Хром, молибден, вольфрам

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат по химии

На тему: хром, молибден, вольфрам.

Выполнила: ученица 11-А класса Ким Марина

Проверила: Т.А. Воробьева

Введение

Все три элемента VIB подгруппы - хром Cr, молибден Mo, вольфрам W - играют большую роль в промышленности, особенно в металлургии и электротехнике. Каждый из этих элементов занимает среднее положение в своем ряду переходных металлов. Элементы имеют, как и следовало ожидать, высокие температуры плавления и кипения; наличие вакантных мест на электронных орбиталях допускает обобществление электронов при образовании связей. Два из трех элементов - хром и молибден - обладают нетипичной электронной структурой, имея на внешней s-орбитали один электрон (как у Nb из подгруппы VB). Поскольку у этих элементов на внешних d- и s-орбиталях находится всего 6 электронов, все орбитали заполнены наполовину, т.е. по 1 электрону на каждой. При такой электронной конфигурации элемент обладает необычной стабильностью и устойчивостью к окислению. У вольфрама обычное электронное строение, поэтому между молибденом и вольфрамом больше различий в химических свойствах, чем между парами тяжелых элементов в предыдущих семействах (например, Zr и Hf, Nb и Ta). У вольфрама более сильная металлическая связь, чем у молибдена. Все рассматриваемые металлы покрываются пассивирующей оксидной пленкой при хранении на воздухе или в среде кислоты-окислителя. При удалении этой пленки химическим или механическим способом химическая активность металлов существенно возрастает. Доказательством этого является выделение водорода при обработке хрома хлороводородной кислотой или даже паром.

Хром

Хром является постоянной составной частью всех органов и тканей человека. В организме взрослого человека содержится 6 мг хрома (10-5%). Наибольшее количество обнаружено в костях, волосах и ногтях. Из внутрисекреторных органов наиболее богат хромом гипофиз.

Спрос на чистый хром невелик. В металлургическом процессе выделения хрома часто используют процесс образования сплава с железом под названием феррохром, который можно непосредственно добавлять в сталь. Для этого хромитную руду Fe(CrO₂)₂ восстанавливают углем:

Fe(CrO₂)₂ + 4C (Fe + 2Cr) + 4CO

Физические свойства

Хром обладает всеми характерными свойствами металлов -- хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления электрическому току, имеет присущий большинству металлов блеск. Любопытна одна особенность хрома: при температуре около 37°С он ведет себя явно «вызывающе» -- многие его физические свойства резко, скачкообразно меняются. В этой температурной точке внутреннее трение хрома достигает максимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так же внезапно изменяются электропроводность, коэффициент линейного расширения, термоэлектродвижущая сила. Пока ученые не могут объяснить эту аномалию. Даже незначительные примеси делают хром очень хрупким, поэтому в качестве конструкционного материала его практически не применяют, зато как легирующий элемент он издавна пользуется у металлургов почетом. Небольшие добавки его придают стали твердость и износостойкость. Такие свойства присущи шарикоподшипниковой стали, в состав которой, наряду с хромом (до 1,5%), входит углерод (около 1%). Образующиеся в ней карбиды хрома отличаются исключительной твердостью -- они-то и позволяют металлу уверенно сопротивляться одному из опаснейших врагов -- износу.

По твердости хром превосходит все металлы, он царапает стекло.

Химические свойства

При небольших температурах хром химически мало активен (взаимодействует только с фтором). Выше 600⁰C взаимодействует с галогенами, серой, азотом, кремнием, бором, углеродом, кислородом. Взаимодействие с кислородом протекает сначала довольно активно, затем, однако, резко замедляется, так как поверхность покрывается тонкой чрезвычайно устойчивой пленкой, препятствующему дальнейшему окислению. Это явление называется пассивированием. При 1200⁰ C пленка начинает разрушаться, окисление снова идет быстро. При 2000⁰ C хром воспламеняется в кислороде с образованием темно-зеленого оксида Cr₂ O₃. Хром пассивируется холодными концентрированными H₂SO₄ и HNO₃, однако при сильном нагревании он растворяется в этих кислотах [3]: 2Cr + 6H₂SO_4(конц.) = Cr₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O Cr + 6HNO_3(конц.) = Cr(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O Хром растворяется в разбавленных сильных кислотах (HCl и H₂SO₄ ). В этих случаях в отсутствии воздуха образуются соли Cr²⁺, а на воздухе - соли Cr³⁺: Cr + 2HCl = CrCl₂+ H₂ 4Cr + 12HCl +3O₂ = 4CrCl₃ + 6H₂O Нерастворим в H₃PO₄, HClO₄ благодаря образованию защитной пленки. На воздухе хром совершенно не изменяется. Поэтому хромом с помощью электролиза его соединений покрывают -- хромируют -- стальные изделия для предохранения их от ржавления и механического износа. Эти же качества хром придает своим сплавам с железом -- хромистым сталям. К ним относится нержавеющая сталь, содержащая около 12% хрома.

