Анализ свойств свободных атомов и физико-химических показателей характеристических соединений элементов 7Б группы периодической системы
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Курский государственный университет»
Кафедра химии
Курсовая работа
по дисциплине«Неорганическая химия»
на тему:
«Анализ свойств свободных атомов и физико-химических показателей характеристических соединений элементов 7Б группы периодической системы элементов Д.И.Менделеева»
Курск – 2012
Содержание
- Введение…………………………………………………………
……….3 - Свойства элементов 7Б группы ПСХЭ Д.И. Менделеева
- Общая характеристика…………………………………………
……6 - Физические свойства………………………………………………...7
- Химические свойства………………………………………………...9
- Заключение……………………………………………………
…………..15
Литература……………………………………………………
1.Введение
Марганец. Марганец известен с 1774 г. Существование его аналогов было предсказано Д.И. Менделеевым в 1870 г. O соединении марганца пиролюзите (MnO2), о его способности обесцвечивать стекло упоминается в трудах Плиния. Правда, в древности и в средние века пиролюзит не отличали от сходных по внешнему виду минералов, содержащих железо, особенно от магнетита и гематита, и в связи с этим называли его тоже магнезией. Ремесленники - стеклоделы, пользуясь пиролюзитом для обесцвечивания стекла, именовали его иногда мангановым камнем (Lapismanganensis), мылом стеклоплавильщиков, мылом стекла (Sapovitri) из-за его обесцвечивающей способности. В 1740 г. Потт с помощью магнита доказал, что пиролюзит не содержит железа; позднее он подтвердил это заключение тем, что пиролюзит не изменяется при прокаливании и некоторых химических реакциях. Сначала пиролюзит называли черной магнезией (Magnesianigra), чтобы отличать от основания эпсомской соли - белой магнезии. Когда же Шееле и Ган получили из черной магнезии металл путем восстановления пиролюзита углем, они назвали его магнезием (Magnesium). В чистом виде металл был получен в 1808 г. Джоном. По данным Партингтона, пиролюзит стали именовать манганесом уже в литературе в XVI в. Вероятно, это слово вошло в практику еще раньше, в ХШ в. (у Альберта великого), и употреблялось наряду с другими названиями. Берцелиус в своем учебнике химии употребляет название манганий, или манган (Manganium), которое затем изменяется на манганум (Manganum). Происхождение последнего слова неясно; вероятнее всего, что оно произведено от греч. – «да, действительно и проясняю, навожу блеск». Таким образом, в целом слово означает «действительно обесцвечиваю, проясняю» и, возможно, имеет ремесленное происхождение, связанное с обесцвечивающим действием минерала на стекло при плавке. Слово марганец, вероятно, представляет собой искаженное слово манганес. В начале XIX в. в России было общепринято название марганцовик (Захаров, 1810), позже встречается ремесленное название манганес - камень, применяемый при изготовлении финифти пурпурового цвета и окрашенных стекол.
Технеций впервые получен в 1937г. В своих знаменитых предсказаниях среди других неоткрытых элементов Менделеев назвал эка-марганец - аналог марганца с атомным весом около 100. В год этого предсказания (1871) можно было предполагать, что подобный элемент уже открыт в 1846 г. Германом в минерале иттроильмените (позже получившем название самарскит), так как описанные автором открытия свойства элемента позволяли считать его эка-марганцем. И хотя открытие Германом элемента, названного им ильмением, было опровергнуто Розе, Менделеев все же предполагал, что ильмений Германа может быть эка-силицием. Поиски аналога марганца долгое время были безуспешными, хотя недостатка в сообщениях о его «открытии» не ощущалось; так были «открыты»дэвий, люций, ниппоний. В 1925 г. Ноддак и Такке сообщили о том, что они нашли два новых элемента - 43 и 75. Первый был назван мазурием, второй - рением. Существование мазурия не было подтверждено сколько-нибудь убедительно, тогда как открытие рения стало действительностью. В 1936 г. Лоуренс из Калифорнийского университета в Беркли послал итальянскому физику Сегрэ в Палермо образец молибдена, подвергнутого длительному (несколько месяцев) облучению в циклотроне жесткими дейтеронами. Сегрэ совместно с Перрье установили, что радиоактивность этого образца относится не только к содержащимся в нем молибдену, цирконию и ниобию, но и рению и марганцу. Активная часть материала, близкая по химическим свойствам к рению, была выделена в невесомом количестве (около 10-10г.) и оказалась изотопом элемента 43. Вскоре Сегрэ и Перрье выделили еще пять изотопов этого элемента, а затем Сегрэ и By доказали существование его изотопов в продуктах распада урана. Позже было получено еще несколько изотопов нового элемента и среди них два вполне устойчивых. Элемент 43 отсутствует в природе, поэтому Сегрэ и Перрье предложили назвать его технецием от греч.искусственный, приготовленный руками человека.
