Лекция № 1 Неорганическая химия Переходные металлы доклад на Общие темы

Доклад раскрывает тему "Лекция № 1 Неорганическая химия Переходные металлы".
Презентация поможет подготовится к предмету Общие темы, может быть полезна как ученикам и студентам, так и преподавателям.
Материал представлен на 30 страницах, оформлен в виде презентации, доступен для скачивания и просмотра онлайн.

Навигация по документу

Страница №1
Лекция №1
Страница №2
Физические свойства
IV группа
Физические свойства IV группа
Страница №3
Нахождение в природе
Ti — в коре 0,63% по массе, основные минералы: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, перовскит CaTiO3 и еще более ста других.
Zr — в коре 0,016% по массе, основные минералы: циркон ZrSiO4, бадделеит ZrO2, всего более 30 минералов.
Hf — 3*10-4% по массе, собственных минералов не имеет, но часто сопутствует циркону в виде гафнона HfSiO4.
Нахождение в природе Ti — в коре 0,63% по массе, основные минералы: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, перовскит CaTiO3 и еще более ста других. Zr — в коре 0,016% по массе, основные минералы: циркон ZrSiO4, бадделеит ZrO2, всего более 30 минералов. Hf — 3*10-4% по массе, собственных минералов не имеет, но часто сопутствует циркону в виде гафнона HfSiO4.
Страница №4
Получение в промышленности
Все элементы IV группы обычно получают восстановлением хлоридов или фторидов МХ4 с помощью активных металлов (Mg, Ca, Na).
   MCl4+2Mg → M+2MgCl2			 (9000С)
   MCl4+4Na → M+4NaCl            (8000С)
Для более полной очистки используют, например, иодидное рафинирование (процесс Ван-Аркеля де Бура):
   Ti+2I2 → TiI4↑						         (2000С)
   TiI4 → Ti +2I2							     (14000С)
Получение в промышленности Все элементы IV группы обычно получают восстановлением хлоридов или фторидов МХ4 с помощью активных металлов (Mg, Ca, Na). MCl4+2Mg → M+2MgCl2 (9000С) MCl4+4Na → M+4NaCl (8000С) Для более полной очистки используют, например, иодидное рафинирование (процесс Ван-Аркеля де Бура): Ti+2I2 → TiI4↑ (2000С) TiI4 → Ti +2I2 (14000С)
Страница №5
Химические свойства
Металлы инертны из-за пассивации, однако хорошо растворимы в плавиковой, щавелевой и т.п. кислотах ввиду комплексообразования:
   M+6HF → H2[MF6]+2H2↑
Металлы и оксиды при нагревании медленно растворяются в щелочах:
   M+2NaOH+H2O → Na2MO3+2H2↑
Галогениды МХ4 — б/цв твердые в-ва, но TiCl4 — жидкость!
Также возможно получение оксосоединений типа TiOSO4 со сложным строением.
Химические свойства Металлы инертны из-за пассивации, однако хорошо растворимы в плавиковой, щавелевой и т.п. кислотах ввиду комплексообразования: M+6HF → H2[MF6]+2H2↑ Металлы и оксиды при нагревании медленно растворяются в щелочах: M+2NaOH+H2O → Na2MO3+2H2↑ Галогениды МХ4 — б/цв твердые в-ва, но TiCl4 — жидкость! Также возможно получение оксосоединений типа TiOSO4 со сложным строением.
Страница №6
Химические свойства
Низшие степени окисления характерны только для титана, так при нагревании он реагирует с разбавленными кислотами:
   2Ti+6HCl → 2TiCl3+3H2↑
Аналогично с плавиковой кислотой,но в таких условиях происодит диспропорционирование:
   2Ti+6HF → [TiF6]2-+Ti2++3H2O
   Ti+6HF → H2[TiF6]+2H2O
Кроме того, для титана получены субоксиды состава Ti1-xO, Ti3O,Ti6O, имеющие кластерное строение.
Химические свойства Низшие степени окисления характерны только для титана, так при нагревании он реагирует с разбавленными кислотами: 2Ti+6HCl → 2TiCl3+3H2↑ Аналогично с плавиковой кислотой,но в таких условиях происодит диспропорционирование: 2Ti+6HF → [TiF6]2-+Ti2++3H2O Ti+6HF → H2[TiF6]+2H2O Кроме того, для титана получены субоксиды состава Ti1-xO, Ti3O,Ti6O, имеющие кластерное строение.
Страница №7
Полисоединения элементов 
IV группы
При гидролизе некоторых соединений(МХ4) возможно получить соединения состава MO2*xH2O, состоящее из длинных связанных цепей (для титана) или слоев и объемных структур, например кластерного типа.