Получение

Чистый хром получают восстановлением Cr₂O₃ алюминием или электролизом раствора, содержащего комплексные ионы (например, цианидные) хрома. При выделении хрома электролизом образуется очень твердое и прочное хромовое покрытие, которое используется для получения декоративных и защитных пленок на подготовленных стальных поверхностях. Слой толщиной всего 0,005 мм достаточно эффективен для удвоения срока службы некоторых стальных изделий. Большая часть хрома расходуется в виде феррохрома для производства стали и придания ей повышенной твердости и высокой прочности. Сталь с высоким содержанием Cr, V, W и Ni используют для изготовления брони. Инструментальные и некоторые конструкционные стали содержат много хрома. Хромоникелевые стали, содержащие ~18% Cr и 8% Ni, часто применяют в химическом аппаратостроении, для изготовления пищевой посуды и коррозионностойких емкостей. Нихромовая и хромелевая проволоки (сплавы Ni-Cr) используются в электротехнической промышленности, сплавы Cr-Co-W отличаются особой твердостью и используются для производства режущего инструмента.

Применение

Основная часть добываемой в мире хромистой руды поступает сегодня наферро сплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома и металлического хрома. Хромиты широко используют в огнеупорной промышленности для изготовления огнеупорного хромитового и хромомагнезитового кирпича. Такой кирпич химически пассивен, устойчив при температурах выше 2200⁰С, хорошо выдерживает резкие колебания температур. Магнезитохромитовый кирпич - отличный огнеупорный материал для футеровки (защитной внутренней облицовки) мартеновских печей и других металлургических агрегатов. Своды из хромомагнезитового кирпича выдерживают вдвое больше плавок, чем своды из упорного кварцевого материала.

Химики используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют «хромом», а сапоги из нее «хромовыми». Растворимые в воде хроматы натрия и калия применяются в текстильном и кожевенном производстве, как консерванты древесины (они уничтожают древесные грибки).

Хромовая смесь - сернокислый раствор бихромата калия или натрия используется для мытья химической посуды в лабораториях. Наиболее часто применяется раствор содержащей по массе приблизительно 12 частей K₂Cr₂O₇, 70 частей воды и 22 части H₂SO₄.

Как бы оправдывая свое название, хром принимает деятельное участие в производстве красителей для стекольной, керамической, текстильной промышленности. Нерастворимые хроматы некоторых металлов (PbCrO₄, ZnCrO₄, SrCrO₄) - прекрасные художественные краски.

Богатством оттенков - от розово-красного до фиолетового славится SnCrO₄, используемый в живописи по фарфору.

В мире драгоценных камней рубину принадлежит второе место после алмаза. Технология получения искусственного рубина заключается в следующем: в оксид алюминия Al₂O₃ вводят дозированную добавку оксида хрома (III), - ему-то и обязаны рубиновые кристаллы своим чарующим цветом. Но искусственные рубины ценятся не только за свои «внешние данные»: рожденный с их помощью лазерный луч способен буквально творить чудеса. Оксид хрома (III) позволил тракторостроителям значительно сократить сроки обкатки двигателей. Обычно эта операция, во время которой все трущиеся детали должны «привыкнуть» друг к другу, продолжалась довольно долго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов. Выход из положения был найден, когда удалось разработать новую топливную присадку, в состав которой вошел оксид хрома (III). Секрет действия присадки прост: при сгорании топлива образуются мельчайшие абразивные частицы оксида хрома (III), которые, оседая на внутренних стенках цилиндров и других подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют шероховатости, полируют и плотно подгоняют детали. Эта присадка в сочетании с новым сортом масла позволила в 30 раз сократить продолжительность обкатки.

