d-элементтерІ

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

«d» элементтеріне

жалпы сипаттама.

Д. И. Менделеевтің периодтық системасының қосымша топшасындағы металдарға d-элементтердің барлығы жатады. Мұндай топшалардың саны 10: скандий, титан, ванадий, хром, марганец, темір, кобальт, никель, мыс, мырыш топшалары. d-элементтердің химиялық сипаты сыртқы электрон қабатында 2s-электрон (1s-электорон) болатын атомдардың электрондық құрылысымен анықталады. Бұл элементтер атомдарының сыртқы электрондары ядромен әлсіз байланысқан, оған иондану энергиясы шамасының төмендігі айғақ. Сондықтан d-элементтер химиялық реакцияда металдар сияқты оң тотығу дәрежесін көрсетеді.

Периодтық жүйеде d-элементтер типтік металдар мен типтік бейметалдар арасында орналасқандықтан, оларды ауыспалы элементтер деп атайды. Ауыспалы элементтердің периодтарында реттік нөмері өскенде сыртқы электрондық қабаттың құрылысы өзгермейді. Топтарда қосымша топша элементтерінің металдық қасиеттері реттік нөмері өскенде кемиді де, V және VI период металдарының қасиеттерінде біршама ұқсастықтар байқалады.

Мыс

Мыс IV периодта, I топтың қосымша топшасында орналасқан элемент. Оның электрондық формуласы мынадай:

29 Cu 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ¹

Мыс атомдары қосылыстарда +1 (мысалы, Cu ₂ O) және +2 (мысалы; CuO) тотығу дәрежелерін көрсетеді: Cu +3 болатын тұрақсыз қосылыстардың біразы белгілі (мысалы, Cu ₂ O ₃ ) .

Табиғатта таралуы. Жер қыртысында мыстың мөлшері 0, 01% массаны құрайды. Ол саф күйінде және көбінесе, қосылыстар түрінде кездеседі. Мыс кендерінің - табиғи минералдар құрамында мыстың мөлшері едәуір болғандықтан, одан металды бөліп алу экономикалық жағынан тиімді. Қазіргі уақытта 170-тен астам мыс құрамды минералдар белгілі, олардың ішінде 10 - 15 ғана практикалық маңызы бар. Маңызды минералдарға: халькопирид, CuFeS ₂ (30% мыс), халькозин «мыс жылтыры» Cu ₂ S (79, 8% мыс), ковелин CuS (64, 4% мыс), малохит CuSO ₃ *Cu(OH) ₂ (57, 4% мыс), азурид 52CuSO ₃ *Cu(OH) ₂ (55, 5% мыс), куприд Cu ₂ O (81, 8% мыс) жатады.

Тас ғасырында адамның бірінші танысқан металы (шамамен 6000 жыл бұрын Ежелгі Шығыста, шамамен 4000 жыл бұрын Еуропада) мыс болса керек. Ол табиғатта саф күйінде кездеседі. Өте ірі саф күйінде табылған мыс 420 тонна болды. Саф мыс басқа металдарға қарағанда едәуір көп таралған. Сондықьтан адам құрал жасау үшін алғаш рет саф мысты пайдаланған. Бұл мыс дәуірінің басталуы болды.

Мысты металлургиялық балқытумен адамның өте ертеден таныс екені туралы деректер бар. Египетте мысалы, біздің заманымызға дейін IV мыңжылдықта Синай түбегінде мыс кендерін өңдеген. Ертеде мыс кендері Кипр аралында белгілі болған. «Купрум» сөзі мыстың латынша атауы, Ежелгі римдіктердің мыс кен орындары болған Кипр аралының атауынан шыққан деген жорамал бар.

Еліміз түсті металдар кеніне, оның ішінде мысқа бай. Мыс кен қорының үлкен бөлігі Жезқазған маңында, сондай-ақ Павлодар, Жамбыл, Шығыс Қазақстан, Ақтөбе облыстарында кенді Алтайда бар. Мыс Балқаш және Жезқазған тау-металлургия комбинатында өндіріледі.

Алынуы. Мысты алу процесі едәуір күрделі. Сульфидтік мыс кендерінен пираметаллургиялық, ал оттекті құрамды кендерінен - гидрометаллургиялық жолмен өндіріледі. Гидрометаллургиялық әдістің артықшылығы кенді бетіне бөліп шығармай-ақ металды алуға болады. Қазіргі уақытта бұл әдістің болашағы зор. Алынған мыста қоспа заттар көп болады. Мысты электролиздік тазарту (рифанирование) арқылы тазалайды. Электролиздік жолмен алынған мыстың тазалығы 96 - 99%-ке жетеді.