Рений открыт в 1925г. Поиски предсказанных Менделевым элементов 43 и 76 (эка-марганца и дви-марганца) начались в конце XIX в., но были безуспешными до 20-х годов нашего столетия, когда Ноддаку и Такке удалось определить главные свойства этих недостающих в периодической таблице элементов. Эти ученые систематически изучали руды и минералы, в которых присутствие искомых элементов казалось вероятным. Первым объектом исследований, начатых в 1922 г., была платиновая руда, но из-за ее дороговизны вскоре пришлось переключиться на другие объекты, в частности редкоземельные минералы - колумбит, гадолинит и т.д. Результатом трехлетних напряженных трудов Ноддака и Такке, а также Берга по концентрированию отдельных фракций растворов, выделенных из минералов, явилось обнаружение в рентгеновском спектре одной из фракций серии из пяти новых линий. Как оказалось, эти линии принадлежали элементу 75. Исследователи назвали его рением (Rhenium) в честь Рейнской провинции - родины Такке, ставшей к тому времени супругой Ноддака. Вскоре последовало сообщение о том, что супругам Ноддак удалось наблюдать новые линии рентгеновского спектра, принадлежащие элементу 43, названному мазурием (Masurium) в честь Мазурской провинции - родины Ноддака. Впрочем, некоторые историки химии считают, что оба названия содержат большую дозу национализма: рейнская область и мазурские болота оказались во время первой мировой войны местами крупных удачных для германских войск сражений. Открытие мазурия не было подтверждено. Что же касается рения, то в 1926 г. супруги Ноддак выделили его в количестве 2 мг; годом позже в их распоряжении имелось уже около 120 мг рения.
2.Свойства элементов 7Б группы ПСХЭ Д.И.Менделеева
2.1Общая характеристика
Побочная подгруппа VII группы (по новой классификации ИЮПАК: 7 группа элементов) Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, в которую входят переходные металлы: марганец Mn, технеций Tc и рений Re. Общая формула валентных электронов n-1d5 ns2. На основании строения электронной конфигурации, к этой же группе относится и элемент борийBh, искусственно синтезированный в 1976 г. группой Юрия Оганесяна из Объединённого института ядерных исследований в Дубне.
Как и в других группах,
члены этого семейства
Название |
Валентные электроны |
Атомный радиус, нм |
Энергия ионизации, кДж/моль |
Сод.в земной коре, % |
Прир. изотопы |
Марганец |
3d54s2 |
0,131 |
1509 |
9,5*10^-2 |
55Mn (100%) |
Технеций |
4d55s2 |
0,136 |
1472 |
нет |
"Тс |
Рений |
5d56s2 |
0,137 |
1260 |
4*10^-8 |
185Re (37,1%) 487Re (62,9%) |
Рис.1
2.2 Физические свойства
Атомная масса |
Название |
Электронная конфигурация |
ρ г/см3 |
T пл. 0C |
T кип. 0C |
ЭО |
Атомный радиус, нм |
Степень окисления |
25 |
Марганец |
[Ar] 3d54s2 |
7,45 |
1244 |
1962 |
1,6 |
0,131 |
+2,+3,+4,+5,+6,+7 |
43 |
Технеций |
[Kr] 4d55s2 |
11,5 |
2172 |
4876 |
1,36 |
0,136 |
+2,+3,+4,+5,+6,+7 |
45 |
Рений |
[Xe] 4f145d56s2 |
20,53 |
3180 |
5600 |
1,46 |
0,137 |
+3,+4,+5,+6,+7 |
Температура плавления и кипения
Рис.2
Рис.3
Марганец - серебристо-белый твёрдый хрупкий металл. Известны четыре кристаллические модификации марганца, каждая из которых термодинамически устойчива в определённом интервале температур. Ниже 7070 С устойчив a-марганец, имеющий сложную структуру - в его элементарную ячейку входят 58 атомов. Сложность структуры марганца при температурах ниже 7070С обусловливает его хрупкость.