Замена в рабочем слое магнитофонной пленки оксида железа на частицы оксида хрома (III) позволила резко улучшить качество звучания, пленка стала надежнее в работе. Фотоматериалы и лекарства, катализаторы для химических процессов и металлические покрытия - всюду хром оказывается «при деле».

Молибден

Молибден (Mo) (Molybdenum) - химический элемент с атомным номером 42 в периодической системе, ковкий переходный металл серо-стального цвета в компактном состоянии и черно-серого - в диспергированном. Плотность 10,2 г/см³, t_пл. = 2620°С, t_кип. = 4630°С. Содержание в земной коре 3·10^-4% по массе. В свободном виде молибден не встречается. Известно около 20 минералов молибдена. Важнейшие из них: молибденит МоS₂, повеллит СаМоО₄, молибдит Fe(MoO₄)₃·nH₂O и вульфенит PbMoO₄.

Получение

Молибден получают из сульфидной руды MoS₂. Руду подвергают обогащению, обжигу до оксида MoO₃ и переводят в CaMoO₄, прокаливая с CaCO₃. Образующееся соединение можно использовать в производстве стали непосредственно без восстановления молибдата. Собственно металл может быть получен из MoO₃ восстановлением алюминием или водородом. При прокаливании MoO₃ с железом получается ферромолибден.

Биологические свойства

Учеными было установлено, что молибден в организме растений, животных и человека постоянно присутствует как микроэлемент, участвующий преимущественно в азотном обмене. Сорок второй элемент необходим для активности ряда окислительно-восстановительных ферментов, необходимых для обменных процессов у растений и животных.

Сорок второй элемент -- один из важнейших микроэлементов в питании человека, животных и растений, он необходим для нормального развития и роста организмов, влияет на размножение у растений. Содержание молибдена в зеленой массе растений около 1 мг на килограмм сухого вещества. Этот элемент необходим для активности ряда окислительно-восстановительных ферментов (флавопротеидов), катализирующих восстановление нитратов и азотфиксацию у растений (много молибдена в клубеньках бобовых, распространен у бактерий и архей). Кроме того, в растениях сорок второй элемент стимулирует биосинтез нуклеиновых кислот и белков, повышает содержание хлорофилла и витаминов.

При недостатке молибдена томаты, бобовые, овес, салат и другие растения заболевают особым видом пятнистости, не плодоносят и погибают. По этой причине необходимо в небольших количествах вводить растворимые молибдаты в состав микроудобрений. Так, в одном из опытных хозяйств Новой Зеландии установили, что при введении в почву малых доз молибденовых солей увеличивает урожайность клевера и люцерны примерно на треть. Дальнейшие сельскохозяйственные исследования показали, что микроколичества молибдена усиливают активность клубеньковых бактерий, вследствие чего, растения лучше усваивают азот. Также было установлено, что лучше всего молибден усваивается на кислых почвах, а на красноземах и буроземах богатых железом, эффективность молибдена минимальна.

Физиологическое влияние молибдена на организмы животных и человека было впервые установлено в 1953 году, с открытием воздействия этого элемента на активность фермента ксантиноксидазы. Молибден делает более эффективной работу антиокислителей, в том числе витамина C, а также он является важным компонентом системы тканевого дыхания, усиливает синтез аминокислот, улучшает накопление азота. Сорок второй элемент является составной частью ряда ферментов (ксантиноксидаза, альдегидоксидаза, сульфитоксидаза и др.), выполняющих важные физиологические функции, в частности, регуляцию обмена мочевой кислоты. Недостаток молибдена в организме сопровождается уменьшением содержания в тканях ксантиноксидазы, от чего «страдают» анаболические процессы, наблюдается ослабление иммунной системы.

Абсолютно точно не установлено, но предполагается, что молибден играет важную роль в процессе включения фтора в зубную эмаль, а также в стимуляции гемопоэза. При недостатке в организме животных молибдена нарушается способность окисления ксантина до мочевой кислоты, уменьшается экскреция мочевой кислоты и неорганических сульфатов, снижается скорость роста. У животных образуются ксантиновые камни в почках. Дефицит молибдена может привести к снижению расщепления целлюлозы и избыточному накоплению меди в организме, вплоть до медной интоксикации. Все эти явления могут быть устранены при добавлении в рацион молибдена. У людей дефицит молибдена проявляется в виде гипоурикемии, гиперметионинемии, гипероксипуринемии, гипоурикозурии и гипосульфатурии, прогрессирующих умственных расстройств (вплоть до комы).

