Переходные элементы. Комплексные соединения

Главное по теме

• Переходные элементы (d-элементы) - металлы побочных подгрупп: Cu, Zn, Fe, Cr, Mn, Ag и другие. Заполняется d-подуровень предвнешнего уровня.
• У d-элементов переменные степени окисления: Fe +2, +3; Cr +2, +3, +6; Mn +2, +4, +6, +7; Cu +1, +2.
• С ростом степени окисления свойства оксидов и гидроксидов идут от основных к амфотерным и кислотным: CrO основный, Cr₂O₃ амфотерный, CrO₃ кислотный.
• Комплекс: центральный ион (комплексообразователь) + лиганды во внутренней сфере, число лигандов - координационное число. Заряд комплекса = заряд центрального иона + сумма зарядов лигандов.
• Cu(OH)₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄](OH)₂ - ярко-синий раствор. Cu²⁺ + 2OH⁻ = Cu(OH)₂↓ (голубой осадок).
• Fe³⁺ + SCN⁻ даёт кроваво-красный раствор; Fe³⁺ с K₄[Fe(CN)₆] даёт синий осадок (берлинская лазурь); Fe²⁺ с K₃[Fe(CN)₆] синий осадок (турнбулева синь).
• Zn(OH)₂ амфотерен: Zn(OH)₂ + 2HCl = ZnCl₂ + 2H₂O и Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄].
• Цвета: Cu²⁺ голубой, Fe²⁺ бледно-зелёный, Fe³⁺ жёлто-бурый, Cr³⁺ зелёный, CrO₄²⁻ жёлтый, Cr₂O₇²⁻ оранжевый, MnO₄⁻ фиолетовый.
• Хромат в кислоте переходит в дихромат: 2CrO₄²⁻ + 2H⁺ ⇌ Cr₂O₇²⁻ + H₂O (жёлтый в оранжевый), в щёлочи обратно.
• Электронные формулы: Cr 3d⁵4s¹ и Cu 3d¹⁰4s¹ - исключения (проскок электрона).

Задания с разбором

Где теряют баллы

• Переходные металлы (Fe, Cu, Cr, Zn) и комплексные соединения

  Ловушка: Железо с соляной кислотой считают Fe(III), а получается FeCl₂; путают степени окисления хрома и их свойства.

  Как решать: Fe + HCl → FeCl₂, Fe + Cl₂ → FeCl₃. Хром: +2 основные, +3 амфотерные, +6 кислотные свойства. Хроматы жёлтые в щелочи, дихроматы оранжевые в кислоте.

• Задания по одному тексту: элемент, минерал, производство

  Ловушка: Отвечают по памяти, а в тексте даны свои цифры (изотопы, проценты, формулы минералов).

  Как решать: Выпиши из текста формулы и числа. Средняя атомная масса = сумма (масса изотопа · доля). Массовая доля элемента = Ar · n / M.

Объяснение простыми словами

Посмотрите на монету или водопроводную трубу, и вы, скорее всего, увидите переходный металл: медь, железо, цинк. Это элементы побочных подгрупп, их называют переходными или d-элементами, потому что у них заполняется d-подуровень предвнешнего уровня. Все они металлы. Для ЕНТ из них главные: медь Cu, цинк Zn, железо Fe, хром Cr, марганец Mn и серебро Ag. Их ионы часто окрашены, а степени окисления бывают разными. В отличие от s- и p-элементов главных подгрупп, где степень окисления обычно жёстко задана номером группы, здесь выбор богаче.

Электронное строение. Сначала заполняется 4s-подуровень, а потом 3d. У большинства d-элементов на внешнем уровне два электрона, 4s². Но у хрома и меди бывает «проскок»: у хрома не 3d⁴4s², а 3d⁵4s¹, у меди не 3d⁹4s², а 3d¹⁰4s¹. Наполовину или полностью заполненный d-подуровень более устойчив, поэтому один электрон переходит с 4s на 3d. Это классический вопрос на ЕНТ: напишите электронную формулу хрома. При образовании ионов металлы сначала теряют электроны с 4s, и лишь потом с 3d: поэтому у Fe²⁺ конфигурация [Ar]3d⁶, а у Fe³⁺ [Ar]3d⁵.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Термины

Переходные элементы

Элементы побочных подгрупп периодической системы, металлы с заполняющимся d-подуровнем.

d-элемент

Элемент, у которого последним заполняется d-подуровень предвнешнего уровня.

Проскок электрона

Переход электрона с 4s на 3d, из-за которого у Cr и Cu конфигурации 3d⁵4s¹ и 3d¹⁰4s¹ вместо ожидаемых.

Переменная степень окисления

Способность d-элемента проявлять несколько степеней окисления в разных соединениях.

Амфотерность

Способность вещества реагировать и с кислотами, и со щелочами, как Zn(OH)₂ и Cr(OH)₃.

Комплексное соединение

Соединение, в котором к центральному иону присоединены лиганды с образованием сложного иона.

Комплексообразователь

Центральный атом или ион комплекса, чаще всего катион d-металла: Cu²⁺, Fe³⁺, Ag⁺, Zn²⁺.

Лиганд

Молекула или ион, присоединённый к центральному иону: NH₃, H₂O, CN⁻, OH⁻, Cl⁻.

Координационное число

Число лигандов, связанных с центральным ионом; например 4 у [Cu(NH₃)₄]²⁺, 6 у [Fe(CN)₆]⁴⁻.

Внутренняя сфера

Центральный ион вместе с лигандами, записывается в квадратных скобках.

Внешняя сфера

Ионы вне квадратных скобок, которые компенсируют заряд комплекса и легко отщепляются в растворе.

Тетраамминмедь(II)

Комплексный ион [Cu(NH₃)₄]²⁺ ярко-синего цвета, образуется при действии избытка аммиака на соли меди.

Тетрагидроксоцинкат

Комплексный анион [Zn(OH)₄]²⁻, образуется при растворении гидроксида цинка в щёлочи.

Гексацианоферрат

Комплексные анионы [Fe(CN)₆]⁴⁻ (с Fe²⁺, жёлтая кровяная соль) и [Fe(CN)₆]³⁻ (с Fe³⁺, красная кровяная соль).

Роданид

Ион SCN⁻; с Fe³⁺ даёт кроваво-красное окрашивание, качественная реакция на железо(III).

Хромат

Соль с ионом CrO₄²⁻ жёлтого цвета, существует в щелочной среде.

Дихромат

Соль с ионом Cr₂O₇²⁻ оранжевого цвета, существует в кислой среде, сильный окислитель.

Перманганат

Соль с ионом MnO₄⁻ фиолетового цвета, сильный окислитель, например KMnO₄.

Сталь и чугун

Сплавы железа с углеродом: в стали менее 2,14 процента углерода, в чугуне больше 2,14 процента.

Коррозия

Разрушение металла под действием окружающей среды, например ржавление железа.