Химические свойства простых веществ

S+4 – 2ē ® S+6	1
Mn+7 + 1ē ® Mn+6	2

 

 

метод полуреакций:

SO32- + 2OH- - 2ē ® SO42- + H2O	1
MnO41- + ē ® MnO42-	2

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––

SO₃^2- + 2OH^- + 2MnO₄^- ® SO₄^2- + H₂O + 2MnO₄^2- 

 

 

Биологическая роль и содержание в живых организмах

Марганец  содержится в организмах всех растений и животных, хотя его содержание обычно очень мало, порядка тысячных долей процента, он оказывает значительное влияние на жизнедеятельность, то есть является микроэлементом. Марганец оказывает влияние на рост, образование крови и функции половых желёз. Особо богаты марганцем листья свёклы — до 0,03 %, а также большие его количества содержатся в организмах рыжихмуравьёв — до 0,05 %. Некоторые бактерии содержат до нескольких процентов марганца.Избыточное накопление марганца в организме сказывается, в первую очередь, на функционировании центральной нервной системы. Это проявляется в утомляемости, сонливости, ухудшении функций памяти. Марганец является политропным ядом, поражающим также легкие, сердечно-сосудистую и гепатобиллиарную системы, вызывает аллергический и мутагенный эффект.

С химической точки зрения технеций и его соединения малотоксичны. Опасность технеция вызывается его радиотоксичностью.Технеций при введении в организм попадает почти во все органы, но в основном задерживается в желудке и щитовидной железе. Поражение органов вызывается его β-излучением с дозой до 0,1 р/(час·мг).При работе с технецием используются вытяжные шкафы с защитой от его β-излучения или герметичные боксы.

Маловероятно, что рений участвует в биохимических процессах. Вообще о воздействии рения на живые организмы известно очень мало, не изучена его токсичность, поэтому при работе с его соединениями следует быть осторожным.

 

Подгру́ппа желе́за — химические элементы 8-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы побочной подгруппы VIII группы)^[1]. В группу входят железо Fe, рутений Ru и осмий Os. На основании электронной конфигурации атома к этой же группе относится и искусственно синтезированный элемент хассий Hs, который был открыт в 1984 в Центре исследования тяжёлых ионов (нем. Gesellschaft für Schwerionenforschung, GSI), Дармштадт, Германия в результате бомбардировки свинцовой (²⁰⁸Pb) мишени пучком ионов железа-58 из ускорителя UNILAC. В результате эксперимента были синтезированы 3 ядра ²⁶⁵Hs, которые были надёжно идентифицированы по параметрам цепочки α-распадов^[2]. Одновременно и независимо эта же реакция исследовалась в ОИЯИ (Дубна, Россия), где по наблюдению 3 событий α-распада ядра ²⁵³Es также был сделан вывод о синтезе в этой реакции ядра ²⁶⁵Hs, подверженного α-распаду^[3].

Желе́зо — элемент восьмой группы (по старой классификации — побочной подгруппы восьмой группы) четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия).

Простое вещество железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.

Собственно, железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8 %), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2,14 вес. % углерода) и чугун (более 2,14 вес. % углерода), а также нержавеющая(легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.). Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом № 1» по важности для человека.В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре — 4,65 % (4-е место после O, Si, Al^[2]). Считается также, что железо составляет бо́льшую часть земного ядра. Электронная конфигурация [Ar] 3d6 4s2.

Для железа характерны степени окисления железа — +2 и +3.

Степени окисления +2 соответствует чёрный оксид  FeO и зелёный гидроксид Fe(OH)₂. Они имеют основный характер. В солях Fe(+2) присутствует в виде катиона. Fe(+2) — слабый восстановитель.

Степени окисления +3 соответствуют красно-коричневый оксид Fe₂O₃ и коричневый гидроксид Fe(OH)₃. Они носят амфотерный характер, хотя и кислотные, и основные свойства у них выражены слабо. Так, ионы Fe³⁺ нацело гидролизуются даже в кислой среде. Fe(OH)₃ растворяется (и то не полностью), только в концентрированных щелочах. Fe₂O₃ реагирует со щелочами только при сплавлении, давая ферриты (формальные соли несуществующей в свободном виде кислоты HFeO₂):

Железо (+3) чаще всего проявляет слабые окислительные  свойства.

Степени окисления +2 и +3 легко переходят  между собой при изменении  окислительно-восстановительных условий.Кроме того, существует оксид Fe₃O₄, формальная степень окисления железа в котором +8/3. Однако этот оксид можно также рассматривать как феррит железа (II) Fe⁺²(Fe⁺³O₂)₂.

