Химические свойства простых веществ

Палла́дий — элемент побочной подгруппы восьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева,атомный номер 46. Обозначается символом Pd (лат. Palladium). Простое вещество палладий— пластичныйпереходный металл серебристо-белого цвета. Благородный металл платиновой группы.

Палладий  не реагирует с водой, разбавленными  кислотами, щелочами, раствором аммиака. Реагирует с концентрированными соляной и азотной кислотами, «царской водкой», галогенами, серой. Окисляется при сплавлении с гидросульфатом калия KHSO₄:

            

Пла́тина (исп. Platina) — химический элемент 10 группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы восьмой группы), 6 периодапериодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 78;блестящий благородный металл серебристо-белого цвета.

По химическим свойствам платина похожа на палладий, но проявляет бо́льшую химическую устойчивость. Реагирует только с горячей царской водкой:

Платина медленно растворяется в горячей  концентрированной серной кислоте  и жидком броме. Она не взаимодействует  с другими минеральными и органическими  кислотами. При нагревании реагирует  со щелочами и пероксидом натрия, галогенами (особенно в присутствии галогенидов  щелочных металлов):

При нагревании платина реагирует с серой, селеном, теллуром, углеродом и кремнием. Как и палладий, платина может растворять молекулярный водород, но объём поглощаемого водорода меньше и способность его отдавать при нагревании у платины меньше.

При нагревании платина реагирует с кислородом с образованием летучих оксидов. Выделены следующие оксиды платины: чёрный PtO, коричневый PtO₂, красновато-коричневый PtO₃, а также Pt₂O₃ и Pt₃O₄.

Для платины  известны гидроксиды Pt(OH)₂ и Pt(OH)₄. Получают их при щелочном гидролизе соответствующих хлорплатинатов, например:

Эти гидроксиды проявляют амфотерные свойства:

Гексафторид платины PtF₆ является одним из сильнейших окислителей среди всех известных химических соединений, способный окислить молекулы кислорода и ксенона:

С помощью  него, в частности, канадский химик Нейл Бартлетт в 1962 году получил первое настоящее химическое соединение ксенона XePtF₆.C обнаруженного Н. Бартлеттом взаимодействия между Хе и PtF₆, приводящего к образованию XePtF₆, началась химия инертных газов. PtF₆ получают фторированием платины при 1000 °C под давлением.

Фторирование  платины при нормальным давлении и температуре 350—400 °C даёт фторид Pt(IV):

Фториды платины гигроскопичны и разлагаются  водой.

Тетрахлорид платины (IV) с водой образует гидраты PtCl₄·nH₂O, где n = 1, 4, 5 и 7. Растворением PtCl₄ в соляной кислоте получают платинохлористоводородные кислоты H[PtCl₅] и H₂[PtCl₆]. Синтезированы такие галогениды платины как PtBr₄, PtCl₂, PtCl₂·2PtCl₃, PtBr₂ и PtI₂.

Для платины  характерно образование комплексных  соединений состава [PtX₄]^2- и [PtX₆]^2-. Изучая комплексы платины, А. Вернер сформулировал теорию комплексных соединений и объяснил природу возникновения изомеров в комплексных соединениях.

Биологическое значение

В живых  организмах железо является важным микроэлементом, катализирующим процессы обмена кислородом (дыхания). В организме взрослого  человека содержится около 3,5 грамма железа (около 0,02 %), из которых 78 %^{[источник не указан 878 дней]} являются главным действующим элементом гемоглобина крови, остальное входит в состав ферментов других клеток, катализируя процессы дыхания в клетках. Недостаток железа проявляется как болезнь организма (хлороз у растений и анемия у животных).

Обычно  железо входит в ферменты в виде комплекса, называемого гемом. В частности, этот комплекс присутствует в гемоглобине — важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода с кровью ко всем органам человека и животных. И именно он окрашивает кровь в характерный красный цвет.

Комплексы железа, отличные от гема, встречаются, например, в ферменте метан-моноксигеназе, окисляющем метан в метанол, в важном ферменте рибонуклеотид-редуктазе, который участвует в синтезе ДНК.

Неорганические  соединения железа встречаются в  некоторых бактериях, иногда используется ими для связывания азота воздуха.

В организм животных и человека железо поступает  с пищей (наиболее богаты им печень, мясо, яйца, бобовые, хлеб, крупы, свёкла). Интересно, что некогда шпинат ошибочно был внесён в этот список (из-за опечатки в результатах анализа — был потерян «лишний» ноль после запятой).