Физикалық қасиеттері. Мыс - ашық, қызғылт түсті, жылтыр металл. Тұтқыр, жеңіл созылады. Балқу температурасы - 1083 ⁰ С. Тығыздығы - 8, 9 г/см ³ . электр тогын (күмістен кейін) жақсы өткізеді.

Химиялық қасиеті. Құрғақ ауада және кәдімгі температурада мыс өзгермейді. Өйткені қосылыстың қорғаныш қабықшасымен қапталады, оның құрамы ауадағы қоспа зарттарға тәуелді. Жоғары температурада мыс жай және күрделі заттармен де реакцияға түседі.

Жай заттармен әрекеттесуі: Мыс - галогендермен, (кәдімгі температурада йодпен, қалғандарымен қыздырғанда) оңай әрекеттеседі:

Cu+Cl ₂ - CuCl ₂

Cu+O ₂ - CuO

Cu+S - CuS

Мыс сутекпен және азотпен қыздырғанда да әркеттеспейді.

Күрделі заттармен әрекеттесуі: кернеу қатарында мыс сутектен кейін орналасқан, сондықтан ол қышқылдар тотықтырғыш болса ғана олармен әрекеттеседі.

Cu+2H ₂ SO ₄ - CuSO ₄ +SO ₂ +2H ₂ O

Cu+4HNO ₃ - Cu(NO ₃ ) ₂ +2NO ₂ +2H ₂ O

Cu+4HNO ₃ - 3Cu(NO ₃ ) ₂ +2NO+4H ₂ O

Сумен және кәдімгі қышқылдың ерітінділерімен жеке мыс әрекеттеспейді, бірақ оттек қатысында баяу реакция жүре бастайды:

2Cu+4HCl+O ₂ - 2CuCl ₂ +2H ₂ O

Ол тұздардың ерітіндісінің белсенділігі төмен металдарға ығыстырады. Мәселен, егер мыс тақташасын күміс нитратының ерітіндісіне салса, онда біраз уақыттан кейін ол жылтыраған күміс қабатымен қапталады:

2Cu+2AgNO ₃ - Cu(NO ₃ ) ₂ +2Ag

Мыс қосылыстары: мыстың тотығу дәрежесі +2 болатын қосылыстары едәуір көп таралған, тотығу дәрежесі +1 сирек кездеседі.

Мыс оксидпен 2 оксид түзеді. Ауада қыздырғанда мыс жеңіл тотығып, алдымен қызыл оксидке Cu ₂ O, содан кейін қара оксидке CuO айналады.

Мыс (II) гидроксидін сәйкес тұздарының ерітіндісіне сілтімен әсер етіп алады:

CuSO ₄ +2NaOH - Cu(OH) ₂ +Na ₂ SO ₄

Мыс қосылыстарының бірі мыс сульфаты CuSO ₄ . Сусыз мыс сульфаты - ақ түсті ұнтақ, ол суды күшті сіңіріп, көк түсті кристал - гидрадқа айналады.

Мыстың биологиялық рөлі. Өсімдік және жануарлар организімінде мыстың мөлшері шикізатқа есептегенде 10 ^-5 -тен 10 ^-3 %-ке дейін аралықта болады. Мысқа кейбір омыртқасыздар - былқылдақденелілер мен бунақтылар (теңіз шаяндары, кальмарлар, сегізаяқтылдар) бай болады. XIX ғасырдың өзінде ұлулардың көгілдір қанын зерттегенде ғалымдар мынадай қорытындыға келді: көгілдір түс қанда мыстың болуын көрсетеді. Ол адамның қанында шамамен 0, 001 мг/л мөлшерде болады. Жануар мен адам организімінде мыс бауырда концентрленеді. Ол қан түзу процесіне қатысады, тотығу процесін күшейтетін көптеген ферменттердің құрамына кіреді, көмірсу алмасуын, гемоглобин және майлар синтезі, витаминдердің түзілуін қамтамасыз етеді.

Мыс өсімдіктерге де қажет. Ол фотосинтез процесіне қатысатын маңызды микроэлементтердің бірі және өсімдіктердің азотты сіңіруіне әсер етеді.

Адам организімінде мыс жетіспесе қаназдық (анемия) ауруы пайда болады, ал өсімдіктерде мыс жетіспесе, олардың дамуы және жеміс беруі нашарлайды. Бірақ, оның артық мөлшері де зиянды. Адам үшін мыстың барлық тұздары улы. Мыс қосылыстарын өсімдіктердің зиянкестеріне және саңырауқұлақтарға қарсы күресте қолданады.