Установлено, что соединения сорок второго элемента попадают в организм с пищей. За сутки в организм взрослого человека поступает вместе с пищей 75--250 мкг молибдена, что является необходимой дневной нормой потребления этого микроэлемента.

Применение

Молибден применяют в качестве легирующей добавки к различным сплавам, в том числе к высококачественным сталям. Молибден и молибденовые сплавы используются в деталях, длительно работающих в вакууме до 1800°С (в соплах ракет и в электровакуумных приборах), как конструкционный материал в энергетических ядерных реакторах, для изготовления оборудования, работающего в агрессивных средах. Молибденовая проволока и молибденовая лента служит для изготовления высокотемпературных печей, вводов электрического тока в лампочках.

Из молибдена изготовляют сотовые панели космических летательных аппаратов, теплообменники, оболочки возвращающихся на землю ракет и капсул, тепловые экраны, обшивку кромок крыльев и стабилизаторы в сверхзвуковых самолетах. В очень тяжелых условиях работают некоторые детали прямоточных ракетных и турбореактивных двигателей (лопатки турбин, хвостовые юбки, заслонки форсунок, сопла ракетных двигателей, поверхности управления в ракетах с твердым топливом). При этом от материала требуется не только высокое сопротивление окислению и газовой эрозии, но и высокая длительная прочность и сопротивление удару. При температурах ниже 1370°С для изготовления данных деталей используют молибден и его сплавы.

Иногда чистый металл используют в электротехнике для изготовления нитей, трубок, электрообмотки печей и электроконтактов. Много высокомолибденистой стали расходуется на производство автомобилей.Металлический молибден применяют в электровакуумных приборах (впайка металла в стекло), в сплавах.

Интересные факты

Оказывается, что молибден способен влиять на организм не только напрямую -- как важный микроэлемент, но и косвенно -- в качестве компонента почвы. Так, на севере Китая есть местечко Лин Ксиан (Lin Xian), расположено оно в провинции Хонан (Honan). Известно это место как область с наиболее высоким процентом заболеваемости раком пищевода среди местного населения. Какова же причина такой аномалии? Ответ дали тщательные исследования почвы. Оказалось, что земли Лин Ксиан бедны сорок вторым элементом, наличие которого необходимо для нормального функционирования азотфиксирующих бактерий. Дело в том, что восстановление вносимых в почву нитратов осуществляется ими с помощью молибден-зависимого фермента нитратредуктазы. Недостаток молибдена снижает активность фермента, которой хватает лишь на то, чтобы восстановить нитрат не до аммиака, а до нитрозаминов, которые обладают, как известно, высокой канцерогенной активностью. Внесение в почву молибденовых удобрений значительно уменьшило процент заболеваемости населения. Подобные эндемические заболевания зафиксированы и в ЮАР.

Интересно, что молибденовый рудник, разрабатывавшийся в 30х годах XX века и расположенный на одном из отрогов хребта Тахтарвумчорр (Кольский полуостров) в наше время является часто посещаемым туристическим маршрутом. В руднике всего один горизонт, имеющий три входа на высоте 600 метров над уровнем моря. Немного ниже входа в штольню стоит паровая машина, которая некогда по трубам подводила пар к отбойным молоткам шахтеров. Кстати, и паровая машина, и подводящие трубы -- всё сохранилось. Маршрут небольшой, примерно три километра штреков, причем часть рудника затоплена.

Загадочные спирали из вольфрама, молибдена и меди -- спорный и окончательно не объяснённый современной наукой феномен в виде мелких (от 3 мкм до 3 мм) объектов, обнаруженных на Приполярном Урале. Впервые такие находки появились в 1991 году, во время геологоразведки, которая проводилась в районе реки Народа в образцах песка, исследовавшихся на наличие золота. Позже схожие находки неоднократно находили на Приполярном Урале в районе рек Народа, Кожим и Балбанъю, а также в Таджикистане и на Чукотке. Необычность находок -- их возраст. Датировка объектов сильно затруднена из-за того, что большинство из них были обнаружены в аллювиальных отложениях.