Суточная  потребность человека в железе следующая^[26]: дети — от 4 до 18 мг, взрослые мужчины — 10 мг, взрослые женщины — 18 мг, беременные женщины во второй половине беременности — 33 мг. У женщин потребность несколько выше, чем у мужчин. Как правило, железа, поступающего с пищей, вполне достаточно, но в некоторых специальных случаях (анемия, а также при донорстве крови) необходимо применять железосодержащие препараты и пищевые добавки (гематоген, ферроплекс). Суточная потребность в железе мала и её легко удовлетворить. В то время, как некоторые исследователи считают, что кормление грудью приводит к дефициту железа, есть множество исследований, показывающих, что это не так и дети, которых кормят грудью, усваивают железо намного лучше. В организме легко восстанавливается равновесие между поступлением и выведением железа, и временный дефицит его легко восполняется за счет имеющихся запасов. Потребность в железе значительно возрастает при анемии, вызванной, например, такими паразитарнымиинвазиями, как малярия и анкилостомоз, которые очень широко распространены в тропических странах.

Содержание  железа в воде больше 1—2 мг/л значительно ухудшает её органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования, вызывает у человека аллергические реакции, может стать причиной болезни крови и печени (гемохроматоз). ПДК железа в воде 0,3 мг/л.Избыточная доза железа (200 мг и выше) может оказывать токсическое действие. Передозировка железа угнетает антиоксидантную систему организма, поэтому употреблять препараты железа здоровым людям не рекомендуется.

Кобальт, один из микроэлементов, жизненно важных организму. Он входит в состав витамина В₁₂ (кобаламин). Кобальт задействован при кроветворении, функциях нервной системы и печени, ферментативных реакциях. Потребность человека в кобальте 0,007-0,015 мг, ежедневно. В теле человека содержится 0,2 мг кобальта на каждый килограмм массы человека. При отсутствии кобальта развивается акобальтоз.

Никель относится к числу  микроэлементов, необходимых для  нормального развития живых организмов. Однако о его роли в живых организмах известно немного. Известно, что никель принимает участие в ферментативных реакциях у животных и растений. В организме животных он накапливается  в ороговевших тканях, особенно в  перьях. Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям — у растений появляются уродливые формы, у животных — заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице. Токсическая доза (для крыс) — 50 мг. Особенно вредны летучие соединения никеля, в частности, его тетракарбонил Ni(CO)₄. ПДК соединений никеля в воздухе составляет от 0,0002 до 0,001 мг/м³ (для различных соединений).

б) Окислительные  свойства соединений Cr₆ и Mn_7:

В ряду Cr – Mo – W химическая активность падает. 
С увеличением степени окисления элементов у их оксидов и гидроксидов законо-мерно происходит ослабление основных свойств и усиление кислотных. Высшим оксидам RO3 соответствуют кислоты H₂RO₄.В том же направлении происходит усиление окислительных свойств соединений.

Окислительные свойства последовательно  усиливаются с изменением степеней окисления в ряду: Cr²⁺ ® Cr³⁺ ® Cr⁶⁺ . Соединения Cr (II) — сильные восстановители, легко окисляются, превращаясь в соединения крома. (III). Соединения хрома (VI) — сильные окислители, легко восстанавливаются в соединения хрома (III). Соединения с промежуточной степенью окисления, т. е. соединения хрома (III), могут при взаимодействии с сильными восстановителями проявлять окислительные свойства, переходя в соединения хрома (II), а при взаимодействии с сильными окислителями (например, бромом, KMnO₄) проявлять восстановительные свойства, превращаясь в соединения хрома (VI).

Сильные восстановители восстанавливают оксид хрома(III): 
Cr₂⁺³O₃ + 2Al⁰ = 2Cr⁰ + Al₂⁺³O₃ 

 
1 2Cr⁺³ + 6e → 2Cr⁰ - восстановление 
окислитель

 
2 Al⁰ - 3e → Al⁺³ - окисление 
восстановитель

 
Оксид хрома(III) – не растворимый  в воде оксид, поэтому гидроксид  хрома(III) получают действием растворов  щелочей на растворы солей хрома(III): 
 
CrCl₃ + 3NaOH = Cr(OH)₃ ↓+ 3NaCl

 
Гидроксид хрома (III) обладая амфотерными  свойствами, в отличие от оксида хрома (III) легко растворяется как  в кислотах, так и в щелочах: 
 
2Cr(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 6H₂O 
 
Cr(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Cr(OH)₆] 
 
Гидроксид хрома (III) в щелочной среде в присутствии окислителя окисляется до хромата: 
 
2Cr⁺³(OH)₃ + 4NaOH(конц) + 3H₂O₂^-1(конц) = 2Na₂Cr⁺⁶O₄ + 8H₂O^-2 
 
2 Cr⁺³ - 3e → Cr⁺⁶ - окисление 
восстановитель 
 
3 2O^-1 +2e → 2O^-2 - восстановление 
окислитель 
 
Cr₂(SO₄)₃ в присутствии окислителя в щелочной среде окисляется до хромата CrO₄^2-: 
 
