Анализ свойств свободных атомов и физико-химических показателей характеристических соединений элементов 7Б группы периодической системы

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Курский государственный  университет»

 

 

Кафедра химии

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине«Неорганическая химия»

на тему:

«Анализ свойств свободных атомов и физико-химических показателей характеристических соединений элементов 7Б группы периодической системы элементов Д.И.Менделеева»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                               Выполнил:

                                                                      студент 1 курса 11 группы

                                                                             естественно-географического

                                              факультета

                                                      Коновалов К.В.

                                                 Проверила:

                                                   к.х.н., доцент

                                                                           Лозинская Елена Федоровна

 

 

Курск – 2012

Содержание

1. Введение………………………………………………………………….3
2. Свойства элементов 7Б группы ПСХЭ Д.И. Менделеева
1. Общая характеристика………………………………………………6
2. Физические свойства………………………………………………...7
3. Химические свойства………………………………………………...9
3. Заключение………………………………………………………………..15

Литература…………………………………………………………………..17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

Марганец. Марганец известен с 1774 г. Существование его аналогов было предсказано Д.И. Менделеевым в 1870 г. O соединении марганца  пиролюзите (MnO2), о его способности обесцвечивать стекло упоминается в трудах Плиния. Правда, в древности и в средние века пиролюзит не отличали от сходных по внешнему виду минералов, содержащих железо, особенно от магнетита и гематита, и в связи с этим называли его тоже магнезией. Ремесленники - стеклоделы, пользуясь пиролюзитом для обесцвечивания стекла, именовали его иногда мангановым камнем (Lapismanganensis), мылом стеклоплавильщиков, мылом стекла (Sapovitri) из-за его обесцвечивающей способности. В 1740 г. Потт с помощью магнита доказал, что пиролюзит не содержит железа; позднее он подтвердил это заключение тем, что пиролюзит не изменяется при прокаливании и некоторых химических реакциях. Сначала пиролюзит называли черной магнезией (Magnesianigra), чтобы отличать от основания эпсомской соли - белой магнезии. Когда же Шееле и Ган получили из черной магнезии металл путем восстановления пиролюзита углем, они назвали его магнезием (Magnesium). В чистом виде металл был получен в 1808 г. Джоном. По данным Партингтона, пиролюзит стали именовать манганесом уже в литературе в XVI в. Вероятно, это слово вошло в практику еще раньше, в ХШ в. (у Альберта великого), и употреблялось наряду с другими названиями. Берцелиус в своем учебнике химии употребляет название манганий, или манган (Manganium), которое затем изменяется на манганум (Manganum). Происхождение последнего слова неясно; вероятнее всего, что оно произведено от греч. – «да, действительно и проясняю, навожу блеск». Таким образом, в целом слово означает «действительно обесцвечиваю, проясняю» и, возможно, имеет ремесленное происхождение, связанное с обесцвечивающим действием минерала на стекло при плавке. Слово марганец, вероятно, представляет собой искаженное слово манганес. В начале XIX в. в России было общепринято название марганцовик (Захаров, 1810), позже встречается ремесленное название манганес - камень, применяемый при изготовлении финифти пурпурового цвета и окрашенных стекол.

Технеций впервые получен в 1937г. В своих знаменитых предсказаниях среди других неоткрытых элементов Менделеев назвал эка-марганец - аналог марганца с атомным весом около 100. В год этого предсказания (1871) можно было предполагать, что подобный элемент уже открыт в 1846 г. Германом в минерале иттроильмените (позже получившем название самарскит), так как описанные автором открытия свойства элемента позволяли считать его эка-марганцем. И хотя открытие Германом элемента, названного им ильмением, было опровергнуто Розе, Менделеев все же предполагал, что ильмений Германа может быть эка-силицием. Поиски аналога марганца долгое время были безуспешными, хотя недостатка в сообщениях о его «открытии» не ощущалось; так были «открыты»дэвий, люций, ниппоний. В 1925 г. Ноддак и Такке сообщили о том, что они нашли два новых элемента - 43 и 75. Первый был назван мазурием, второй - рением. Существование мазурия не было подтверждено сколько-нибудь убедительно, тогда как открытие рения стало действительностью. В 1936 г. Лоуренс из Калифорнийского университета в Беркли послал итальянскому физику Сегрэ в Палермо образец молибдена, подвергнутого длительному (несколько месяцев) облучению в циклотроне жесткими дейтеронами. Сегрэ совместно с Перрье установили, что радиоактивность этого образца относится не только к содержащимся в нем молибдену, цирконию и ниобию, но и рению и марганцу. Активная часть материала, близкая по химическим свойствам к рению, была выделена в невесомом количестве (около 10-10г.) и оказалась изотопом элемента 43. Вскоре Сегрэ и Перрье выделили еще пять изотопов этого элемента, а затем Сегрэ и By доказали существование его изотопов в продуктах распада урана. Позже было получено еще несколько изотопов нового элемента и среди них два вполне устойчивых. Элемент 43 отсутствует в природе, поэтому Сегрэ и Перрье предложили назвать его технецием от греч.искусственный, приготовленный руками человека.

