Курс общей химии. Мингулина, Масленникова, Коровин_1990 -446с (996867), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Так, в ряду напрнжений марганец располагается до водорода (Е",„„.„,„= = — 1,18 В), а Тс и Ке — после него. Из элементов подгруппы марганца наибольшее практическое значение имеет сам марганец. Его отношение к кислороду, другим неметаллам, кислотам и воде зависит от физического состояния металла. Компактный Мп покрывается на воздухе тончайшей пленкой оксида, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления даже при нагревании. Мелкораздробленный марганец легко окисляется, при нагревании разлагает воду (медленно), растворяется в разбавленных НС! и НИОа, а также в горячей концентрированной серной кислоте; вода и кислоты окисляют марганец до Мп'+. В соответствии с возможными степенями окисления марганец образует несколько оксидов: МпО, Мп?04, МптОа, МпО,, Мпт07. Наиболее устойчив к воздействию атмосферы диоксид марганца Мп07, так как на воздухе оксид МпО окисляется кислородом до МпОт, а Мп02 устойчив к действию Оа и не преврашается в Мп,О,.
Характер изменения кислотно-основных свойств оксидов марганца и соответствующих им гидроксидов связан со степенью окисления элемента: * По тугоплавкости рений уступает лишь вольфраму. Для марганца типичны степени окисления +2, +4 и +7, а для технеция и рения — только высшая степень окисления (Э р).
Марганец относится к числу распространенных элементов. Его массовое содержание в земной коре О,! огг~. Технеций Тс в земной коре практически не содержится, незначительные количества этого элемента получены искусственно, причем установлено, что Тс по свойствам близок рению, а не марганцу. Рений — редкий элемент; его массовое содержание в земной коре всего 10 %.
В компактном состоянии Мп, Тс и Ке — белые металлы, похожие по внешнему виду на железо (Мп) или на платину (Тс и Ке). Важнейшие их константы: усиление основних свойств (-3 (-» (-7 МпО Мпр), МпО» МпеО Мп(ОН), Мп(ОН), Мп(ОН)» НтмпО, НМн, усиление висло»них свойств В практическом отношении наиболее важны соли марганца (П) (МпС(ь Мп50»), диоксид МпО и перманганаты — соли марганцевой кислоты НМпО». Перманганаты (например, КМпО»)— сильные окислители. На этом основано их широкое применение. Направление реакции восстановления перманганатов (иона МпО, ) зависит от среды, в которой протекает процесс (окислительная активность перманганатов также зависит от среды): кислая среда МпО, + 8Н" + 5е — Мпвэ + 4НТО, Е' = 1,5! В, нейтральная или слабошелочная среда МпО» + 2НвО+Зе — т- МпО,+-4ОН, Е" = 1,2ЗВ.
сильнощелочная среда МпО» + е — и МпО», Ео = 0,55В. Основную массу марганпа выплавляют в виде ферромарганца (сплав 60. 90 оп Мп и 40 — 10 по Ре). Марганец (в виде ферромарганца), обладая большим сродством к кислороду, используется как раскислитель при плавке стали. Одновременно марганец образует тугоплавкие соединения с серой, обезвреживая ее влияние на сталь в процессе кристаллизации. Марганец как леги. руюшая добавка к стали придает последней коррозионную стойкость, вязкость, твердость, но снижает пластичность. В цветной металлургии марганец используют для получения бронз и специальных латуней.
Из производных марганца широко применяется диоксид МпО<. Из него получают все остальные соединения марганца. МпО< применяют также в качестве дешевого окислителя в гальванических элементах. Применение рения (и тем более технеция) ограничено малой доступностью металла. И все же в настоящее время рений используют в сплавах с платиной для термопар. Рений применяют для изготовления нитей накаливания электрических ламп; он входит в состав сплавов, из которых делают перья для автоматических ручек. 4 Х«.2. СВОЙСТВА ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ УП< ГРУППЫ Металлы НН группы образуют три побочные подгруппы железа, кобальта и никеля.
Но по исторически сложившейся систематике и по сходству свойств принято объединять Ее, Со и 5(1 в семейство железа, а остальные шесть элементов (Кц, К)<, Р»(, Оз, )г и Р1) называть платиновыми металлами. Семейство железа. Атомы элементов Ре, Со и 5(( имеют соответственно следующую электронную конфигурацию: ...3»('45<, ...3(('4»' и ...З»(в45в. Отвечающие максимальному числу неспаренных электронов валентные состояния для данных элементов 325 Х1 8,9 1455 2140 ре 7,9 153б 2770 со 8,9 !495 2255 Плотность, г/смэ Температура плавлення,'С .
Температура кипения,'С Относительная электрическая прово- димость (НК = !) Относительная теплопроводимость (Нк = 1) Радиус атома, нм Радиус иона Ээ+, нм Энергия иониэанин Э Э",эВ . Стандартный электродный потенниал Ээ+!Э, В 10,8 10 14 8 0,125 0,080 7,8б 7 0,124 0,079 10 0,125 0,080 7,87 — 0,44 — 0,27 — 0,25 Значения стандартных электродных потенциалов железа, кобальта и никеля позволяют отнести их к числу металлов средней химической активности. При этом железо активнее, чем кобальт н никель.
Железо (компактное) устойчиво по отношению к сухому воздуху, но во влажном быстро корродирует и покрывается бурым гидроксндом ГеэОз нНтО, рыхлым и не предохраняющим металл от дальнейшего окисления. Реакция образования ржавчины многостадийна; суммарно ее можно выразить уравнением 4Ге+ 30э + 2пНэО = 2 (ГеэОз. яНэО) При температуре каления железо сгорает, превращаясь в «железную окалину» Рез04. При нагревании железо взаимодей- ь В технике сплавы железа принято называть черными металлами, а их производство — черной металлургией.