Также существует степень окисления +6. Соответствующего оксида и гидроксида в свободном  виде не существует, но получены соли — ферраты (например, K₂FeO₄). Железо (+6) находится в них в виде аниона. Ферраты являются сильными окислителями.

Свойства  простого вещества

При хранении на воздухе при температуре до 200 °C железо постепенно покрывается плотной плёнкой оксида, препятствующего дальнейшему окислению металла. Во влажном воздухе железо покрывается рыхлым слоемржавчины, который не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу и его разрушению. Ржавчина не имеет постоянного химического состава, приближённо её химическую формулу можно записать как Fe₂O₃·xH₂O.

Взаимодействует с кислотами

С соляной кислотой:

С разбавленной серной кислотой:

Концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо. C концентрированной серной кислотой взаимодействует только при нагревании:

Взаимодействие  с кислородом.Сгорание железа на воздухе:

Сгорание  в чистом кислороде:

Пропускание кислорода или воздуха через  расплавленное железо:

Взаимодействие  с порошком серы при нагревании:

Взаимодействие  с галогенами при нагревании.Горение в хлоре:

При повышенном давлении паров брома:

Взаимодействие  с йодом:

Взаимодействие  с неметаллами:

С азотом при нагревании:

С фосфором при нагревании:

С углеродом:

С кремнием:

Взаимодействие  раскалённого железа с водяным паром:

Железо  восстанавливает металлы, которые  в ряду активности стоят правее него, из растворов солей:

Железо  восстанавливает соединения железа(III):

При повышенном давлении металлическое железо реагирует  с оксидом углерода(II) CO, причём образуется жидкий, при обычных условиях легко летучий пентакарбонил железа Fe(CO)₅. Известны также карбонилы железа составов Fe₂(CO)₉ и Fe₃(CO)₁₂. Карбонилы железа служат исходными веществами при синтезе железоорганических соединений, в том числе и ферроцена состава (η⁵-C₅H₅)₂Fe.

Чистое  металлическое железо устойчиво  в воде и в разбавленных растворах щелочей. Железо не растворяется в холодных концентрированных серной и азотной кислотах из-за пассивации поверхности металла прочной оксидной плёнкой. Горячая концентрированная серная кислота, являясь более сильным окислителем, взаимодействует с железом.

Соединения  железа (II)

Оксид железа(II) FeO обладает основными свойствами, ему отвечает основание Fe(OH)₂. Соли железа (II) обладают светло-зелёным цветом.

При их хранении, особенно во влажном воздухе, они  коричневеют за счёт окисления до железа (III). Такой же процесс протекает при хранении водных растворов солей железа(II):

Из солей  железа(II) в водных растворах устойчива соль Мора — двойной сульфат аммония и железа(II) (NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6Н₂O.

Реактивом на ионы Fe²⁺ в растворе может служить гексацианоферрат(III) калия K₃[Fe(CN)₆] (красная кровяная соль). При взаимодействии ионов Fe²⁺ и [Fe(CN)₆]³⁻ выпадает осадок гексацианоферрата (III) калия-железа (II)(берлинская лазурь).

который внутримолекулярно перегруппировывается в гексацианоферрат (II) калия-железа (III):

Для количественного  определения железа (II) в растворе используют фенантролин Phen, образующий с железом (II) красный комплекс FePhen₃ (максимум светопоглощения — 520 нм) в широком диапазоне рН (4-9)^[18].

Соединения  железа (III)

Оксид железа(III) Fe₂O₃ слабо амфотерен, ему отвечает ещё более слабое, чем Fe(OH)₂, основание Fe(OH)₃, которое реагирует с кислотами:

Соли Fe³⁺ склонны к образованию кристаллогидратов. В них ион Fe³⁺ как правило окружен шестью молекулами воды. Такие соли имеют розовый или фиолетовый цвет.Ион Fe³⁺ полностью гидролизуется даже в кислой среде. При рН>4 этот ион практчиески полностью осаждается^[19] в виде Fe(OH)₃:

При частичном  гидролизе иона Fe³⁺ образуются многоядерные оксо- и гидроксокатионы, из-за чего растворы приобретают коричневый цвет.Основные свойства гидроксида железа(III) Fe(OH)₃ выражены очень слабо. Он способен реагировать только с концентрированными растворами щелочей:

Образующиеся при этом гидроксокомплексы железа(III) устойчивы только в сильно щелочных растворах. При разбавлении растворов водой они разрушаются, причём в осадок выпадает Fe(OH)₃.При сплавлении со щелочами и оксидами других металлов Fe₂O₃ образует разнообразные ферриты:

Соединения  железа(III) в растворах восстанавливаются  металлическим железом:

Железо(III) способно образовывать двойные сульфаты с однозарядными катионами типа квасцов, например, KFe(SO₄)₂ — железокалиевые квасцы, (NH₄)Fe(SO₄)₂ — железоаммонийные квасцы и т. д.