Мырыш

Мырыш - IV периодта, II топтың қосымша топшасында орналасқан элемент. Оның электрондық формуласы:

30 Zn 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ²

Табиғатта таралуы. Жер қыртысындағы құрамы бойынша мырыш басқа элементтер арасынан 23-ші орынды алады. Әдетте мырыш кендері - полиметалдық. Оларда сонымен бірге мыс, қорғасын, кадмий және басқа металдардың минералдары болады. Мырыштың маңызды минералы мырыш алдамшысы ZnS көптеген сульфидтік кендердің құрамына кіреді. сондай-ақ цинкит ZnO, мырыш шпаты (галмей) ZnCO ₃ және т. б. түрінде кездеседі.

Қазақстандық полиметалдық кендердің қорымен танымал. Полиметалдық кендердің негізгі кен орындары Қарағанды облысында, Кенді Алтайда және Оңтүстік Қазақстанда орналасқан. Мырышты Риддер, Өскемен және Балқаш металлургия зауыттары шығарады.

Алынуы. Кендерден металдық мырышты алу үшін пирометаллургия және гидрометаллургиялық процестерді пайдаланады. Пирометаллургиялық жолмен кенді өртеу процесінде алынған мырыш оксиді көміртекпен тотықсыздандырылады:

2ZnS+3O ₂ - 2ZnO+2SO ₂

ZnO+C - Zn+CO

Процестің температурасы 1000 ⁰ С-тан төмен емес, мырыш бу тәрізді күйінде алынады. Тотықсыздану процесі герметикалық отқа төзімді ортада жүргізіледі. Түзілген мырыш буы конденсаторда түнып, одан периодты түрде сұйық мырыш шығарылады.

Физикалық қасиеттері. Мырыш - көкшіл ақ түсті күшті металдық жылтыры бар металл. Ылғалды ауада жылтыры оксидтік қабықшаның түзілуіне байланысты біртіндеп жойылады. Мырыш - қаттылығы орташа металл. Оның тығыздығы 7, 13 г/см ³ -қа тең. Таза металл пластикалық және жұқа фольгаға дейін жойылады. Техникалық мырыш кәдімгі температурада морт сынғыш, бірақ 100 ⁰ - 150 ⁰ С-та пластикалық болады, оны жұқалап таптауға немесе сымға дейін созуға болады. 200 ⁰ С-дан жоғары температурада ол қайтадан морт сынғыш болады, өте төмен температурадағы сияқты ұнтақталады. Мырыш оңай балқиды (балқу температурасы - 419, 4 ⁰ С) және ұшқыш металдар қатарына (қайнау температурасы - 905, 7 ⁰ С) жатады. Оның жылу өткізгіштігі күмістің жылу өткізгіштігінің 60%-ын құраса, ал электр өткізгіштігі 4 есе кем.

Химиялық қасиеті. Мырыш ауада тұрақты, өйткені ол одан әрі тотығудан қорғайтын жұқа оксидті қабатпен қапталады. Жоғары температурада мырыш жай заттармен - галогендермен, оттекпен, күкіртпен әрекеттеседі:

Zn+Cl ₂ - ZnCl ₂

2Zn+O ₂ - 2ZnO

Zn+S - ZnS

Мырыш азотпен және сутекпен әрекеттеспейді, мырыш нитриді Zn ₃ N ₂ және мырыш гидриді ZnH ₂ жанама жолмен алынады. Күрделі заттармен қышқыл, сілті ерітінділерімен және сусен жағдайға байланысты мырыш әр түрлі әрекеттеседі. Кәдімгі температурада су мырышқа әсер етпейді. Қыздырғанда мырыштың сумен реакциясы мына теңдеу бойынша жүреді:

Zn+H ₂ O - ZnO+H ₂

Мырыш екідайлы қасиет көрсетеді. Ол сілтімен байланысқанда әрекеттеседі және күшті сілтілердің ерітінділерінде, әсіресе қыздырғанда ериді:

Zn+2NaOH - Na ₂ ZnO ₂ +H ₂

Zn+2NaOH+2H ₂ O - Na ₂ [Zn(OH) ₄ ] +H ₂

Мырыш қосылыстары. Табиғатта мырыш оксиді ZnO қызыл мырыш кені түрінде кездеседі, түсі марганецтің қосылыстары болуына байланысты. Мырыштың таза оксиді кәдімгі температурада түссіз. Суда мүлдем ерімейді. Мырыш оксиді қышқылдарда, сілтінің артық мөлшерінде және алюминий гидроксидінде жеңіл ериді, яғни екідайлы қасиет көрсетеді. Жоғарғы температурада (1200 ⁰ С) мырыш оксиді сілтілік жер металдардың оксидтерімен әрекеттесіп, құрамы MeZnO ₂ цинкаттар түзеді.

