Przeczytaj

bg‑turquoise

Charakterystyka pierwiastków bloku $d$ układu okresowego pierwiastków

R1VtgmmkSQFKl1

Ilustracja przedstawiająca układ okresowy pierwiastków z zaznaczonymi blokami: s stanowiącym grupę pierwszą i drugą, d stanowiącym grupy od trzeciej do dwunastej oraz p, do którego zalicza się pierwiastki grup od trzynastej do osiemnastej. Układ zawiera symbole pierwiastków oraz podstawowe wielkości opisujące dany pierwiastek. Blok s stanowią następujące pierwiastki: wodór H, hel He, Li, beryl Be, sód Na, magnez Mg, potas K, wapń Ca, rubid Rb, stront Sr, cez Cs, bar Ba, frans Fr, rad Ra. Blok d, będący przedmiotem bieżącej lekcji, stanowią pierwiastki leżące w czwartym, piątym, szóstym oraz siódmym okresie, które należą do grup od trzeciej do dwunastej. Wśród nich można wymienić następujące: dla czwartego okresu: skand Sc, tytan Ti, wanad V, chrom Cr, mangan Mn, żelazo Fe, kobalt Co, nikiel Ni, miedź Cu oraz cynk <math aria‑label="zet en">Zn. W okresie piątym znajdują się itr Y, cyrkon <math aria‑label="zet er">Zr, niob Nb, molibden Mo, technet Tc, ruten Ru, rod Rh, pallad Pd, srebro Ag, kadm Cd. W szóstym okresie można wyróżnić, licząc od grupy trzeciej: lutet Lu, hafn Hf, tantal Ta, wolfram W, ren Re, osm Os, iryd Ir, platyna Pt, złoto Au, rtęć Hg. W ósmym okresie, poczynając od grupy trzeciej układu okresowego, znajdują się: lorens Lr, rutherford Rf, dubn Db, seaborg Sg, bohr Bh, has Hs, meitner Mt, darmsztadt Ds, roentgen Rg oraz kopernik Cn. Blod p stanowią: bor B, węgiel C, azot N, tlen O, fluor F, neon Ne, glin Al, krzem Si, fosfor P, siarka S, chlor Cl, argon Ar, gal Ga, german Ge, arsen As, selen Se, brom Br, krypton Kr, ind In, cyna Sn, antymon Sb, tellur Te, jod I, ksenon Xe, tal Tl, ołów Pb, bizmut Bi, polon Po, astat At, radon Rn, nihon Nh, flerow Fl, moskow Mc, livermor Lv, tenes Ts, oganeson Og. Do bloku f należą: w okresie szóstym: lantan La, cer Ce, prazeodym Pr, neodym Nd, promet Pm, samar Sm, europ Eu, gadolin Gd, terb Tb, dysproz Dy, holm Ho, erb Er, tul Tm, iterb Yb, oraz w okresie siódmym: aktyn Ac, tor Th, proaktyn Pa, uran U, neptun Np, pluton Pu, ameryk Am, kiur Cm, berkel Bk, kaliforn Cf, einstein Es, ferm Fm, mendelew Mo oraz nobel No. — Układ okresowy pierwiastków
Źródło: GroMar sp.z.o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Do bloku $d$ należą pierwiastki znajdujące się w grupach $3$ – $12$ układu okresowego.

Ćwiczenie 1

Zapisz pełne podpowłokowe konfiguracje elektronowe dla atomów wybranych metali bloku $d$ w stanie podstawowym, tj.: $Ti$ , $Cr$ , $Mn$ , $Fe$ , $Ni$ , i zastanów się, jakie typowe stopnie utlenienia (wynikające bezpośrednio z konfiguracji elektronowej) będą przyjmować atomy tych pierwiastków w związkach chemicznych?

RJyUtDB39MyJe

R160TL7iMbRCn

Określając typowe stopnie utlenienia atomów poszczególnych metali w związkach chemicznych, zwróć uwagę na konfiguracje elektronowe poziomów walencyjnych tych atomów. Elektronami walencyjnymi pierwiastków bloku d czwartego okresu są wszystkie elektrony z podpowłok $4 s$ i $3 d$ .