Для качественного  обнаружения в растворе соединений железа(III) используют качественную реакцию  ионов Fe³⁺ с неорганическими тиоцианатами SCN⁻. При этом образуется смесь ярко-красных роданидных комплексов железа [Fe(SCN)]²⁺, [Fe(SCN)₂]⁺, Fe(SCN)₃, [Fe(SCN)₄]^-.^[20] Состав смеси (а значит, и интенсивность её окраски) зависит от различных факторов, поэтому для точного качественного определения железа этот метод неприменим.

Другим  качественным реактивом на ионы Fe³⁺ служит гексацианоферрат(II) калия K₄[Fe(CN)₆] (жёлтая кровяная соль). При взаимодействии ионов Fe³⁺ и [Fe(CN)₆]⁴⁻ выпадает ярко-синий осадок гексацианоферрата (II) калия-железа (III):

Количественно ионы Fe³⁺ определяют по образованию красных (в слабокислой среде) или жёлтых (в слабощелочной среде) комплексов с сульфосалициловой кислотой. Эта реакция требует грамотного подбора буферов, так как некоторые анионы (в частности, ацетат) образуют с железом и сульфосалициловой кислотой смешанные комплексы со своими оптическими характеристиками.

Соединения  железа (VI)

Ферраты — соли не существующей в свободном виде железной кислоты H₂FeO₄. Это соединения фиолетового цвета, по окислительным свойствам напоминающие перманганаты, а по растворимости — сульфаты. Получают ферраты при действии газообразного хлора или озона на взвесь Fe(OH)₃ в щелочи^[21]:

Ферраты также можно получить электролизом 30%-ного раствора щелочи на железном аноде:

Ферраты — сильные окислители. В кислой среде разлагаются с выделением кислорода:^[22]:

Окислительные свойства ферратов используют для обеззараживания воды.

Руте́ний — элемент побочной подгруппы восьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева,атомный номер 44. Обозначается символом Ru (лат. Ruthenium). Простое вещество рутений— переходный металлсеребристого цвета. Относится к платиновым металлам.

Рутений не растворяется в кислотах и царской водке (смеси HCl и HNO₃). Вместе с тем рутений реагирует с хлором выше 400 °C (образуется RuCl₃) и со смесью щелочи и нитрата при сплавлении (образуются рутенаты, например Na₂RuO₄).Рутений способен давать соединения, соответствующие разной степени окисления:

8 RuO₄; RuO₄ · PCl₃

7 M[RuO₄]

6 M₂[RuO₄]; M₂[RuF₈]; RuF₆

5 M[RuF₆]; RuF₅

4 RuCl₄; RuO₂; M₂[RuCl₆]

3 RuCl₃; М₃[RuCl₆]

2 M₂[RuCl₄]; M₄[Ru(CN)₆]

1 Ru(CO)_nBr

0 Ru(CO)_n

Соединения  рутения представлены также широким  спектром нитрозосоединений — содержащих группировку RuNO. Данные комплексные соединения, в особенности, нитрозамины (например, [RuNO(NO₂)₂(NH₃)₂OH]) инитрозонитрокомплексы (особенно комплексный анион [RuNO(NO₂)₄OH]²⁻) отличаются высокой устойчивостью и кинетической инертностью. Тетраоксид рутения (Ru^+VIIIO₄) по свойствам несколько напоминает тетраоксид осмия.

О́смий (лат. Osmium) — химический элемент с атомным номером 76 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Os. При стандартных условиях представляет собой блестящий серебристо-белый с голубоватым отливом металл.Переходный металл, относится к платиновым металлам. Обладает наибольшей плотностью среди всех веществ^[5], сравним по этому параметру только с иридием (плотности Os и Ir практически равны с учётом расчётной погрешности). Этот результат получен путём теоретических расчётов^. Порошок осмия при нагревании реагирует с кислородом, галогенами, парами серы, селеном, теллуром, фосфором, азотной и серной кислотами. Компактный осмий не взаимодействует ни с кислотами, ни со щелочами, но с расплавами щелочей образует водорастворимые осматы. Медленно реагирует с азотной кислотой ицарской водкой, реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей (нитрата или хлората калия), с расплавленной перекисью натрия. В соединениях проявляет степени окисления от −2 до +8, из которых самыми распространенными являются +2, +3, +4 и +8^[11].