Исключение -- две находки сделанные в 1995 году в стенке карьера в районе нижнего течения реки Балбанъю. Экспертизы пород, в которых были найдены молибденовые пружинки, дали расплывчатый результат -- от 20 000 до 318 000 лет! Выдвинуто немало гипотез по поводу данных находок: спирали имеют инопланетное происхождение и могут быть продуктом внеземной нанотехнологии, завезенной на Землю несколько тысяч лет назад; загадочные пружинки -- искусственные объекты, но не древние, а современные, попавшие в породы с поверхности земли. Общепринятая теория -- мнение доктора геолого-минералогических наук, заслуженного геолога России Николая Румянцева о естественном происхождение «пружинок» -- формы самородного вольфрама.

Молибден не является монетным металлом, однако, подобие «монет» (на них отсутствует номинал) или медальонов продает фирма «Metallium», существуют и другие медали-жетоны, продаваемые компаниями-производителями (они же и добывают металл) молибдена.

Вольфрам

Вольфрам-- химический элемент с атомным номером 74 в Периодической системе химических элементов Менделеева, обозначается символом W (лат. Wolframium). При нормальных условиях представляет собой твёрдый блестящий серебристо-серый переходный металл.

Химические свойства

Проявляет валентность от 2 до 6. Наиболее устойчив 6-валентный вольфрам. 3- и 2-валентные соединения вольфрама неустойчивы и практического значения не имеют.

Вольфрам имеет высокую коррозионную стойкость: при комнатной температуре не изменяется на воздухе; при температуре красного каления медленно окисляется в оксид вольфрама (VI). Вольфрам в ряду напряжений стоит сразу после водорода, и в соляной, разбавленной серной и плавиковой кислотах почти нерастворим. В азотной кислоте и царской водке окисляется с поверхности. Растворяется в перекиси водорода.

Легко растворяется в смеси азотной и плавиковой кислот:

Реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей:

Физические свойства

Вольфрам -- блестящий светло-серый металл, имеющий самые высокие доказанные температуры плавления и кипения.

Вольфрам является одним из наиболее тяжелых, твердых и самых тугоплавких металлов. В чистом виде представляет собой металл серебристо-белого цвета, похожий на платину, при температуре около 1600 °C хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить.

Получение

Вольфрам получают из оксида, извлекаемого из предварительно обогащенной руды, содержащей до 60% WO₃. Cплавление оксида с основаниями дает водорастворимый вольфрамат типа Na₂WO₄. При подкислении раствора выделяется осадок H₂WO₄, который при термической обработке разлагается до WO₃. Металлический вольфрам выделяют восстановлением порошка оксида вольфрама алюминием или водородом. Для получения компактной заготовки, пригодной для механической обработки, порошок формуют при высоком давлении и специальной термической обработке с поверхностным плавлением микрочастиц, но без полного плавления вещества. Такой метод («порошковая металлургия») широко распространен в технологиях сложных небольших форм для придания редких свойств изделиям.

Для получения компактной заготовки вольфрама, пригодной для механической обработки, порошок формуют при высоком давлении и специальной термической обработке с поверхностным плавлением микрочастиц, но без полного плавления вещества. Такой метод («порошковая металлургия») широко распространен в технологиях сложных небольших форм для придания редких свойств изделиям. Получаемый таким способом вольфрам идет также на изготовление нитей накаливания в электрических лампах. Большая часть получаемого вольфрама используется как добавка в стали для придания твердости, упругости, вязкости и жаропрочности. Металл применяют также для изготовления электроконтактов, нагревательных элементов печей, нитей в рентгеновских трубках, для получения высокотвердых материалов, например карбида вольфрама WC.

Реакции

Все эти металлы образуют оксид M^VIO₃. Оранжево-красный CrO₃ образуется из элементов, но обычно его получают при подкислении раствора K₂Cr₂O₇. Оксид сильно отличается от аналогичных оксидов металлов этой группы, он хорошо растворим, разлагается с выделением кислорода, образует многочисленные нестехиометрические оксиды (например, Cr₃O₈ и Cr₂O₅), прежде чем образуется Cr₂O₃. CrO₃ - хороший окислитель в органической химии.