Рений открыт в 1925г. Поиски предсказанных Менделевым элементов 43 и 76 (эка-марганца и дви-марганца) начались в конце XIX в., но были безуспешными до 20-х годов нашего столетия, когда Ноддаку и Такке удалось определить главные свойства этих недостающих в периодической таблице элементов. Эти ученые систематически изучали руды и минералы, в которых присутствие искомых элементов казалось вероятным. Первым объектом исследований, начатых в 1922 г., была платиновая руда, но из-за ее дороговизны вскоре пришлось переключиться на другие объекты, в частности редкоземельные минералы - колумбит, гадолинит и т.д. Результатом трехлетних напряженных трудов Ноддака и Такке, а также Берга по концентрированию отдельных фракций растворов, выделенных из минералов, явилось обнаружение в рентгеновском спектре одной из фракций серии из пяти новых линий. Как оказалось, эти линии принадлежали элементу 75. Исследователи назвали его рением (Rhenium) в честь Рейнской провинции - родины Такке, ставшей к тому времени супругой Ноддака. Вскоре последовало сообщение о том, что супругам Ноддак удалось наблюдать новые линии рентгеновского спектра, принадлежащие элементу 43, названному мазурием (Masurium) в честь Мазурской провинции - родины Ноддака. Впрочем, некоторые историки химии считают, что оба названия содержат большую дозу национализма: рейнская область и мазурские болота оказались во время первой мировой войны местами крупных удачных для германских войск сражений. Открытие мазурия не было подтверждено. Что же касается рения, то в 1926 г. супруги Ноддак выделили его в количестве 2 мг; годом позже в их распоряжении имелось уже около 120 мг рения.

 

 

 

 

 

 

2.Свойства элементов 7Б группы ПСХЭ Д.И.Менделеева

2.1Общая характеристика

            Побочная подгруппа VII группы (по новой классификации ИЮПАК: 7 группа элементов) Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, в которую входят переходные металлы: марганец Mn, технеций Tc и рений Re. Общая формула валентных электронов n-1d5 ns2. На основании строения электронной конфигурации, к этой же группе относится и элемент борийBh, искусственно синтезированный в 1976 г. группой Юрия Оганесяна из Объединённого института ядерных исследований в Дубне.

Как и в других группах, члены этого семейства элементов  проявляют закономерности электронной  конфигурации.

                                                                                                                  Таблица 1

Название	Валентные электроны	Атомный радиус, нм	Энергия ионизации, кДж/моль	Сод.в земной коре, %	Прир. изотопы
Марганец	3d54s2	0,131	1509	9,5*10^-2	55Mn (100%)
Технеций	4d55s2	0,136	1472	нет	"Тс
Рений	5d56s2	0,137	1260	4*10^-8	185Re (37,1%) 487Re (62,9%)

Рис.1

2.2 Физические  свойства

                                                                                                                 Таблица 2

Атомная масса	Название	Электронная конфигурация	ρ г/см3	T пл. 0C	T кип. 0C	ЭО	Атомный радиус, нм	Степень  окисления
25	Марганец	[Ar] 3d54s2	7,45	1244	1962	1,6	0,131	+2,+3,+4,+5,+6,+7
43	Технеций	[Kr] 4d55s2	11,5	2172	4876	1,36	0,136	+2,+3,+4,+5,+6,+7
45	Рений	[Xe] 4f145d56s2	20,53	3180	5600	1,46	0,137	+3,+4,+5,+6,+7

 

Температура  плавления  и кипения

Рис.2 

Рис.3  

           Марганец - серебристо-белый твёрдый хрупкий металл. Известны четыре кристаллические модификации марганца, каждая из которых термодинамически устойчива в определённом интервале температур. Ниже 707⁰ С устойчив a-марганец, имеющий сложную структуру - в его элементарную ячейку входят 58 атомов. Сложность структуры марганца при температурах ниже 707⁰С обусловливает его хрупкость.

         Металлический технеций в виде порошка имеет серый цвет (напоминает Re, Mo, Pt); компактный металл (слитки плавленого металла, фольга, проволока) серебристо-серого цвета. Технеций в кристаллическом состоянии имеет гексагональную решётку плотной упаковки; в тонких слоях - кубическую гранецентрированную решётку.  Технеций парамагнитен; его магнитная восприимчивость при 25 ⁰С - 2,7 * 10^-4.