Полисоединения элементов IV группы При гидролизе некоторых соединений(МХ4) возможно получить соединения состава MO2*xH2O, состоящее из длинных связанных цепей (для титана) или слоев и объемных структур, например кластерного типа.
Страница №8
Сводная таблица цветов
 ионов в растворе.
Сводная таблица цветов ионов в растворе.
Страница №9
Применение
Ti — активно используется в металлургии (сверхлегкие и сверхпрочные сплавы, сплавы с эффектом памяти), самоочищающиеся поверхности (TiO2).
Zr — добавка в некоторые сплавы, отражатель нейтронов.
Hf — поглотитель нейтронов в ядерных реакциях
Применение Ti — активно используется в металлургии (сверхлегкие и сверхпрочные сплавы, сплавы с эффектом памяти), самоочищающиеся поверхности (TiO2). Zr — добавка в некоторые сплавы, отражатель нейтронов. Hf — поглотитель нейтронов в ядерных реакциях
Страница №10
Физические свойства
V группа.
Физические свойства V группа.
Страница №11
Нахождение в природе
V — в коре 0,014% по массе, основные минералы: патронит VS4, ванадинит Pb5(VO4)3Cl и еще около 90 других.
Nb — в коре 0,002% по массе, основные минералы: ферроколумбит FeNb2O6 и пр.
Ta — 0,0017% по массе, основные минералы: ферротанталит FeTa2O6 и пр.
Тем не менее, данные элементы намного чаще встречаются в виде примесей в иных минералах.
Нахождение в природе V — в коре 0,014% по массе, основные минералы: патронит VS4, ванадинит Pb5(VO4)3Cl и еще около 90 других. Nb — в коре 0,002% по массе, основные минералы: ферроколумбит FeNb2O6 и пр. Ta — 0,0017% по массе, основные минералы: ферротанталит FeTa2O6 и пр. Тем не менее, данные элементы намного чаще встречаются в виде примесей в иных минералах.
Страница №12
Получение в промышленности
Ванадий чаще всего получают из шлака после обработки железных руд в виде FeV2O4:
   4FeV2O4+8NaCl+7O2 → 8NaVO3+2Fe2O3+4Cl2 (t)
   2FeV2O4+9Cl2 → 4VOCl3+2FeCl3+2O2 				(t)
Ниобий и тантал также получают из шлака, однако разделяют их фтороводородом:
   4FeNb2O6+64HF+O2 →
                             → 4H3[FeF6]+8H2[NbOF5]+18H2O
   4FeTa2O6+80HF+O2 →
                                → 4H3[FeF6]+8H2[TaF7]+26H2O
Получение в промышленности Ванадий чаще всего получают из шлака после обработки железных руд в виде FeV2O4: 4FeV2O4+8NaCl+7O2 → 8NaVO3+2Fe2O3+4Cl2 (t) 2FeV2O4+9Cl2 → 4VOCl3+2FeCl3+2O2 (t) Ниобий и тантал также получают из шлака, однако разделяют их фтороводородом: 4FeNb2O6+64HF+O2 → → 4H3[FeF6]+8H2[NbOF5]+18H2O 4FeTa2O6+80HF+O2 → → 4H3[FeF6]+8H2[TaF7]+26H2O
Страница №13
Химические свойства
Металлы также очень инертны, особенно Nb, Ta.
Ванадий растворяется только в конц. кислотах, прочие же металлы — только в HF и его смесях:
   V+6HNO3 → VO2NO3+5NO2↑+3H2O
   2M+12HF → 2H[MF6]+5H2↑
Также они растворимы при сплавлении с конц. щелочами в присутствии окислителей :
   4M+5O2+12KOH → 4K3MO4+6H2O
Химические свойства Металлы также очень инертны, особенно Nb, Ta. Ванадий растворяется только в конц. кислотах, прочие же металлы — только в HF и его смесях: V+6HNO3 → VO2NO3+5NO2↑+3H2O 2M+12HF → 2H[MF6]+5H2↑ Также они растворимы при сплавлении с конц. щелочами в присутствии окислителей : 4M+5O2+12KOH → 4K3MO4+6H2O
Страница №14
Формы ванадия в растворе
В зависимости от рН ванадий может принимать различные формы:
   V+5 → VO2+ → HVO3 → VO3-
   V+4 → VO2+ → H2VO3 → VO32-
сверх-кислая→кислая→нейтральная→щелочная
Кроме того, известен аналогичный оксокатион для V+3 → VO+.
Подобные оксокатионы проявляются и у Nb с Ta, но в чуть меньшей степени.