Cr₂⁺³(SO₄)₃ + 10NaOH(конц) + 3H₂O₂^-1(конц) = 2Na₂Cr⁺⁶O₄ + H₂O^-2+ Na₂SO₄ 
 
2 Cr⁺³ - 3e → Cr⁺⁶ - окисление 
восстановитель 
 
3 2O^-1 +2e → 2O^-2 - восстановление 
окислитель 
 
Cr₂(SO₄)₃ в присутствии восстановителя (в кислой среде) восстанавливается до СrSO₄: 
 
Cr₂⁺³(SO₄)₃ + 2H⁰ (Zn, H₂SO₄(разб)) = 2Сr⁺²SO₄ + H₂⁺¹SO₄ 
 
2 Cr⁺³ +1e → Сr⁺² - восстановление 
окислитель 
 
1 2H⁰ - 2e → 2H⁺¹ - окисление 
восстановитель

При обычных  условиях ведет себя довольно инертно. При нагревании с кислотами проявляет  окислительные свойства, например, окисляет концентрированную соляную кислоту дохлора:

С серной и азотной кислотами MnO₂ разлагается с выделением кислорода:

При взаимодействии с сильными окислителями диоксид  марганца окисляется до соединений Mn⁷⁺ и Mn⁶⁺:

Диоксид марганца проявляет амфотерные свойства. Так, при окислении сернокислого раствора соли MnSO₄ перманганатом калия в присутствии серной кислоты образуется чёрный осадок соли Mn(SO₄)₂.

При сплавлении с щелочами и основными оксидами MnO₂ выступает в роли кислотного оксида, образуя соли манганиты:

Является  катализатором разложения пероксида водорода:

Перманганаты — сильные окислители. Например, перманганат калия KMnO₄ в кислой среде окисляет сернистый газ SO₂ до сульфата:

2KMnO₄ + 5SO₂ +2H₂O = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 2H₂SO₄.

Манганаты (известны манганаты только щелочных металлов и бария) могут проявлять свойства окислителей:

2NaI + Na₂MnO₄ + 2H₂O = MnO₂ + I₂ + 4NaOH,

Примером  окислительных свойств соединений марганца (IV) может служить реакция  диоксида марганца с сульфатом железа (II):

MnO2 + 2FeSO4 + 2H2SO4 = MnSO4 + Fe2(SO4)3 + 2H2O

Для подтверждения  наличия в полученном растворе ионов Fe3+, можно провести качественную реакцию  на Fe3+ c роданидом калия. Раствор  при этом окрасится в ярко красный  цвет,обусловленный появлением в нем роданида железа (III):

Fe2(SO4)3 + KSCN = Fe(SCN)3 + K2SO4)

Соединения  марганца (VI) — манганаты, можно получить разложением кристаллического

перманганата  калия:

2KMnO4 t→K2MnO4 + MnO2 + O2↑

В растворе эти соли имеют темно-зеленый  цвет, и существуют только в щелочной среде. В

нейтральной среде манганаты диспропорционируют с образованием перманганат-иона

фиолетового цвета и оксида марганца (IV):

3K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + MnO2↓ + 4KOH

 

в)Комплексные соединения Fe,Co,Ni. 

Комплексные соединения железа. Катион железа (III) легко обнаруживается с помощью бесцветного раствора тиоцианата аммония NH₄NCS или тиоцианата калияKNCS, точнее, тиоцианат-иона NCS- . При действии NCS- на раствор соли железа (III) образуется соединение кроваво-красного цвета — тиоцианат железа (III) Fе(NCS)₃:

Тиоцианат-ион NCS" служит реагентом на катион железа (III) Fe³*.

Для обнаружения катиона  железа (III) Fe³⁺ удобно применять сложное (комплексное) соединение железа гексацианоферрат (II) калия, т. наз. желтая кровяная соль, K₄[Fe(CN)₆]. В растворе эта соль диссоциирует на ионы:

При взаимодействии гексацианоферрат (II)-ионов [Fe(CN)₆]^4- с катионами железа (III) Fe³⁺ образуется темно-синий осадок — гексацианоферрат (II) железа (III) (берлинская лазурь):

Другое сложное соединение железа гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) в растворе диссоциирует:

а при взаимодействии гексацианоферрат (III)-ионов [Fe(CN)₆]^3- с катионами железа (II) Fe²⁺ также образуется темно-синий осадок гексацианоферрат (III) железа (II) (турнбулева синь):

Таким Образом, соединения K₄[Fe(CN)₆] и K₃[Fe(CN)₆] являются важными реагентами соответственно на катион железа (III) Fe³⁺ и катион железа (II) Fe²⁺.