PRZEGLĄD PODSTAWOWYCH KLAS ZWIĄZKÓW PIERWIASTKÓW BLOKÓW d i f Wszystkie pierwiastki rodzin bloku d i f są metalami. Pierwiastki bloku d , rodziny od 3 do 12, występujące w czwartym, piątym, szóstym i siódmym okresie UO , noszą miano pierwiastków przejśc iowych. P ierwiastki rodzin bloku f , położone w szóstym i siódmym okresie UO , noszą nazwę wewnątrz przejściowych. Rozróżnienie to wynika ze szczególnej struktury zewnętrznych powłok elektronowych atomów. ● Pierwiastki przejściowe - z pewnymi wyjątkam i (patrz szare pola w zamieszczonej tabeli ; pierwiastki siódmeg o okresu pominięte ) struktura (n-1)d 1-10 ns 2 . ● Pierwiastki wewną trz przejściowe - struktury 4 f 1-14 5 d 1 6 s 2 (lantanowce) i 5f 0-14 6d 0-2 7s 2 (aktynowce) ; ● O rbitale d i f w atomach są obsadzone elektronami zgodnie z regułą Hunda. Elektrony w połowicznie obsadzonych orbitalach d i f mają swobodne spiny, natomiast w całkowicie obsadzonych or bitalach ich spiny są sparowane. Konfiguracje d 5 i d 10 ora z f 7 i f 14 są bardzo trwałe. Model klatkowy dla konfiguracji d 5 i d 10 oraz f 7 i f 14 Pierwiastki d-elektronowe Właściwości fizyczne Wszystkie są metalami o typowych cechach: - połysk metaliczny, - dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, szczególnie u miedzi i srebra, - korzystne cechy mechaniczne, wytrzymałość, kowalność, plastyczność , - zdolność tworzenia stopów. W stanie sta łym mają struktury krystaliczne A 1 , A 2 lub A 3 . Metale rodzin 3-11 topią się w wysokich lub bardzo w ysokich te mperaturach . Najwyższe temperatury topnienia mają wolfram ( 3410 o C) i ren (3180 o C). N iskie temperatury topnienia mają pierwiastki rodziny 12 (cynkowce) , szczególnie rtęć, która jest metalem o najniższej temperaturze topnienia (-38,9 o C). Trzy spo śród meta li d-elektronowych mają małą gęstość, mianowicie skand ( 2,99 g/cm 3 ), itr (4,48 g/cm 3 ) i tytan (4,51 g/cm 3 ), dlatego należą do grupy metali lekkich . Gęstość pozostałych metali przekracza 5 g/cm 3 , dlatego są metalami ciężkimi , szc z eg ó lnie wolfram (19,35 g /cm 3 ), ren (20,53 g/cm 3 ), osm (22,48 g/cm 3 ), iryd (22,48 g/cm 3 ) i platyna (21,45 g/cm 3 ). Metale rodzin 3 - 11 mają są paramagnetyczne, bowiem w zewnętrznych powłokach elektronowych ich atomów występują elektrony o swobodnych spinach. Rys. 1. Oddziaływanie zewnętrznego pola magnetycznego na substancję paramagnetyczną
(…)
…. Skutkuje to bardzo dużym podobieństwem właściwości chemicznych, np. cyrkonu i hafnu, niobu i tantalu oraz molibdenu i wolframu.
Tabela 1. Promienie atomowe i jonowe wybranych par metali
Promień, pm
Zr
Hf
Nb
Ta
Mo
W
Atomowy
160
159
146
149
139
139
Jonowy
M(VI)
M(V)
M(IV)
M(III)
86
85
64
68
72
64
68
72
59
65
60
66
Metale d-elektronowe występują w związkach lub w jonach na różnych stopniach utlenienia (tabela 2). Na niskich stopniach utleniania (+1, +2) elektrony walencyjne atomu metalu przejściowego pochodzą z orbitalu ns. Wyższe stopnie utlenienia - elektronami walencyjnymi są elektrony z orbitalu (n-1)d.
Tabela 2. Stopnie utlenienia metali d-elektronowych
*Tłem szarym zaznaczono najtrwalsze stopnie utlenienia
Niskie i bardzo niskie stopnie utlenienia (ujemne, 0, +1) metali przejściowych…
… jest półprzewodnikiem samoistnym i w postaci prętów stosuje się go jako element grzejny w elektrycznych piecach oporowych, pracujących w temperaturze 1100- 1500 oC.
Węglik tytanu jest najtwardszym węglikiem metalicznym, który domieszkowany skandem dorównuje twardością diamentowi. TiC jest bardzo odporny na utlenianie w wysokich temperaturach, dlatego stosuje się go jako wykładzinę w komorach spalania silników…
…. Kolejna cecha to odporność na gwałtowne zmiany temperatury i trwałość termiczna aż do 2000 oC, stąd azotek krzemu nadaje się na wykładzinę w komorach spalania silników i turbin gazowych. Azotek tytanu, TiN, jest bardzo twardym materiałem stosowanym do wyrobu wierteł i narzędzi skrawających. Azotki cyrkonu i niobu, ZrN, NbN, cechuje znakomita ogniotrwałość i duża odporność na stopione metale i ich pary oraz korozję gazową, stąd obydwa związki nadają się na wykładziny komór spalania silników i turbin i dysz w silnikach rakietowych. W niskich temperaturach azotki cyrkonu i niobu są nadprzewodnikami. Rys. 8. Świder pokryty azotkiem tytanu TiN
niższa energia
wyższa energia
…
… do bardzo dokładnego oczyszczania wodoru.
Podobny charakter mają wodorki tytanu i niektórych lantanowców oraz ich stopów. Metale obciążone wodorem w stosunkowo niskiej temperaturze oddają wodór po ogrzaniu. Znajduje to zastosowania praktyczne, np. w ogniwach paliwowych lub do magazynowania wodoru.
Związki metali d-elektronowych z innymi niemetalami
Związki pierwiastków metali przejściowych z azotem, borem, węglem…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)