Курс общей химии. Мингулина, Масленникова, Коровин_1990 -446с (996867), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Напишите уравнение реакции получения сложного эфира бутилацетата СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ХИМИИ Глава Х11 Химия конструкционныэ и эпектротнмическнэ материапов Глава Х111 Попимерные материалы и иэ прйменение в энергетике Глава Х11Г Химия воды и гопника. Химия и акрама оиружаыщед среды Глава Х'т' ядерная кимия и радио*имия Глава Х г'1 Эпектрокнмические процессы в энергетике. эпейтронике и автоматике Глава Х(! ХИМИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ И ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Конструкционные материалы (металлы, их сплавы, полимеры), а также проводники, полупроводники и диэлектрики (электротехнические материалы) используются в энергетике, электротехнике, автоматике и других областях современной техники.
Разнообразие конструкционных материалов огромно. Особенно широко применяются в создании конструкционных и электротехнических материалов магний, алюминий, с(-металлы и полимеры. В настоящей главе рассматриваются свойства 1т'-металлов н их соединений, а также химия полупроводниковых материалов. Свойства магния и алюминия (см. гл. !Х, полимеров — гл. Х((!.
4 Х(!.1. СВОЙСТВА ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ П! — УН ГРУПП П е р е х од н ы м и называют элементы, нейтральные атомы которых имеют частично заполненные электронами гу-энергетические подуровни. Заполнение с(-подуровня происходит у элементов больших периодов; д-элементы расположены в больших периодах непосредственно после а-элементов, а за ними следуют р-элементы (отсюда и название «переходные»), Электронные конфигурации атомов переходных элементов отвечают формуле ...(л — !)д''аплэ (и — номер периода)*. Все переходные элементы проявляют металлические свойства.
Это связано с электронной конфигурацией их атомов — два электрона во внешнем электронном слое (пз'), так же как у атомов з-элементов П группы. Поэтому для переходных элементов характерна низшая валентность, равная двум*": лр' Однако переходные металлы отличаются от 1-металлов многообразием валентных состояний, что также связано с электронной конфигурацией их атомов: незавершенный д-подуровень предвнешнего электронного слоя (л — 1)г('+', в то время как у атомов з-металлов устойчивая восьмиэлектронная конфигурация предвнешнего слоя (и — 1)з'р'. Многообразие валентных состояний объясняет существование большого числа химических соединений у переходных элементов по сравнению с остальными металлическими элементами периодической системы, Оксиды и гидроксиды переходных элементов, в которых они имеют низшую степень окисления, проявляют обычно основные свойства (например, МпО и Мп(ОН)е), в то время как высшие оксиды и гидроксиды характеризуются амфотерными (например, Т(Ое и Т((ОН)4) или чаще кислотными (например, МпэО, и НМпО,) свойствами.
Соединения переходных элементов с низшей степенью окисления могут быть восстановителями в химических реакциях. Так, например, ге!4 — е —. ГЕЭ4 В Реакиии 4Ре (ОН) э + Ог + 2НтΠ— ь 4Ре (ОН) э а с высшей степенью окисления могут быть только окислителями. Так, например, Мпт'ь+Зе — Мп44 в реакции 2КМпОэ+ ЗКэ5+ 4НэΠ— ь 2МпОт+ 35+ ЗКОН " В атомах некоторых г(-элементов происходит «провал» электрона (иногда двух электронов) с подуровня пх на подуровень (л — !)г(. В этих случаях элеи- тронные конфигурации атомов отвечают формулам ...(и — !)и' 'пх' или ...(л — !)И' "пх' (см. 4ХН.2 и ХИ.З). ев В соответствии с электронной конфигурацией внешнего а-подуровня пх' нли пхе для некоторых г(-элементов характерны низшие валентности, равные единице илн нулю. з!з Первым ст'-элементом в периодической системе является 21-й элемент — скандий.
Элементы подгруппы скандия. С к а н д и й Ьс и его электронные аналоги — и т т р и й У, л а н т а н ) а и а к т и н и й Ас являются элементами побочной подгруппы третьй группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Электронная структура их атомов выражается формулой (и — 1)гт'!паз, где л— номер внешнего слоя, совпадающий с номером периода.
При возбуждении атома внешние 3-электроны распариваются, поэтому скандий и его аналоги могут проявлять аалентность, равную двум. Однако для всех этих элементов более характерна валент- ность, равная трем, которая отвечает максимально возможному числу неспаренных электронов на валентных энергетических подуровнях: !а-!)д иа' ид' 4,5 зс 2,9 Ас 10,! 1.а 6,2 Плотность, г/см'. Температура плавлении, .'С Температура кипении, 'С Радиус атома, нм Радиус иона Э'т, нм .