Если в растворы молибдатов или вольфраматов щелочных металлов (например, Na₂MoO₄ или Na₂WO₄) добавить кислоту, то в осадок выпадают кислоты H₂MoO₄ и H₂WO₄cоответственно. При прокаливании таких осадков получают MoO₃ и WO₃, которые не реагируют с водой с образованием H₂MoO₄ и H₂WO₄. В этом CrO₃ тоже отличается от упомянутых оксидов, т.к. он является истинным ангидридом (кислотообразующим оксидом), давая с водой кислоты H₂CrO₄и H₂Cr₂O₇.

Соединения молибдена (VI) и вольфрама (VI)

хром молибден вольфрам химический

Молибденовую и вольфрамовую кислоты можно получить, приливая к растворам их солей сильную минеральную кислоту: Na2MoO4 + 2HCl = H2MoO4v + 2NaCl 2 Na2WO4 + 2HCl +H2O = H2WO4. H2Ov + 2NaCl Соответствующие кислоты в этом случае получаются в виде осадков желтого и белого (или желтовато-белого) цвета. Молибденовая и вольфрамовая кислоты растворимы в щелочах и в кислотах. Для молибдатов и вольфраматов характерно образование гетерополисоединений. Наиболее ярким примером гетерополисоединений является образование фосфоромолибдата аммония ярко желтого цвета: 7H3PO4 + 12(NH4)6Mo7O24 + 51HNO3 = 7(NH4)4[P(Mo12O40)]. nH2Ov + 51HNO3 + (36 - 7n)H2O Соединения Mo(VI) и W(VI) довольно устойчивы и проявляет окислительные свойства только при взаимодействии с очень сильными восстановителями, например, с цинком в кислой среде. При этом молибден восстанавливается до молибденовой сини MoO3-n(OH)n ( 0 ? n ? 2 ), а вольфрам до вольфрамовой сини WO3n(OH)n ( 0,1 ? n ? 0,5 ). В этих соединениях молибден находится в степенях окисления +4, +5 и +6, а вольфрам в степенях окисления +5 и +6.

Образование оксидов

Для всех этих металлов известны оксиды в низших степенях окисления. Кроме упомянутых, можно получить оксид хрома(II) CrO при окислении амальгамы Cr-Hg. Оксиды MoO₂ и WO₂ образуются при восстановлении MoO₃ иWO₃ водородом; известны также Mo₂O₅, W₄O₁₁ и W₂O₅. Эти оксиды в действительности имеют более сложное строение. Хром также образует оксид CrO₂. При восстановлении молибденовой и вольфрамовой кислот цинком получаются окрашенные в голубой цвет нестехиометрические оксидные соединения, точный состав которых неизвестен.

Степени окисления

У этих элементов обнаруживается интересное различие в степенях окисления. В соответствующих условиях все элементы способны проявлять положительные степени окисления от II до VI, хотя не все эти степени окисления одинаково стабильны. Максимальная степень окисления VI соответствует номеру группы. У хрома наиболее стабильной является степень окисления III, и только очень сильные окислители окисляют Cr(III) в Cr(VI). В то же время даже слабые окислители окисляют Mo(III) до степеней окисления IV и VI. Голубой ион Cr(II) образуется в растворе при энергичном восстановлении Cr(III), но получить Mo(II) и W(II) довольно трудно. Образующийся W(II) легче окисляется, чем Mo(II). Интересно сопоставить состояние в степени окисления III и стабильность для всех первых членов семейств переходных металлов - ₂₂Ti³⁺, ₂₃V³⁺, ₂₄Cr³⁺, ₂₅Mn³⁺, ₂₆Fe³⁺, ₂₇Co³⁺. Ti(III) и V(III) легко окисляются до M(IV) и поэтому являются восстановителями, тогда как Fe(III) и Co(III) легко переходят в M(II) и поэтому проявляют окислительные свойства. И железо(III), и кобальт(III) легко превращают I- в I₂, а Co(III) даже выделяет кислород из воды. Ион Cr(III) очень стабилен и не является ни окислителем, ни восстановителем, а Mn(III) может быть окислителем или восстановителем, что подтверждается его способностью и окисляться, и восстанавливаться, образуя Mn(II) и Mn(IV) (реакция автоокисления).