326 нетипичны. Наиболее характерными для них являются степени окисления +2 и +3. Причем в ряду Ге †Со †)ь(! устойчивость соединений с низшей степенью окисления элемента возрастает, а с высшей — падает. Железо — самый распространенный после алюминия металл на земном шаре. Его масса составляет 4 Я всей массы земной коры. Наиболее распространены в природе алюмосиликаты железа.
Массовые содержания кобальта и никеля в земной коре равны примерно 4 !О ' и ! (О 'ог' соответственно. Из всех металлов, используемых человечеством, железо имеет наибольшее значение. Вся современная техника связана с применением железа и его сплавова. Ежегодное мировое потребление железа превышает 500 млн. т. Потребление никеля меньше (около 300000 т); еще меньше потребление кобальта (около 20 000 т) . Железо, кобальт и никель представляют собой блестящие белые металлы с сероватым (Ре, Со) или серебристым (%) оттенком.
Железо и никель легко куются и прокатываются. Кобальт более тверд и хрупок. В отличие от других металлов Ге, Со и % притягиваются магнитом. Ниже приведены некоторые константы, характеризующие физико-химические свойства элементов семейства железа: ствует со многими неметаллами; реакции протекают особенно энергично, $ если железо мелко раздроблено. В за- 4 висимости от активности неметалла и условий проведения процесса образуются твердые растворы (с С, Ы, [к[, Р, Н), металлоподобные соединения Р. (РезС, ГезЯ, РезР, Ге4Р(, Рез[ч[) или 4 соли (РеС[, ГеЯ). Железо легко рас- с(не хо„),% творяется в кислотах, вытесняя из них водород: Рнс. ХН.). Завнснмость ско- т рости растворения железа в Ге + 2Н+ = Гете + Нз Нее, от коннентраннк кнс- Концентрированная азотная кислота пассивнрует железо.
Отношение Ре к серной кислоте зависит от концентрации Н,БО4 (рис. ХИ.!), Железу соответствуют три устойчивых оксида; РеО, Гез04" и РезОз. Все они имеют преимущественно основный характер. Гидроксиды Ре(ОН) з и Ге(ОН) з — труднорастворнмые соединения; Ге(ОН)т — основание, Ге(ОН)з проявляет слабо выраженные амфотерные свойства, что позволяет получить соль К[аГеОз. Известны также соли железной кислоты НтРе04, в которых железо имеет степень окисления +б.
Растворы солей железа (И) окрашены в бледно-зеленый цвет, а безводные соли (напрнмер, ГеС!з) бесцветны. Это объясняется образованием прн растворении солей железа аквакомплексов состава (Ре(НзО)е) +. При действии цианида калия на растворы солей железа (И) получается белый осадок цианида железа: Ге'т + 2СН = Ге(СН)г[ В избытке цианида калия осадок растворяется вследствие образования комплексной соли К4(Ге(С[к[)е), называемой гексацианоферратом(!!) калия: Ге(СМ)т+ 4КСН = Кз [Ге(СР(),! Гексацианоферрат(И) калия, кристаллизующийся с тремя молекулами воды К4(Ге(СМ)в) ЗНтО, называется также желтой кровяной солью.
При растворении в воде желтая кровяная соль диссоцинрует на ионы: К4 [Ге(СН)з! — т 4К+ + [Ге(СМ)т!" Аннов (Ге(СМ)в)4 является чувствительным реактивом на ионы Рез+: 4Ге'+ + 3 [Ге(С)Ч)е[" = Ге, (Ге(СЫ) в! з[ Образующийся осадок имеет характерную синюю окраску (берлинская лазурь). Под действием окислителей гексацианоферраты(И) переходят в гексацианоферраты(И!): 24 34 [Ге(СМ),!' — е = [Ге(СР)),!' * ГезО~ часто рассматривается как соль железистой кислоты Ге(реО,)ь Гексацианоферрат(П)) калия Ка [Ге(С(ч()е[ называется также красной кровяной солью. Ее анион [Ге(С(ч()в]' служит чувствительным реактивом на ионы Ге ~: зее~т + 2(Ге(см)е! ' = Геь(ее(см)ь),,' Образующийся осадок имеет характерный интенсивный сивий цвет (турнбулева синь)*.
Способ получения железа из руд основан на восстановлении оксидов железа углем. Поскольку расплавленное железо обладает способностью растворять углерод, то при выплавке получается не чистое железо, а сплав его с углеродом (до 4 оо), называемый чугуном. Чугун перерабатывается в сталь (до 2 ~4 углерода) и в мягкое (ковкое) железо (менее 0,3 оо углерода). Последнее идет на изготовление кровельного железа, гвоздей, проволоки и т.
п. В настоящее время нельзя назвать ни одной отрасли народного хозяйства, где бы ни применялось железо и его сплавы. Все сплавы железа делятся на чугуны и стали. Углерод в чугунах может находиться в различных формах: или в виде соединения ГеаС (цементит), или в виде графита (пластинчатого, хлопьевидного или сферического). От формы графита в значительной мере зависят свойства чугуна. Среди чугунов различают белый, серый, высокопрочный и ковкий. Белый чугун содержит весь углерод в виде цементита. Он хрупок и поэтому имеет ограниченное применение.
В основном он идет на переработку в сталь. Серый чугун (содержит только пластинчатый графит) характеризуется высокими литейными свойствами и широко применяется в машиностроении для отливки.станков и механизмов. Многие марки серого чугбуна содержат 2,4 — 3,8 Я углерода, 1 — 4 ~г~ кремния и до 1,4,4 марганца. Высокопрочный чугун получают введение.'м специальных добавок (например, Мц) в жидкий чугун. Под влиянием добавок графит кристаллизуется в сферической форме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