Металлический технеций в виде порошка имеет серый цвет (напоминает Re, Mo, Pt); компактный металл (слитки плавленого металла, фольга, проволока) серебристо-серого цвета. Технеций в кристаллическом состоянии имеет гексагональную решётку плотной упаковки; в тонких слоях - кубическую гранецентрированную решётку. Технеций парамагнитен; его магнитная восприимчивость при 25 0С - 2,7 * 10-4.
Рений - четвёртый в списке элементов с наибольшей плотностью в твёрдом состоянии. Это тугоплавкий тяжёлый металл, по внешнему виду напоминает сталь. Порошок металла - чёрного или темно-серого цвета в зависимости от дисперсности. По ряду физических свойств рений приближается к тугоплавким металлам VI группы (молибден, вольфрам), а также к металлам платиновой группы. По температуре плавления рений занимает второе место среди металлов, уступая лишь вольфраму, а по плотности - четвёртое (после осмия, иридия и платины). Чистый металл пластичен при комнатной температуре, но вследствие высокого модуля упругости после обработки твёрдость рения сильно возрастает из-за наклёпа. Для восстановления пластичности его отжигают в водороде, инертном газе или вакууме. Рений выдерживает многократные нагревы и охлаждения без потери прочности. Его прочность при температуре до 1200°C выше, чем вольфрама, и значительно превосходит прочность молибдена. Удельное электросопротивление рения в четыре раза больше, чем у вольфрама и молибдена.
2.3 Химические свойства
Характерные степени окисления марганца: +2, +3, +4, +6, +7 (+1, +5 мало характерны).
При окислении на воздухе пассивируется. Порошкообразный марганец сгорает в кислороде (Mn + O2 → MnO2). Марганец при нагревании разлагает воду, вытесняя водород (Mn + 2H2O → (t) Mn (OH) 2 + H2↑), образующийся гидроксид марганца замедляет реакцию.
Марганец поглощает водород, с повышением температуры его растворимость в марганце увеличивается.
При температуре выше 1200°C взаимодействует с азотом, образуя различные по составу нитриды.
Углерод реагирует с расплавленным марганцем образуя карбиды Mn3C и другие. Образует также силициды, бориды, фосфиды.
C соляной и серной кислотами реагирует по уравнению:
Mn + 2H+ → Mn2+ + H2↑
С концентрированной серной кислотой реакция идёт по уравнению:
Mn + 2H2SO4 (конц.) → MnSO4 + SO2↑ + 2H2O
С разбавленой азотной кислотой реакция идёт по уравнению:
3Mn + 8HNO3 (разб.) → 3Mn (NO3) 2 + 2NO↑ + 4H2O
В щелочном растворе марганец устойчив.
Марганец образует следующие оксиды: MnO, Mn2O3, MnO2, MnO3 (не выделен в свободном состоянии) и марганцевый ангидрид Mn2O7.
Mn2O7 в обычных условиях
жидкое маслянистое вещество
тёмно-зелёного, очень неустойчивое;
в смеси с концентрированной
серной кислотой воспламеняет
органические вещества. При 90°C Mn2O7
разлагается со взрывом.
При сплавлении оксида марганца (IV) (пиролюзит) со щелочами в присутствии кислорода образуются манганаты:
2MnO2 + 4KOH + O2 → 2K2MnO4 + 2H2O
Раствор манганата имеет тёмно-зелёный цвет. При подкислении протекает реакция:
3K2MnO4 + 3H2SO4 → 3K2SO4 + 2HMnO4 + MnO (OH) 2↓ + H2O
Раствор окрашивается в малиновый цвет из-за появления аниона MnO4− и из него выпадает коричневый осадок гидроксида марганца (IV).