Амфотерность

Амфотерность рассматриваемых металлов проявляется в том, что они образуют оксоанионы, комплексные соединения и кислоты. Так, CrO₃ при действии основания и даже кислоты образует анионные соединения типа K₂CrO₄ или K₂Cr₂O₇ и H₂CrO₄ или H₂Cr₂O₇. Соли калия играют важную роль в аналитической химии, являясь окислителями для количественного определения железа, иодид-иона, а также для реакции осаждения яркожелтого хромата свинца. Между кислотами хрома существует равновесие:

2HCrO₄- + 2H⁺ H₂Cr₂O₇ + H₂O

В кислой среде преобладают бихромат-ионы, в щелочной - хромат-ионы. H₂CrO₄ - достаточно сильная кислота, диссоциирующая на H⁺ и HCrО₄-, но получить NaHCrO₄невозможно, так как в растворе ион HCrO₄- димеризуется в Cr₂O₇^2-. Молибдаты MoO₄^2- и вольфраматы WO₄^2- образуются при взаимодействии MO₃ с основаниями. При подкислении растворов этих солей происходит полимеризация в результате реакции конденсации (с выделением воды) и образования связей типа М-О-М. (Это свойство не наблюдается у больших ионов непереходных элементов и, очевидно, объясняется отсутствием склонности к образованию двойных связей и сильной тенденцией к образованию одинарной связи с окружающими группами ОН-.) Такие полисоединения классифицируют по количеству оксометаллических единиц. Если в соединении один и тот же металл координирует анионные группы и входит в их состав, то такие соединения называются изополисоединениями (типа кислоты или соли). Если в состав такого иона входят два атома разных элементов, то соединение называется гетерополисоединением (кислота или соль). Структура этих соединений представляет собой цепь MoO₆-октаэдров, соединенных по граням со вторым металлическим атомом (Si или As).

Бронзы

При нагревании вольфрамата (например, K2WO4) с W образуется золотисто-желтое твердоевещество, обладающее высокой проводимостью (например, KWO3; можно предположить, что металлическийW окислился до степени окисления V. В действительности строение, очевидно, соответствует расположениюметаллического K в структуре WO3). Такие соединения получили название "бронзы" и характерны также длядругих металлов и оксидов металлов.

Галогениды

Металлы этой подгруппы различаются по способности образовывать галогениды. Хром необразует MX6, даже CrF6. Молибден образует только MoF6, а вольфрам при прямом синтезе образует WF6,WCl6 и WBr6. Фторид бесцветен, а хлорид и бромид окрашены. Известны также пентагалогениды CrF5 иMoF5. Cr(III) образует гидрат хлорида CrCl3*6H2, который имеет изомеры (см. ниже). Галогениды другихметаллов изомеров не имеют. Хром отличается большим многообразием комплексных соединений.Например, молекулы воды и хлорид-ионы как доноры электронных пар способны образовывать с иономхрома комплексные ионы октаэдрического строения, как в изомерах комплексного гексагидрата трихлоридахрома(III) CrCl3*6H2O:

При восстановлении CrCl3 можно получить CrCl2. Молибден образует необычный галогенид составаMo6Cl12. Можно предполагать, что это изополисоединение [[Mo6Cl8]]Cl4.

При гидролизе галогенидов образуются оксокатионы и соединения типа хромилхлорида CrO2Cl2, но данноесоединение обычно получают по реакции K2Cr2O7 с конц. HCl. Хромилхлорид летучее соединение. WX6 иMoX6 гидролизуются, образуя соответственно WO2Cl2 и Mo2OCl2. Такие же соединения получаются приобработке диоксидов хлором. При гидролизе WF6 получается WOF4. Среди галогенидов известны такжеоксокомплексные соединения типа Na2[[WO3F2]], K2[[MoO2F4]] и Cs[[CrOCl5]]. В последнем соединенииреализуется редкая для хрома степень окисления V. Металлы в реакциях с серой образуют сульфиды различного состава, например Cr3S4, Cr2S3 иCrS, при этом возможно образование нестехиометрических сульфидов. MoS2 встречается в природе в видемолибденита. Известен тиовольфрамат-ион WS24, который при подкислении превращается в WS3.

Размещено на Allbest.ru