат Мп(504)м При взаимодействии с более сильными окислителями соединения марганца (1Ч) переходят в производные Мп(У!) и Мп(17П). Соединения марганца (У1) немногочисленны и малоустойчивы, наиболее известное из ннх — манганат калия КзМп04, вещество темно-зеленого цвета, образующееся при восстановлении перманганата калия в щелочной среде: Кз$0з + 2КМп04 + 2КОН = Кз504+ 2КзМп04 + НзО.
Высший оксид марганца Мпз07 представляет собой очень неустойчивую вязкую зелено-фиолетовую жидкость, взаимодействующую с водой с образованием марганцовой кислоты НМп04, которая существует только в растворе. Марганцовый ангидрид — очень сильный окислитель, при соприкосновении с ним многие органические вещества (бумага, эфир, спирт) воспламеняются. Его получают взаимодействием твердого перманганата калия с концентрированной серной кислотой: 2КМп04 + Нз804 = МпзОг + Кз504 + НзО. Из солей марганцовой кислоты — перманганатов — наиболее известен перманганат калия КМп04, обычно называемый в быту «марганцовкойэ.
Он представляет собой темно-фиолетовые, почти черные кристаллы, при растворении в воде обра- Э 7.5. а-Металлы 199 зующие ярко-окрашенный раствор малинового цвета. При небольшом нагревании он разлагается с выделением кислорода: 2КМп04 = КзМп04 + МпОз + Оз(. Это — пример внутримолекулярной окислительно-восстановительной реакции. Перманганат калия — один из самых сильных окислителей. Наиболее ярко его окислительные свойства проявляются в кислой среде, где он восстанавливается до Мпзч: МпОл + 8Н+ + бе = Мп + + 4НзО. Обесцвечивание подкисленного раствора КМп04 — качественная реакция на многие вещества-восстановители.
В щелочной среде перманганат восстанавливается до КзМпОл, в нейтральной — до МпОз Мп04 + 2НзО+ Зе = МпОз+ 40Н . В лаборатории перманганат используется как окислитель для получения хлора и кислорода, в химическом анализе, в быту — как дезинфицирующее средство. В промышленности марганец получают металлотермически — восстановлением оксидов алюминием, а также электролизом растворов солей. Значительные количества марганца используются при производстве стали в качестве восстановителя и легирующей добавки. Марганцовая сталь, содержащая от 7 до 20% Мп, отличается исключительной твердостью. Высокой прочностью и коррозионной стойкостью обладают марганцево-медные сплавы.
Из них делают лопатки турбин и винты самолетов. Семейство (триада) железа состоит из За-элементов 8 — 10 групп — железа Ге, кобальта Со, никеля %. Их свойства перечислены в табл. 7.7. Таблица 7.7. Свойства элементов семейства железа Железо — самый распространенный после алюминия металл в земной коре, а на Земле в целом, возможно — самый распространенный элемент вообще. Считают, что ядро Земли целиком состоит из железа с примесью никеля и серы. В земной коре железо присутствует в виде оксидов ГезОз (гематит, красный железняк) и Гез04 (магнетит, магнитный железняк), гидратированного оксида ГезОз.
пНзО (лимонит, бурый железняк), карбоната ГеСОз (сидерит), дисульфида ГеЯз (пирит). Именно эти минералы и являются сырьем для производства металла. Железо представляет собой серебристо-белый, мягкий металл; кобальт — серый, очень вязкий металл; никель — серебристо-белый, прочный металл. Чистые металлы получают восстановлением оксидов углем или оксидом углерода (11): ГеО+ СО = Ге+ СОз, 2ГезОз + ЗС = 4Ге+ ЗСОз, во+с = я+ со, СозОз + ЗС = 2Со + ЗСО.
200 Гл. 7. Химия металлов Соединения железа. Железо — металл средней активности. На влажном воздухе железо окисляется, покрываясь коричневой коркой гидратированного оксида РезОз кНзΠ— ржавчины. В отличие от оксида алюминия, образующего на поверхности металла тонкий, но очень плотный слой, ржавчина имеет рыхлую структуру, которая не способна защитить металл от дальнейшего воздействия среды. При нагревании железо реагирует почти со всеми неметаллами, чаще всего образуя производные Рез+: 2Ре+ ЗС!з = 2РеС!з. В кислороде железо сгорает с образованием черного порошка железной окалины— оксида железа (П, П!) Рез04, имеющего тот же состав, что и природный минерал магнитный железняк.
Железо в соединениях проявляет две степени окисления +2 и +3, из них последняя более устойчива. Соединения железа(11) образуются при взаимодействии металла с разбавленными кислотами — соляной и серной: Ре+ Нз$04 = РеЗОл+ Нз !. Холодными концентрированными азотной и серной кислотами железо пассивируется, а при нагревании растворяется с образованием солей железа (П1): 2Ге+ 6Нз804(конц ) = Рея(804)з + ЗЯОзТ + бНзО, Ре+ бННОз(конц.) = Ре(ХОз)з + ЗИОзТ+ ЗНзО. В обычных условиях железо не растворяется в растворах щелочей. Гидроксид железа (П) Ре(ОН)з образуется при действии растворов щелочей на соли железа (П) без доступа воздуха; РеЯОл + 2НаОН = Ре(ОН)з1+ )чаз504. Ре(ОН)з — вещество белого цвета, проявляет свойства слабого основания, растворимо в сильных кислотах: Ре(ОН)з + Нз304 = Ре304+ 2НзО. При стоянии на воздухе Ре(ОН)з быстро темнеет из-за образования бурого гид- роксида Ре(ОН)з.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