Мырыш оксиді ақ бояулар алуда, медицинада және косметикада әр түрлі майлар дайындауда, резинке мен линолеум үшін толықтырғыштар ретінде қолданылады.

Мырыш гидроксиді. Мырыш тұздарының ерітіндісіне сілтімен әсер еткенде ақ қоймалжың тұнба түрінде түзіледі. Сақтағанда ол біртіндеп кристалдық түрге ауысады. Екідайлы қосылыс болғандықтан, мырыш гидроксиді сілтінің артық мөлшерінде, қышқылда, аммиактың судағы ерітіндісінде жеңіл ериді. Мырыш гидроксидінің қышқылдарда ерігіштігі бейтараптану реакциясына негізделген.

Zn(OH) ₂ +2HCl - ZnCl ₂ +2H ₂ O

Zn(OH) ₂ +2NaOH - Na ₂ [Zn(OH) ₄ ]

Сілтінің артық мөлшерінде - еритін цинкаттар түзіледі.

Мырыш сульфаты ерітіндіден кристалогидрат ZnSO ₄ *7H ₂ O түрінде бөлінеді және мырыш купорасы деп аталады. Оны мақта тоқуда, мырыштық қаптаулар жасауда, медицинада және мырыштың басқа қосылыстарын алу үшін қолданады.

Мырыш сульфидінің ZnS люминисценттік қабілеті бар - электрондардың әсерінен суық жарық шығарады. Мырыш сульфидінің бұл қасиетін люминисценттік лампаларда, теледидар экрандарын және басқа электрон аспаптар жасауда қолданады.

Мырыш қосылыстарын анықтау. Мырыш тұздарына сілтіні қосқанда мырыш гидроксидінің қоймалжың тұнбасы түзіледі:

Zn+2OH - Zn(OH) ₂

Мырыштың биологиялық рөлі. Әр түрлі биологиялық процестерде маңызы зор, бірақ бұл қасиеті әлі толық анықталмаған. Адам организмінде мырыштың жетіспеуі иіс және дәм сезуін толық өзгертеді. Мырыш қызыл қан түйіршіктерінде болады. Және организмде органикалық заттардың негізгі тотығу өнімдерін шығаруға әсер ететін ферменттердің құрамына кіреді. Көптеген организмдерде мырыштың мөлшері орташа алғанда проценттің мыңдаған үлесін құрайды. Көптеген теңіз омыртқасыздары мырышты жинақтаушы. Әсіресе устрицада көп, оның құрамында мырыштың мөлшері 0, 7%-ке жетеді. Жер бетіндегі өсімдіктерден мырышқа саңырауқұлақтар - түлкіжем мен майқұлақ бай. Топырақта мырыш жетіспесе, өсімдіктің өсуі баяулайды, сондықтан мырыш микроэлементтері бар арнайы тыңайтқыштардың құрамына кіреді.

Қолданылуы. К әдімгі жағдайда мырышқа ауадағы оттек те, су да әсер етпейді, сондықтан негізгі масса темір және болат бұйымдардың қорғаныш қапташаларына жұмсалады. Мырыштық жемірілуге қарсы қапташалардың артықшылығы, ол тұтастай болуы қажет емес. Қаптаманың бүлінген жеріне ылғалға түскенде гальвани жұбы түзіледі, мырыш металдардың электрохимиялық кернеу қатарында темірдің сол жағында орналасқандықтан, темір бүлінбейді де, мырыштық қапташа жемірілуге ұшырайды. Бетінде мырыштың біраз бөлігі қалғанша, темір бүлінбейді.

Мырыш көп мөлшерде гальвани элементтерін дайындауға жұмсалады. Мырыш әдемі, күміске ұқсас «нейзильбер» құймасының құрамына (22%-ке дейін), ол тұздар және органикалық қышқылдардың ерітінділеріне тұрақты. Нейзиолберден көркем бұйымдар, медициналық құрал-жабдықтар жасайды.

Хром

Хром - VI топтың қосымша топшасында орналасқан. Хром қосылыстар түрінде әр түрлі минералдарда кездеседі. Ең көп таралған минерал - хромит немесе бай кен орны Орал мен Қазақстанда болған хромды теміртас FeCr ₂ O ₄ . Жер қыртысындағы хромның жалпы мөлшері 0, 03% болады. Күнде, жүлдыздарда және метеориттерде хромның бар екендігі анықталған.

Алынуы. Металл хромды алюминий мен хром (III) оксидін қосып қыздырып, тотықсыздандырып алады:

Cr ₂ O ₃ +2Al - Al ₂ O ₃ +2Cr

Металл хромды хром қосылыстарының сулы ерітінділерін электролиздеу арқылы алынған .

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.