Общая характеристика элементов

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 22 из 27Следующая ⇒

Электронная конфигурация марганца Mn, технеция Tc, рения Re характерна для переходных металлов. Каждый элемент имеет наполовину заполненную внутреннюю d -оболочку, т. е. имеет пять d -электронов на пяти d -орбиталях и 2 электрона на внешней s -орбитали:

Исходя из факта наполовину заполненной каждой d -орбитали, можно предсказать некоторые свойства элементов. Максимальная степень окисления +7. Соединения марганца (II) отличаются хорошей устойчивостью к окислению и восстановлению, а соединения Mn (III) склонны переходить в соединения Mn (II). Некоторые свойства d -элементов VII В группы приведены в табл.11.1.

Таблица 11.1

Некоторые свойства d -элементов VII В группы

Характеристика	Mn	Tc	Re
Электронная конфигурация	...3 d 54 s 2	...4 d 55 s 2	...5 d 56 s 2
Металлический радиус атома, нм	0,130	0,136	0,137
Энергия ионизации I 1, кДж/моль	717	702	756
Сродство к электрону Ее _, кДж/моль	(–93,6)	53,1	14,5
Электроотрицательность c (по шкале Полинга)	1,55	2,10	1,9
t пл, °С	1083	961	1064
Стандартный электродный потенциал Е °, В	–1,18(Mn2+|Mn)	0,47(TcO |Tc)	0,37(ReO |Re)
Характерные степени окисления в соединениях	+2, +3, +4, +6, +7	+2, +3, +4, +6, +7	+2, +3, +4, +6, +7

Металлические радиусы Tc и Re близки между собой, поэтому свойства этих элементов более сходны между собой, чем с Mn.

Для марганца наиболее характерны степени окисления +2, +4, что отвечает устойчивой электронной конфигурации d ⁵, d ³. Для Тс и Re устойчива высшая степень окисления +7. Таким образом, в ряду Mn – Tc – Re устойчивость соединений в высшей степени возрастает. В степени окисления +7 соединения марганца значительно более сильные окислители, чем соединения технеция (VII) и рения (VII).

С ростом степени окисления металла наблюдается тенденция к усилению кислотных свойств. Химическая активность в ряду
Mn – Tc – Re понижается.

Металлы подгруппы марганца имеют высокие t _пл, что объясняется усилением в металлическом кристалле ковалентной связи, возникающей за счет d -электронов. Рений по температуре плавления уступает только вольфраму.

Природные соединения. В свободном виде металлы не встречаются. Важнейшие минералы марганца:

пиролюзит MnO₂ × x H₂O;

браунит – Mn₂O₃;

гаусманит Mn₃O₄;

марганцевый шпат – MnCO₃.

Tc в природе не найден, его получают искусственным путем по ядерной реакции: Мо + D = Тс + n.

Re встречается в качестве примеси в молибденовых, вольфрамовых, платиновых рудах.

Получение. Основную массу марганца получают в виде ферромарганца (сплава с железом), восстанавливая смесь пиролюзита и гематита коксом.

MnO₂ + Fe₂O₃ + C  Mn _x O _y + CO + Fe.

Mn можно получить алюмотермическим способом:

3Mn₃O₄ + 8Al  4Al₂O₃ + 9Mn.

Чистый марганец получают электролизом MnSO₄ в слабощелочной среде с последующим вакуумным переплавом:

катод ⊝: Mn²⁺ + 2 e ^– = Mn;

2Н₂О + 2 е ^– = Н₂ + 2ОН^–;

анод ⊝: 2H₂O – 4 e ^– = O₂ + 4H⁺.

Re получают из перренатов восстановлением водородом или калием:

2NH₄ReO₄ + 4H₂ 2 Re + N₂ + 8H₂O;

2KReO₄ + 7H₂  2KOH + 2Re + 6H₂O.

Химические свойства

По химической активности Mn значительно превосходит Тс и Re. Марганец при высокой температуре соединяется с кислородом:

3Mn + 2O₂  Mn₃O₄.

Тс и Re при горении образуют высшие оксиды:

4Re + 7O₂  2Re₂O₇.

Mn взаимодействует с галогенами, образуя галогениды в низших степенях окисления:

Mn + F₂ = MnF₂ (MnF₃);

Mn + Г₂ = MnГ₂ (Г = Cl, Br, I).

Tc и Re образуют галогениды в высших степенях окисления. Реакция происходит только при нагревании:

(Tc) Re + 3F₂  (Tc) ReF₆;

(Tc) Re + Cl₂  (TcCl₄) ReCl₅.

Mn с азотом образует нитриды: Mn₃N₂, MnN.

Марганец взаимодействует с серой, образуя сульфиды:

Mn + S  MnS (MnS₂).

Tc и Re взаимодействуют с неметаллами при сильном нагревании.

Mn в расплавленном состоянии взаимодействует с углеродом, образуя металлоподобный карбид (чаще состава Mn₃C).

С водородом Mn, Tc, Re не реагируют. Марганец растворяет водород при нагревании, образуя твердые растворы внедрения.

Поглощение водорода Тс и Re не характерно.

Марганец имеет отрицательное значение стандартного электродного потенциала, это довольно активный металл, Тс и Re в ряду напряжений расположены правее водорода.

Все элементы подгруппы покрываются пассивирующей пленкой; при разрушении пленки Mn становится реакционноспособным и вытесняет водород из воды и кислот -неокислителей:

3Mn + 4H₂O  Mn₃O₄ + 4H₂;

Mn + 2HCl = MnCl₂ + H₂.

С кислотами-окислителями:

3Mn + 8HNO_3(разб) = 3Mn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

Концентрированная серная и азотная кислоты на холоде пассивируют марганец.

Tc, Re с водой и кислотами-неокислителями не реагируют, а концентрированной серной и азотной кислотами окисляются, образуя техницевую и рениевую кислоты:

3Re + 7HNO₃ ® 3НReO₄ + 7NO + 2H₂O.

Со щелочами марганец, техниций и рений не взаимодействуют.

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США