Характеристика переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа) по их положению в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов

Кодификатор ЕГЭ. Раздел 1.2.3. Характеристика переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа) по их положению в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов.

У атомов переходных элементов (меди, цинка, хрома и железа) происходит заполнение энергетического d-подуровня.

Рассмотрим строение электронной оболочки этих элементов. У атомов цинка и железа заполнение электронной оболочки происходит согласно энергетическому ряду орбиталей (подуровней), который рассмотрен в статье Строение атома. Электронная конфигурация атома железа:

+26Fe   [Ar]3d64s2                       [Ar] 4s    3d

У атома цинка на происходит полное заполнение 3d-подуровня:

+30Zn   [Ar]3d104s2                       [Ar] 4s    3d

У атомов хрома и меди наблюдается «проскок» или «провал» электрона, когда один электрон переходит с более энергетически выгодного 4s-подуровня на менее выгодный 3d-подуровень. Этот переход обусловлен тем, что в результате образуются более устойчивые электронные конфигурации (3d5 у атома хрома и 3d10 у атома меди). Дело в том, что энергетически более выгодно, когда d-орбиталь заполнена наполовину или полностью.

ЭлементЭлектронная конфигурация валентной зоны
ТеоретическаяРеальная
Медь +29Cu   [Ar]3d94s2 [Ar]3d104s1        

 [Ar] 4s    3d

Хром +24Cr [Ar]3d44s2 [Ar]3d54s        

 [Ar] 4s    3d 

Мы используем, конечно же, реальную электронную конфигурацию меди и хрома, теоретическая будет неверной.

Обратите внимание! У всех 3d-элементов внешним энергетическим уровнем считается четвертый уровень и 4s-подуровень. При образовании катионов атомы металлов отдают электроны с внешнего энергетического уровня.

Атом Электронная конфигурацияХарактерные валентностиЧисло электронов на внешнем энергетическом уровнеХарактерные степени окисления
Хром[Ar]3d54s1II, III. VI1+2, +3, +6
Железо[Ar]3d64s2II, III. VI2+2, +3, +6
Медь[Ar]3d104s1I, II1+1, +2
Цинк[Ar]3d104s2 II2+2

Рассмотрим характеристики хрома, железа, меди и цинка:

 

НазваниеАтомная масса, а.е.м.Заряд ядраЭО по ПолингуМет. радиус, нмЭнергия ионизации, кДж/мольtпл, оСПлотность,

г/см3

Хром51,996+241,660,130652,41856,97,19
Железо55.845+261.830,126759,11538,857,874
Медь63,546+291,900,128745,01083,48,92
Цинк65,38+301,650,138 905,8419,67,133

Свойста соединений железа, меди, цинка и хрома.

Для хрома характерны степени окисления +2, +3 и +6. Оксид и гидроксид хрома (II) (CrO и Cr(OH)2) проявляют основные свойства. Степени окисления +3 соответствуют амфотерные  оксид и гидроксид: Cr2O3 и Cr(OH)3 соответственно. Соединения хрома +6 проявляют сильные кислотные свойства: оксид CrOи сразу две сильных кислоты: хромовая H2CrO4 и дихромовая H2Cr2O7. Соединения хрома (II) проявляют сильные восстановительные свойства, соединения хрома (VI) проявляют только сильные окислительные свойства.

Характерные степени окисления железа: +2 и +3. Оксид и гидроксид железа (II) — основные (FeO и Fe(OH)2), а соединения железа (III) проявляют амфотерные свойства (Cr2O3 и Cr(OH)3 соответственно) с преобладанием основных. Соединения железа (II) проявляют также восстановительные свойства.

Для меди характерны степени окисления +1 и +2. Оксид меди (I) CuO и гидроксид меди (I) CuOH — основные. Оксид и гидроксид меди (II) проявляют амфотерные свойства с преобладанием основных: CuO и Cu(OH)2.

Характерная степень окисления цинка +2. Соединения цинка (II) проявляют амфотерные свойства: ZnO и Zn(OH)2.

 

ЭлементСтепень окисленияТип и формула оксидаТип и формула гидроксидаОкислительно-восстановительные свойства
Хром+2CrO, основныйCr(OH)2, основаниевосстановитель, слабый окислитель
+3Cr2O3, амфотерныйCr(OH)3, амфотерный гидроксидокислитель и восстановитель
+6CrO3, кислотныйH2CrO4 и H2Cr2O7, кислотыокислитель
Железо+2FeO, основныйFe(OH)2, основаниевосстановитель и слабый окислитель
+3Fe2O3, амфотерныйFe(OH)3, амфотерный гидроксидокислитель, очень слабый восстановитель
Медь+1Cu2O, основныйCuOH, основаниевосстановитель и слабый окислитель
+2CuO, амфотерныйCu(OH)2, амфотерный гидроксидокислитель
Цинк+2ZnO, амфотерныйZn(OH)2, амфотерный гидроксидслабый окислитель