Марганцевая кислота очень сильная, но неустойчивая, её невозможно сконцентрировать более, чем до 20 %. Сама кислота и её соли (перманганаты) - сильные окислители. Например, перманганат калия в зависимости от pH раствора окисляет различные вещества, восстанавливаясь до соединений марганца разной степени окисления. В кислой среде - до соединений марганца (II), в нейтральной - до соединений марганца (IV), в сильно щелочной - до соединений марганца (VI).
В кислой среде: 5K2S03 + 2КМn04 + 3H2S04→ 6K2S04 4 + 2MnSO4 + 3H20 в нейтр. среде: ЗК2S03 + 2 КМn044 - Н20 → 3K2S04 4 - 2MnOs 4 - 2KOH
В щелочной среде: K2S03+ 2КМп04 + KОН→ K2S04 + 2К2Мп04 + Н2О
При прокаливании перманганаты разлагаются с выделением кислорода (один из лабораторных способов получения чистого кислорода). Реакция идёт по уравнению (на примере перманганата калия):
2KMnO4 → (t) K2MnO4 + MnO2 + O2↑
Под действием сильных окислителей ион Mn2+ переходит в ион MnO4−:
2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 2PbSO4 + 3Pb (NO3) 2 + 2H2O
При подщелачивании растворов солей Mn (II) из них выпадает осадок гидроксида марганца (II), быстро буреющий на воздухе в результате окисления.
Соли MnCl3, Mn2 (SO4) 3 неустойчивы. Гидроксиды Mn (OH) 2 и Mn (OH) 3 имеют основной характер, MnO (OH) 2 - амфотерный. Хлорид марганца (IV) MnCl4 очень неустойчив, разлагается при нагревании, чем пользуются для получения хлора:
MnO2 + 4HCl → (t) MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O.
Соли Н2Мп04{марганцовистокислые, или манганаты) имеют темно-зеленый цвет.МанганатыNa и Клегкорастворимы в воде, барийман-ганат труднорастворим.
Выделяющаяся при подкислении растворов манганатов свободная Н2Мп04 неустойчива и тотчас распадается по схеме: ЗН2Мn04 → Мn02 + 2НМn04 + 2Н20 с образованием Мп02 и свободной марганцовой кислоты (НМп04). Подобный же самопроизвольный распад, например, по схеме: К2Мn04 + 2Н20 → Мn02 + 2KMn04 + 4KOH характерен в растворах и для манганатов, но протекает он лишь по мере их гидролиза, т.е. значительно медленнее (особенно в сильнощелочной среде).
С другой стороны, действием очень сильных окислителей (например, свободного хлора) манганаты могут быть окислены до солей марганцовой кислоты:
2К2Мn04 + Сl2 = 2КС1 + 2КМn04
Взаимодействие Мn02 с соляной кислотой идет в две стадии:
Мn02 + 4HC1 - МnСl4 + 2Н20 (реакция нейтрализации) и
МnCl4 = МnС12 + С12 (окислительно-
Последняя реакция протекает с промежуточным образованием МпСl3. Разбавленная Н2S04 на двуокись марганца не действует (в отсутствие восстановителей).
Специфические реакции, используемые в аналитической химии для обнаружения катионов Mn2+ следующие:
1. Едкие щёлочи с солями марганца (II) дают белый осадок гидроксида марганца (II):
MnSO4+2KOH→Mn (OH) 2↓+K2SO4
Mn2++2OH−→Mn (OH) 2↓
Осадок на воздухе меняет цвет на бурый из-за окисления кислородом воздуха.
