D-Металлы I группы

D- и f-Элементы

d-Элементы входят в состав побочных подгруп­п. В отличие от главных подгрупп при движении в побочных подгруппах сверху вниз восстановительная активность уменьшается. У элементов данных подгрупп на последнем энергетическом уровне находятся один или два электрона, поэтому эти элементы относятся к металлам. Большинство из них являются основными конструкционными металлами. У f-элементов происходит заполнение f-подуровня.

Участие d-подуровня в образовании химических связей приводит к появлению дополнительных валентностей и соответственно к многообразию химических соединений, образуемых данными металлами. Устойчивость большинства валентных возможностей данных элементов определяется возможностью образования энергетически выгодных электронных конфигураций – наполовину или полностью заполненных s-, р-, d- и f-подуровней. Большинство переходных металлов и их соединений характеризуются определенной окраской. Данные металлы образуют большое количество комплексных соединений.

К d-металлам I группы относятся: медь (Сu), серебро (Аg) и золото (Аu). Электронная конфигу­рация валентной зоны данных элементов имеет вид

(n-1)d¹⁰ns¹. Теоретически рас­сматриваемые эле­менты должны проявлять степень окисления +1, но участие в образовании связей двух d-электронов повышает их степень окисления до +3. Наиболее устойчивые степени окисления для меди +2, серебра +1, а золота +3.

Медь – вязкий металл светло-розового цвета, легко прокатываемый в тонкие листы. Медь хорошо проводит теплоту и электрический ток, уступая в этом отношении только серебру. Чистые металлы являются очень мягкими и пластичными, поэтому на практике используются в виде сплавов. Важными сплавами меди являются латунь (сплав меди с цинком) и бронза (оловянная, алюминиевая, кремниевая и другие). Некоторые специальные латуни и медноникелевые сплавы (мельхиор и нейзильбер) устойчивы к коррозии в морской воде. Серебро используется в виде сплава с медью, а золото – в сплавах с серебром или медью.

Золото, в сравнении с медью и серебром, характеризуется аномально высокой плотностью 19,3 г/см³, которая примерно в два раза выше плотности меди и серебра. Такая особенность присуща всем металлам, расположенным в периодической таблице после лантаноидов, и является следствием так называемого «лантаноидного сжатия».

Медь – химически стойкий металл, но в присутствии влаги и углекислого газа покрывается зеленым налетом (СuОН)₂СО₃. Серебро и золото на воздухе не окисляются.

В ряду напряжений медь, серебро и золото стоят после водорода и не

вос­станавливают водород из соляной и разбавленной серной кислот. Однако в при­сутствии кислорода медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей двух­валентной меди:

2Сu + 4НСl + О₂ = 2СuС1₂ + 2Н₂О.

В азотной кислоте и концентрированной серной медь и серебро растворяются:

2Аg + 2Н₂SO₄(конц.) = Аg₂SO₄ + SO₂ + 2Н₂О,

3Аg + 4НNО₃ (разб.) = 3АgNО₃ + NО + 2Н₂О,

Аg + 2НNО₃ (конц.) = АgNО₃ + NО₂ + Н₂О.

Золото в данных условиях не растворяется, а растворяется только в смеси азотной и соляной кислот (1:3).

Медь, серебро и золото в присутствии кислорода растворяются в щелочных растворах цианидов. Например,

4Au + О₂ + 8KCN + 2Н₂О = 4K[Au(CN)₄] + 4КОН.

Особенностью d-металлов, в том числе меди, серебра и золота, является их способность к образованию комплексных соединений:

CuSO₄ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]SO₄,

CuSО₄ + 4KCN → К₂[Cu(CN)₄] + K₂SО₄.

Серебро легко взаимодействует с сероводородом и другими соединениями серы с образованием на поверхности черного сульфида Аg₂S.

Важнейшие соединения данных металлов следующие:

CuSO₄ – сульфат меди (II). В безводном состоянии белый порошок. При поглощении воды синеет. Водный раствор имеет сине-голубой цвет, вследствие гидратации ионов меди. При кристаллизации образуются синие кристаллы медного купороса CuSO₄·5Н₂О;

(CuОН)₂СО₃ – карбонат гидроксомеди(II). Встречается в природе в виде минерала малахита. Все соединения меди ядовиты, поэтому посуду из меди лудят, т.е. покрывают оловом. Медь принадлежит к числу микроэлементов.

АgNО₃ – нитрат серебра, называемый ляписом. Применяется в гальванотехнике и медицине. Ионы серебра обладают бактерицидными свойствами.

Золотая кислота Аu(ОН)₃ (Н₃АuО₃) и другие соединения золота легко

разлагаются при нагревании с выделением металлического золота.