Формы ванадия в растворе В зависимости от рН ванадий может принимать различные формы: V+5 → VO2+ → HVO3 → VO3- V+4 → VO2+ → H2VO3 → VO32- сверх-кислая→кислая→нейтральная→щелочная Кроме того, известен аналогичный оксокатион для V+3 → VO+. Подобные оксокатионы проявляются и у Nb с Ta, но в чуть меньшей степени.
Страница №15
Полисоединения элементов 
5-й группы
Анионы ванадиевых кислот при изменении рН образуют гигантские полисоединения в виде, как правило, чередующихся слоев, составленных из октаэров [VO6], между которыми можно встроить иные соединения:
Также можно выделить
[V4O12]4-, [V10O28]6-
Полисоединения элементов 5-й группы Анионы ванадиевых кислот при изменении рН образуют гигантские полисоединения в виде, как правило, чередующихся слоев, составленных из октаэров [VO6], между которыми можно встроить иные соединения: Также можно выделить [V4O12]4-, [V10O28]6-
Страница №16
Сводная таблица цветов
 ионов в растворе.
Сводная таблица цветов ионов в растворе.
Страница №17
Применение
V, Nb и Ta часто используются как легирующие добавки к стали, а также иногда в виде отдельных сплавов (феррованадий) и бронз.
Производные ванадия также активно используются в катализе, источниках тока и т. п.
Соединения ниобия (карбид) изпользуются как антикоррозийные покрытия для турбин самолетов и т. д.
Сверхпроводники
Применение V, Nb и Ta часто используются как легирующие добавки к стали, а также иногда в виде отдельных сплавов (феррованадий) и бронз. Производные ванадия также активно используются в катализе, источниках тока и т. п. Соединения ниобия (карбид) изпользуются как антикоррозийные покрытия для турбин самолетов и т. д. Сверхпроводники
Страница №18
Физические св-ва.
6-я группа.
Физические св-ва. 6-я группа.
Страница №19
Нахождение в природе
Cr — в коре 0,035% по массе, основные минералы: хромит FeCr2O4, крокоит PbCrO4 и пр.
Mo — в коре 3*10-4% по массе, основные минералы: молибденит MoS2, повеллит CaMoO4 и пр.
W — 0,0017% по массе, основные минералы: вольфрамит (Fe,Mn)WO4, шеелит CaWO4 и пр.
Нахождение в природе Cr — в коре 0,035% по массе, основные минералы: хромит FeCr2O4, крокоит PbCrO4 и пр. Mo — в коре 3*10-4% по массе, основные минералы: молибденит MoS2, повеллит CaMoO4 и пр. W — 0,0017% по массе, основные минералы: вольфрамит (Fe,Mn)WO4, шеелит CaWO4 и пр.
Страница №20
Получение в промышленности
Технический хром удобно получать из хромита:
   4FeCr2O4+8Na2CO3+7O2 →	  															            → 8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2 (t)
   K2Cr2O7+2C → Cr2O3+K2CO3+CO 				(t)
Вольфрам обогащают обычно флотацией, а после этого очищают т. н. щелочным методом:
   2CaWO4+2Na2CO3+SiO2 →   										                               → 2Na2WO4+Ca2SiO4+2CO  (t)
Получение в промышленности Технический хром удобно получать из хромита: 4FeCr2O4+8Na2CO3+7O2 → → 8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2 (t) K2Cr2O7+2C → Cr2O3+K2CO3+CO (t) Вольфрам обогащают обычно флотацией, а после этого очищают т. н. щелочным методом: 2CaWO4+2Na2CO3+SiO2 → → 2Na2WO4+Ca2SiO4+2CO (t)
Страница №21
Химические свойства
Металлы пассивируются в конц. кислотах.
Хром хорошо растворяется в разб. кислотах:
   Cr+2HCl → CrCl2+H2 (в отсутствии окислителей)
Не происходит растворения в щелочах.
Mo, W инертны по отношению к кислотам
Все металлы окисляются в щелочных расплавах:
   M+3KNO3+2KOH → K2MO4+3KNO2+H2O
Химические свойства Металлы пассивируются в конц. кислотах. Хром хорошо растворяется в разб. кислотах: Cr+2HCl → CrCl2+H2 (в отсутствии окислителей) Не происходит растворения в щелочах. Mo, W инертны по отношению к кислотам Все металлы окисляются в щелочных расплавах: M+3KNO3+2KOH → K2MO4+3KNO2+H2O
Страница №22
Полисоединения элементов 
6-й группы
Все элементы 6-й группы образуют изополисоединения. М+6 чаще всего образует цепочки из сцепленных вершинами тетраэдров состава МnO3n+12-:
Кроме этого, воможны трехмерные каркасы из октаэдров [МO6], сцепленных ребрами или вершинами и т.д.