2. Пероксид водорода в присутствии щёлочи окисляет соли марганца (II) до тёмно-бурого соединения марганца (IV):
MnSO4+H2O2+2NaOH→MnO (OH) 2↓+Na2SO4+H2O
Mn2++H2O2+2OH−→MnO (OH) 2 ↓+H2O
3. Диоксид свинца PbO2 в
присутствии концентрированной
азотной кислоты при
2MnSO4+5PbO2+6HNO3→2HMnO4+
2Mn2++5PbO2+4H+→2MnO4−+5Pb2++
Эта реакция дает отрицательный
результат в присутствии
2MnSO4+5NaBiO3+16HNO3→2HMnO4+
3+NaNO3+2Na2SO4+7H2O
4. Сульфид аммония (NH4) 2S осаждает из раствора солей марганца сульфид марганца (II), окрашенный в телесный цвет:
MnSO4+ (NH4)2S→MnS↓+ (NH4)2SO4
Mn2++S2−→MnS↓
Осадок легко растворяется в разбавленных минеральных кислотах и даже в уксусной кислоте.
Технеций по химическим свойствам близок к Re. Стандартные электродные потенциалы для Tc (VI) /Tc (IV) 0,83 В, Tc (VII) /Tc (VI) 0,65 В, Tc (VII) /Tc (IV) 0,738В. технеций растворим в HNO3, концентрированной H2SO4 и царской водке. В водных растворах может существовать в степенях окисления от - 1 до + 7; наиб.устойчивы Tc (VII) и Tc (IV).
Оксид Тс2О7-светло-желтые кристаллы. Cолитехнециевой (пиротехнетаты) - бесцветны.
Разделение Тс и - Re хорошо достигается пропусканием влажного НС1 сквозь нагретый до 200°С их раствор в 80% -ной H2S04; рений переходит в дистиллят, а технеций сохраняется в остатке. Металлический Тс был впервые получен нагреванием его сульфида (Tc2S7) до 1100°С в токе водорода. Он может быть выделен на катоде электролитически. Технеций нерастворим в смеси Н2О2 и NH4OH. С хлором он реагирует значительно труднее рения.
Двуокись технеция может быть получена разложением NH4Tc04 при нагревании. В отличие от Мп02 и Re02 она термически устойчива и около 1000°С перегоняется без разложен.
Взаимодействием Тс207 с СС14 при 400 еС был в виде красных кристаллов получен ТсС14 (рений в тех же условиях образовывал ReCl5). Известен также TcS2.
На воздухе рений при обычных условиях не изменяется. При нагревании компактный металл начинает окисляться около 300°С. Загрязнение и измельчение существенно снижают его коррозийную стойкость. Порошок рения уже при 150°Сначинае окисляться до Re2O3, который весьма летуч, а потому не предохраняет металл от дальнейшего окисления. Рений не взаимодействует не только с НСl9 но и с HF (даже при нагревании).
Типичные окислители более или менее легко переводят Re в HReO4 или ее соли. Щелочная среда сама по себе на Re не действует, но сильно способствует его окислению. Взаимодействие металлического рения с фтором и хлором начинается уже выше 100°С, с бромом - выше 300°С. При избытке галоида образуются соответственно ReF6, ReCl5 и малоустойчивый ReBr5, Образование ReS2 при взаимодействии рения с серой начинается около 400°С.
Двуокись рения удобно получать термическим разложением NH4Re04 при 600°С (по схеме 2NH4Re04 = 4Н20 + N2 + 2Re02). При 650°С в отсутствие кислорода она распадается по схеме 7Re02 = 2Re207 4* 3Re. Хотя кислотная функция характерна для Re (ОН) 4 еще менее, чем для Мn (ОН) 4, однако сплавлением Re02 со щелочами в отсутствие воздуха все же могут быть получены нерастворимые в воде коричневые р е н и т ы Na и К общей формулы M2Re03. Были описаны также Ca2Re04 и Ca3Re05.
Из соединений, отвечающих основной функции Re (OH) 4, известны немногие: темно-синий ReF4 (т. пл.125°С), черные ReCl4, ReBr4 и малоустойчивый Rel4. При нагревании ReCl4 выше 300°С он дисмутирует на ReCl3 и ReCl5, а термическим разложением Rel4 при определенных условиях могут быть, по-видимому, получены черные Rel2 и Rel. ГалидыReF4растворимы з воде и гидррлизуются ею с выделением осадка Re (ОН) 4. Нерастворимый в воде черный ReS2 образуется при нагревании смеси порошка рения с серой (теплота образования 43 ккал/моль). Выше 1000°С он возгоняется с частичным разложением.