Электроотрицательность !1л = 1) Стандартный электродный потенциал, В . 1530 2830 О,! 64 0 083 1500 3340 0,181 0,097 920 3450 О,! 87 0,104 1050 3200 0,203 0,11 ! 1,3 1,3 — 2,37 — 2,52 — 2,60 По химической активности скандий, иттрнй, лантан и актиний уступают лишь щелочным и щелочноземельным металлам. В ряду Бс — У вЂ” 1.а — Ас химическая активность заметно возрастает. С кислородом и хлором скандий и его аналоги энергично взаимодействуют на холоду, с другими неметаллами — при более или менее повышенных температурах. С малоактивными неметаллами скандий и его аналоги образуют тугоплавкие соединения типа интерметаллических, например 60Вз, УВз, (.аВз, ЬОС, (.аСз и др. Оксиды ЭзО, — тугоплавкие белые вещества с высокими теплотами образования (ЛгтЯзэа от — !660 до — 2000 кДж/моль).
ЯсзОз н УзОз в воде не растворяются; взаимодействие 1 азО, с водой сопровождается выделением значительного количества теплоты. В ряду гидроксидов Яс(ОН)з — т'(ОН)з — (.а(ОН)з— 314 Массовое содержание скандия, иттрия и лантана в земной коре составляет приблизительно 1О '%. Массовое содержание актиния в земной коре значительно ниже (порядка 1О ' % ), поскольку оба его изотопа "'Ас и "'Ас, встречающиеся в природе, радиоактивны.
Скандий, иттрий, лантан и актиний — серебристо-белые металлы. Некоторые константы, характеризующие физические и химические свойства этих металлов: Ас(ОН)з основные свойства нарастают: так Вс(ОН)з — амфотерен, а 1а(ОН), — довольно сильное основание. Металлы подгруппы скандия и их соединения широкого применения пока не имеют. Однако в настоящее время намечаются пути использования соединений скандия в электронике: некоторые ферриты, содержащие небольшие количества оксида скандия, применяются в быстродействующих счетно-решающих устройствах. Металлический скандий используется в электровакуумной технике как геттер (поглотитель газов).
Оксид иттрия также применяется в производстве ферритов, лазеров и материалов, имеющих высокотемпературную сверхпроводимость. Ферриты, содержащие иттрий, используются в слуховых приборах, в ячейках памяти счетно-решающих устройств. Изотоп вву применяют в медицине. Лантан применяется главным образом в смеси с лантаноидами. Элементы подгруппы титана. Титан Т1 и его электронные аналоги — цирконий Хг, гафний Н1 и искусственно полученный в !964 г. курчатовий Кц являются элементами побочной подгруппы четвертой группы периодической системы элементов Д.
И. Менделеева, Электронная структура их атомов выражается формулой ... (л — 1)с( пз, где и — номер внешнего слоя, совпадающий с номером периода. При возбуждении атома внешние 3-электроны распариваются, поэтому титан и его аналоги могут проявлять валентность, равную двум. Но более характерно для них четырехвалентное состояние, отвечающее максимальному числу неспаренных электронов на валентных энергетических подуровнях: 1и-11а' агг»р' яггттз Е я~~~ В ряду Т1 — Хг — Н1 устойчивость двух- и трехвалентного состояния уменьшается, а четырехвалентного возрастает. Массовое содержание титана в земной коре составляет 0,6%, что выше содержания меди, свинца или цинка.
Цирконий и гафний — рассеянные элементы. Гафний в природе обычно сопутствует цирконию. Титан, цирконий и гафний являются типичными металлами, напоминающими по внешнему виду сталь. Они тугоплавки, хорошо поддаются механической обработке. Однако присутствие в этих металлах примесей кислорода, азота, углерода или водорода весьма отрицательно сказывается на их пластичности, ковкости, прочности на разрыв и других механических характеристиках. Основные константы, характеризующие свойства рассматриваемых металлов: П хг и1 Кп Плотность, г/смз,, .
4,5 б,5 13,1 18 Температура плавления, 'С 1бб8 1852 2200 2100 Температура нипення,'С . . 3500 3500 5400 5500 ь для нурчатавия приведены предсназываемые данные. 315 Относительная электри- чесная проводимость (Нй = = 1) Радиус атома, нм Радиус иона Эзе, нм . Элентроотрицательность (63 = !) Стандартный электродный потенциал*, В ! 2 0,146 0,160 0,064 0,082 3 0,159 О,! 60 0,082 0,078 1,53 1,6 1,6 — 1,63 — 1,53 Радиусы атомов циркония и гафння, л также радиусы их ионов (Э'+) из-за лантаноидного сжатия имеют почти одинаковые размеры. Поэтому свойства циркония и гафния очень близки. Разделение Хг и Н! — одна из сложнейших проблем химической технологии.
Титан и его аналоги покрываются на воздухе чрезвычайно прочной защитной пленкой ЭОэ. Поэтому при обычной температуре они коррозионно-устойчивы в атмосферных условиях и химически устойчивы во многих агрессивных средах. Так, коррозионная стойкость титана превышает стойкость нержавеюшей стали. В азотной кислоте Т(, Хг и Н! пассивируются. Цирконий и гафний (титан в меньшей степени) устойчивы в растворах Шелочей. Концентрированная НС! растворяет при нагревании только титан (образуется Т(С[э), цирконий и гафний, в соляной кислоте не растворяются. Они растворяются лишь в тех кислотах, с которыми образуют в процессе взаимодействия анионные комплексы**.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