Полисоединения элементов 6-й группы Все элементы 6-й группы образуют изополисоединения. М+6 чаще всего образует цепочки из сцепленных вершинами тетраэдров состава МnO3n+12-: Кроме этого, воможны трехмерные каркасы из октаэдров [МO6], сцепленных ребрами или вершинами и т.д.
Страница №23
Сводная таблица цветов
 ионов в растворе.
Сводная таблица цветов ионов в растворе.
Страница №24
Применение
Cr — в металлургии: нержавеющие стали, декоративные покрытия; также зеркала, абразивы; в хим.промышленности: пигменты, катализаторы и т.п.
Mo, W — часто используются как добавка к сталям для придания жаропрочностии твердости сплавам, соединения известны как катализаторы. Кроме этого используются в электронике и т.п.
Применение Cr — в металлургии: нержавеющие стали, декоративные покрытия; также зеркала, абразивы; в хим.промышленности: пигменты, катализаторы и т.п. Mo, W — часто используются как добавка к сталям для придания жаропрочностии твердости сплавам, соединения известны как катализаторы. Кроме этого используются в электронике и т.п.
Страница №25
Физические свойства
VII группа
Mn, Tc, Re
Физические свойства VII группа Mn, Tc, Re
Страница №26
Нахождение в природе
Mn – в коре 0,1% по массе, основные минералы: пиролюзит MnO2	
Tc – синтетический элемент
Re – в коре 7∙10-8% по массе, рассеянный элемент (примесь молибденита), основной минерал: CuReS4 – джезказганит.
Нахождение в природе Mn – в коре 0,1% по массе, основные минералы: пиролюзит MnO2 Tc – синтетический элемент Re – в коре 7∙10-8% по массе, рассеянный элемент (примесь молибденита), основной минерал: CuReS4 – джезказганит.
Страница №27
Получение в промышленности
Mn – восстановление пиролюзита при нагревании: 4MnO2=2Mn2O3 + O2; Mn2O3 + 2Al = 2Mn + Al2O3
Tc – получают из радиоактивных отходов промышленности
Re – обжиг минералов с последующим восстановлением: 4ReS2+15O2=2Re2O7+8SO2; Re2O7+7H2=2Re+7H2O
Получение в промышленности Mn – восстановление пиролюзита при нагревании: 4MnO2=2Mn2O3 + O2; Mn2O3 + 2Al = 2Mn + Al2O3 Tc – получают из радиоактивных отходов промышленности Re – обжиг минералов с последующим восстановлением: 4ReS2+15O2=2Re2O7+8SO2; Re2O7+7H2=2Re+7H2O
Страница №28
Химические свойства
В высших степенях окисления – сильные окислительные свойства, в низших – практически не проявляют восстановительных
Марганец растворим в кислотах достаточно быстро, рений – гораздо медленнее
С щелочами марганец реагирует только в присутствии окислителей
Химические свойства В высших степенях окисления – сильные окислительные свойства, в низших – практически не проявляют восстановительных Марганец растворим в кислотах достаточно быстро, рений – гораздо медленнее С щелочами марганец реагирует только в присутствии окислителей
Страница №29
Сводная таблица цветов ионов в растворе
Тут с таблицей будет неудобно, так как рений и технеций в растворах являются бесцветными, а марганец проявляет самую различную окраску: +2 – бесцветный раствор (в твёрдом – очень слабо-розовый), +4 – бурый, +5 – синий (в сильнощелочных средах), +6 – зелёный, +7 – от розового до фиолетового (в зависимости от концентрации ионов)
Сводная таблица цветов ионов в растворе Тут с таблицей будет неудобно, так как рений и технеций в растворах являются бесцветными, а марганец проявляет самую различную окраску: +2 – бесцветный раствор (в твёрдом – очень слабо-розовый), +4 – бурый, +5 – синий (в сильнощелочных средах), +6 – зелёный, +7 – от розового до фиолетового (в зависимости от концентрации ионов)
Страница №30
Применение
Марганец: добавки в стали с самыми различными свойствами – прочность, износоустойчивость ит.д. Оксид марганца применяется в элементах Лекланше. Применение в органическом синтезе.
Технеций: источник излучения в медицине
Рений: высокая каталитическая способность, добавки к сталям повышают их жаропрочность, использование в высокостойких термопарах.
Применение Марганец: добавки в стали с самыми различными свойствами – прочность, износоустойчивость ит.д. Оксид марганца применяется в элементах Лекланше. Применение в органическом синтезе. Технеций: источник излучения в медицине Рений: высокая каталитическая способность, добавки к сталям повышают их жаропрочность, использование в высокостойких термопарах.