Для рения определенные перекиси или надкислоты неизвестны. Однако при действии на твердыйRe207 очень крепкий Н202 образуется растворимое в эфире красное вещество, которое представляет собой, по-видимому, перекисное производное рения. При добавлении воды красная окраска исчезает.
3.Заключение
Марганец содержится во всех видах стали и чугуна. Способность марганца давать сплавы с большинством известных металлов используется для получения не только различных сортов марганцевой стали, но и большого числа нежелезных сплавов (манганинов). Из них особенно замечательными являются сплавы марганца с медью (марганцевая бронза). Она, подобно стали, может закаляться и в то же время намагничиваться, хотя ни марганец, ни медь не обнаруживают заметных магнитных свойств.
Сплав 83 % Cu, 13 % Mn и 4 % Ni (манганин) обладает высоким электросопротивлением, мало изменяющимся с изменением температуры. Поэтому его применяют для изготовления реостатов и пр.
По принятым в нашей стране стандартам все элементы, легирующие сталь, имеют «собственную» букву. Так, в марку стали, содержащей кремний, обязательно входит буква С, хром обозначается буквой X, никель - буквой Н, ванадий - буксой Ф, вольфрам - буквой В, алюминий - буквой Ю, молибден - буквой М. Марганцу присвоена буква Г. Лишь углерод буквы не имеет, и у большинства сталей цифры в начале марки означают его содержание, выраженное в сотых долях процента. Если за буквой нет никаких цифр, то, значит, элемент, обозначенный этой буквой, содержится в стали в количестве около 1%. Расшифруем для примера состав конструкционной стали 30ХГС: индексы показывают, что в ней 0,30% углерода, 1% хрома, 1% марганца и 1% кремния.
Марганец обычно вводят в сталь вместо с другими элементами - хромом, кремнием, вольфрамом. Однако есть сталь, в состав которой, кроме железа, марганца и углерода, ничего не входит. Это так называемая сталь Гадфилда. Она содержит 1.1,5% углерода и 11.15% марганца. Сталь этой марки обладает огромной износостойкостью и твердостью. Ее применяют для изготовления дробилок, которые перемалывают самые твердые породы, деталей экскаваторов и бульдозеров. Твердость этой стали такова, что она не поддается механической обработке, детали из нее можно только отливать.
Технеций - перспективный металл в технике; он может найти применение как катализатор, высокотемпературный и сверхпроводящий материал. Соединения Технеция - эффективные ингибиторы коррозии.99mTc используется в медицине как источник g-излучения. Технеций радиационно опасен, работа с ним требует специальной герметизированной аппаратуры.
Сплавы рения с другими тугоплавкими металлами (с вольфрамом (W), молибденом (Mo), танталом (Ta)) высокожаропрочны, идут на детали сверхзвуковых самолетов и ракет, сплавы с вольфрамом (W) и молибденом (Mo) - для нитей накаливания и термопар. Рениевые покрытия защищают металлы от коррозии и износа. Катализатор дегидрогенизации и крекинга нефти.
ЛИТЕРАТУРА:
- Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1989.
- Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. - М.: Химия, 1993.
- Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Основы неорганической химии. – М.: Мир, 1979.
- Некрасов Б.В. Основы общей химии. – М.: Химия, 1973.
- Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. – Л.: Химия, 1991.
- Угай Я.А. Неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1989.

- Анализ свойств ювелирных товаров
- Анализ связи между ростом ВВП и массой денег
- Анализ себестоимости
- Анализ себестоимости
- Анализ себестоимости
- Анализ себестоимости
- Анализ себестоимости
- Анализ сбытовой политики компании Apple на российском рынке
- Анализ сбытовой политики предприятия
- Анализ сбытовой политики предприятия и мероприятия по совершенствованию
- Анализ сбытовой политики предприятия» (на примере магазина «Самара»)
- Анализ сбытовой политики фирмы и ее совершенствование на основе стратегического управления
- Анализ сбытовых каналов в маркетинге
- Анализ свойства продукции, выпускаемой на предприятии РУПП «Могилевхлебпром»