           Рений - четвёртый в списке элементов с наибольшей плотностью в твёрдом состоянии. Это тугоплавкий тяжёлый металл, по внешнему виду напоминает сталь. Порошок металла - чёрного или темно-серого цвета в зависимости от дисперсности. По ряду физических свойств рений приближается к тугоплавким металлам VI группы (молибден, вольфрам), а также к металлам платиновой группы. По температуре плавления рений занимает второе место среди металлов, уступая лишь вольфраму, а по плотности - четвёртое (после осмия, иридия и платины). Чистый металл пластичен при комнатной температуре, но вследствие высокого модуля упругости после обработки твёрдость рения сильно возрастает из-за наклёпа. Для восстановления пластичности его отжигают в водороде, инертном газе или вакууме. Рений выдерживает многократные нагревы и охлаждения без потери прочности. Его прочность при температуре до 1200°C выше, чем вольфрама, и значительно превосходит прочность молибдена. Удельное электросопротивление рения в четыре раза больше, чем у вольфрама и молибдена.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Химические  свойства

           Характерные степени окисления марганца: +2, +3, +4, +6, +7 (+1, +5 мало характерны).

           При окислении на воздухе пассивируется. Порошкообразный марганец сгорает в кислороде (Mn + O2 → MnO2). Марганец при нагревании разлагает воду, вытесняя водород (Mn + 2H2O → (t) Mn (OH) 2 + H2↑), образующийся гидроксид марганца замедляет реакцию.

Марганец поглощает водород, с повышением температуры его  растворимость в марганце увеличивается.

При температуре выше 1200°C взаимодействует с азотом, образуя  различные по составу нитриды.

          Углерод реагирует с расплавленным марганцем образуя карбиды Mn3C и другие. Образует также силициды, бориды, фосфиды.

C соляной и серной кислотами  реагирует по уравнению:

Mn + 2H+ → Mn2+ + H2↑

            С концентрированной серной кислотой реакция идёт по уравнению:

Mn + 2H2SO4 (конц.) → MnSO4 + SO2↑ + 2H2O

            С разбавленой азотной кислотой реакция идёт по уравнению:

3Mn + 8HNO3 (разб.) → 3Mn (NO3) 2 + 2NO↑ + 4H2O

            В щелочном растворе марганец устойчив.

            Марганец образует следующие оксиды: MnO, Mn2O3, MnO2, MnO3 (не выделен в свободном состоянии) и марганцевый ангидрид Mn2O7.

Mn2O7 в обычных условиях  жидкое маслянистое вещество  тёмно-зелёного, очень неустойчивое; в смеси с концентрированной  серной кислотой воспламеняет  органические вещества. При 90°C Mn2O7 разлагается со взрывом. Наиболее  устойчивы оксиды Mn2O3 и MnO2, а также  комбинированный оксид Mn3O4 (2MnO·MnO2, или соль Mn2MnO4).

При сплавлении оксида марганца (IV) (пиролюзит) со щелочами в присутствии  кислорода образуются манганаты:

 

2MnO2 + 4KOH + O2 → 2K2MnO4 + 2H2O

Раствор манганата имеет тёмно-зелёный цвет. При подкислении протекает реакция:

3K2MnO4 + 3H2SO4 → 3K2SO4 + 2HMnO4 + MnO (OH) 2↓ + H2O

Раствор окрашивается в малиновый  цвет из-за появления аниона MnO4−  и из него выпадает коричневый осадок гидроксида марганца (IV).

Марганцевая кислота очень  сильная, но неустойчивая, её невозможно сконцентрировать более, чем до 20 %. Сама кислота и её соли (перманганаты) - сильные окислители. Например, перманганат  калия в зависимости от pH раствора окисляет различные вещества, восстанавливаясь до соединений марганца разной степени окисления. В кислой среде - до соединений марганца (II), в нейтральной - до соединений марганца (IV), в сильно щелочной - до соединений марганца (VI).

В кислой среде: 5K₂S0₃ + 2КМn0₄ + 3H₂S0₄→ 6K₂S0₄ 4 + 2MnSO₄ + 3H₂0 в нейтр. среде: ЗК₂S0₃ + 2 КМn0₄4 - Н₂0 → 3K₂S0₄ 4 - 2MnO_s 4 - 2KOH

В щелочной среде: K₂S0₃+ 2КМп0₄ + KОН→ K₂S0₄ + 2К₂Мп0₄ + Н₂О

           При прокаливании перманганаты разлагаются с выделением кислорода (один из лабораторных способов получения чистого кислорода). Реакция идёт по уравнению (на примере перманганата калия):

2KMnO4 → (t) K2MnO4 + MnO2 + O2↑

Под действием сильных  окислителей ион Mn2+ переходит в  ион MnO4−:

2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 2PbSO4 + 3Pb (NO3) 2 + 2H2O