Здравствуйте, уважаемые ученики! В рамках изучения неорганической химии мы не можем обойти вниманием большую и очень важную группу элементов — d-элементы. Эти элементы, расположенные в побочных подгруппах Периодической системы, обладают уникальными свойствами, которые определяются их особым электронным строением.
Положение и электронное строение d-элементов
1. Положение в Периодической системе
d-Элементы — это химические элементы, в атомах которых электроны с максимальной энергией располагаются на d-подуровне предвнешнего энергетического уровня.
d-Элементы располагаются в Периодической системе в:
· Побочных подгруппах (группы IIIБ — VIIIБ, IБ и IIБ).
· Начинаются они с четвертого периода.
Они также известны как переходные элементы.
2. Строение атома и валентные электроны
Валентные электроны d-элементов находятся на внешнем s-подуровне и незавершенном d-подуровне предвнешнего уровня.
Общая электронная формула атомов большинства d-элементов может быть изображена следующим образом:
…(n-1)d^x ns^2 или …(n-1)d^x ns^1
где n — номер периода.
На внешнем уровне атома d-элемента обычно имеется не более двух s-электронов (1 или 2 электрона), в то время как остальные валентные электроны находятся на d-подуровне предвнешнего уровня, т.е. ближе к ядру. Число валентных электронов у d-элементов колеблется от 1 до 8.
Особые случаи заполнения d-подуровня:
Наиболее устойчивыми электронными структурами d-элементов являются полностью заполненные (d1^0) и наполовину заполненные (d^5) d-подуровни. Иногда для достижения такой устойчивой конфигурации происходит «провал» электрона с внешнего s-подуровня на предвнешний d-подуровень.
Пример: Хром. Вместо ожидаемой конфигурации … 3d^4 4s^2, у хрома наблюдается 3d5 4s1. В результате атом хрома имеет шесть неспаренных валентных электронов.
Пример: Медь. Атомы меди, серебра и золота имеют конфигурацию … …(n-1)d^x ns^1. Это означает, что у них всего один валентный электрон.
Общие свойства d-элементов
1. Металлические свойства и активность
Все d-элементы являются металлами. Однако они проявляют меньшую металлическую активность, чем s-элементы того же периода.
d-Элементы относятся к металлам низкой или средней активности, поскольку их валентные электроны, находящиеся на предвнешнем уровне, расположены ближе к ядру и притягиваются им сильнее, чем валентные электроны металлов главных подгрупп.
2. Валентность и степени окисления
Поскольку большая часть валентных электронов находится на d-подуровне предвнешнего уровня, большинство d-элементов характеризуются переменной валентностью.
Для всех d-элементов известны соединения с валентностью II. Для многих d-элементов эта валентность является основной.
Максимальная степень окисления, как правило, равна номеру группы.
3. Зависимость свойств от степени окисления
Для многовалентных d-элементов прослеживается важная закономерность:
При возрастании степени окисления атома металла усиливаются и кислотные, и окислительные свойства его соединений.
Пример этой закономерности на соединениях хрома:
Cr (II): Оксид CrO и гидроксид Cr(OH)2 — основные (слабые восстановители).
Cr (III): Оксид Cr2O3 и гидроксид Cr(OH)3 — амфотерные (наиболее устойчивы в природе).
Cr (VI): Оксид CrO3 — кислотный (сильный окислитель).
Комплексные соединения d-элементов
Образование комплексных соединений является характерной особенностью d-элементов.
Комплексное соединение — это сложное соединение, содержащее комплексный ион, обозначаемый в квадратных скобках.
1. Центральный атом: обычно это атом металла (d-элемента), который называется центральным атомом.
2. Лиганды: это ионы или молекулы, удерживаемые центральным атомом.
3. Механизм связи: связь с лигандом часто осуществляется по донорно-акцепторному механизму, где атом металла выступает как акцептор (имеет вакантные орбитали), а лиганд — как донор (предоставляет электронную пару). Активными лигандами могут быть молекулы воды (аквакомплексы), аммиака (аммиакаты), гидроксид-анионы и другие.
Стань покорителем химии вместе с нами!
В этой статье мы узнали про d-элементы. Для сдачи ЕГЭ на высокие баллы необходимо научиться применять знания на заданиях формата экзамена. В онлайн школе Lomonosov.school вы сможете не только наработать свои знания для сдачи ЕГЭ, но и научитесь применять их для решения заданий.