${}_{22}{Ti} : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{2}$

${}_{24}{Cr} : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{1} 3 d^{5}$

${}_{25}{Mn} : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{5}$

${}_{28}{Ni} : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{8}$

${}_{29}{Cu} : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{1} 3 d^{10}$

Poniżej zapisano stopnie utlenienia atomów poszczególnych metali w związkach chemicznych, które wynikają bezpośrednio z ich konfiguracji elektronowych. W niektórych przypadkach, w nawiasach uwzględniono również inne typowe stopnie utlenienia atomów tych metali, które nie do końca wynikają z zapisanych przez Ciebie konfiguracji elektronowych.

$Ti$ – $II$ i $IV$ ;
$Cr$ – $VI$ ( $II$ , $III$ );
$Mn$ – $II$ , $VII$ ( $IV$ );
$Ni$ – $II$ ( $III$ );
$Cu$ – $I$ ( $II$ ).

bg‑gray3

Konfiguracje elektronowe atomów metali bloku $d$ położonych w $4 .$ okresie układu okresowego

Rr1Gnj7AZIpq2

Ilustracja przedstawiająca konfiguracje elektronowe atomów metali bloku d czwartego okresu w stanie podstawowym w zapisie klatkowym. Elektrony walencyjne w poszczególnych klatkach zaznaczono niebieskimi strzałkami, w przypadku niesparowanego elektronu zaznaczono pionową strzałkę skierowaną do góry, zaś w przypadku sparowanych elektronów dwie strzałki, z których jedna skierowana jest do góry, zaś druga do dołu. Dla skandu Sc skrócony zapis klatkowy jest następujący: Ar narysowano pięć klatek dla podpowłoki 3d, w pierwszej klatce znajduje się jeden niesparowany elektron, obok narysowano jedną klatkę dla podpowłoki 4s, w której znajdują się dwa sparowane elektrony. Dla tytanu Ti skrócony zapis klatkowy jest następujący: Ar, obok narysowanych pięć klatek dla podpowłoki 3d, w pierwszej oraz w drugiej klatce znajduje się po jednym niesparowanym elektronie, obok narysowano jedną klatkę dla podpowłoki 4s, w której znajdują się dwa sparowane elektrony. Dla wanadu V skrócony zapis klatkowy jest następujący: Ar, obok narysowanych pięć klatek dla podpowłoki 3d, w pierwszej w drugiej oraz w trzeciej klatce znajduje się po jednym niesparowanym elektronie, obok narysowano jedną klatkę dla podpowłoki 4s, w której znajdują się dwa sparowane elektrony. Dla chromu Cr skrócony zapis klatkowy jest następujący: Ar, obok narysowanych pięć klatek dla podpowłoki 3d, we wszystkich pięciu klatkach znajduje się po jednym niesparowanym elektronie, obok narysowano jedną klatkę dla podpowłoki 4s, w której również znajduje się jeden niesparowany elektron. Dla manganu Mn skrócony zapis klatkowy jest następujący: Ar, obok narysowanych pięć klatek dla podpowłoki 3d, we wszystkich pięciu klatkach znajduje się po jednym niesparowanym elektronie, obok narysowano jedną klatkę dla podpowłoki 4s, w której znajdują się dwa sparowane elektrony. Dla żelaza Fe skrócony zapis klatkowy jest następujący: Ar, obok narysowanych pięć klatek dla podpowłoki 3d, w pierwszej klatce znajdują się dwa sparowane elektrony, w pozostałych czterech po jednym niesparowanym elektronie. Dalej narysowano jedną klatkę dla podpowłoki 4s, w której znajdują się dwa sparowane elektrony. Dla kobaltu Co skrócony zapis klatkowy jest następujący: Ar, obok narysowanych pięć klatek dla podpowłoki 3d, w pierwszej oraz drugiej klatce znajdują się po dwa sparowane elektrony, w pozostałych trzech po jednym niesparowanym elektronie. Dalej narysowano jedną klatkę dla podpowłoki 4s, w której znajdują się dwa sparowane elektrony. Dla niklu Ni skrócony zapis klatkowy jest następujący: Ar, obok narysowanych pięć klatek dla podpowłoki 3d, w pierwszej, w drugiej oraz w trzeciej klatce znajdują się po dwa sparowane elektrony, w pozostałych dwóch po jednym niesparowanym elektronie. Dalej narysowano jedną klatkę dla podpowłoki 4s, w której znajdują się dwa sparowane elektrony. Dla miedzi Cu skrócony zapis klatkowy jest następujący: Ar, obok narysowanych pięć klatek dla podpowłoki 3d, we wszystkich pięciu znajdują się po dwa sparowane elektrony. Dalej narysowano jedną klatkę dla podpowłoki 4s, w której znajduje się jeden niesparowany elektron. Dla cynku <math aria‑label="zet en">Zn skrócony zapis klatkowy jest następujący: Ar, obok narysowanych pięć klatek dla podpowłoki 3d, we wszystkich pięciu znajdują się po dwa sparowane elektrony. Dalej narysowano jedną klatkę dla podpowłoki 4s, w której znajdują się dwa sparowane elektrony. — Schemat blokowy konfiguracji elektronowej atomów metali bloku $d$ czwartego okresu w stanie podstawowym.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑gray3

Zmiana właściwości pierwiastków z bloku $d$ wraz ze wzrostem numeru grupy lub okresu

REPVBiRBhRJ1k1

Ciekawostka

Miedź
- $_{29} Cu : [Ar] 4 s^{1} 3 d^{10}$
- $_{29} {Cu}^{+} : [Ar] 3 d^{10}$
Złoto
- $_{79} Au : [Xe] 4 f^{14} 5 d^{10} 6 s^{1}$
- $_{79} {Au}^{+} : [Xe] 4 f^{14} 5 d^{10}$

Jony ${Cu}^{+}$ i ${Au}^{+}$ są trwałe tylko w związkach trudno rozpuszczalnych w wodzie.

W roztworach wodnych ulegają dysproporcjonowaniu:

2 {Cu}^{+} \to Cu + {Cu}^{2 +}

3 {Au}^{+} \to 2 Au + {Au}^{3 +}

A jony powstające we wspomnianym procesie ( ${Cu}^{2 +}$ i ${Au}^{3 +}$ ) są trwałe właśnie w roztworach wodnych.

Ciekawostka

Zabarwienie związków metali bloku $d$ . Większość z nich ma intensywne zabarwienie. Jest ono związane z możliwością pochłaniania światła w obszarze widzialnym przez elektrony przemieszczające się w obrębie podpowłoki $d$ .

R1bzhBtp5PHPY

**Wybrane metale bloku $d$ $4 .$ okresu i barwy ich kationów w roztworach wodnych**
Metal	Jon	Kolor wodnego roztworu jonów
$Cr$	${Cr}^{3 +}$	zielony lub niebieski
$Fe$	${Fe}^{3 +}$	brunatny
$Co$	${Co}^{2 +}$	fioletoworóżowy
$Ni$	${Ni}^{2 +}$	zielony
$Cu$	${Cu}^{2 +}$	niebieski
$Zn$	${Zn}^{2 +}$	bezbarwny

bg‑turquoise

Metale szlachetne

Spośród metali bloku $d$ , te, które są najmniej aktywne i najbardziej odporne chemicznie, nazwano metalami szlachetnymimetale szlachetnemetalami szlachetnymi. Zalicza się do nich platynowce: ruten, rod, pallad, osm, iryd i platynę, oraz dwa metale z grupy miedziowców, czyli srebro i złoto. Miedź, ze względu na nieco wyższą reaktywność, zalicza się do metali półszlachetnych.

Metale szlachetne bardzo słabo reagują z innymi pierwiastkami, prawie nie ulegają korozji, nie reagują z wodą, nie roztwarzają się w większości kwasów, są odporne na działanie stężonego kwasu chlorowodorowego i innych kwasów beztlenowych – nie wypierają wodoru z kwasów. Metale te ulegają działaniu kwasów silnie utleniających lub wodzie królewskiejwoda królewskawodzie królewskiej, będącej mieszaniną stężonych kwasów – kwasu chlorowodorowego i kwasu azotowego( $V$ ).

RaAqN3TLnb0Rn

Zdjęcie przedstawiające bryłkę złota o nieregularnym kształcie. Samorodek ma złoty kolor i wyraźnie błyszczy. — Samorodek złota
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

R1BUU93BM7oIm

Zdjęcie przedstawiające trzy bryłki platyny, dwie mniejsze i jedną większą. Samorodki są różnokształtne o nieregularnej strukturze. Mają szary kolor i są wyraźnie połyskliwe. — Ze względu na swą niską reaktywność chemiczną, metale szlachetne mogą występować w przyrodzie w postaci rodzimej, czyli bryłek lub brył metalu, nazywanych samorodkami.
Źródło: James St. John, dostępny w internecie: www.wikipedia.org, licencja: CC BY 2.0.

Słownik

metale szlachetne

zwyczajowa nazwa odpornych chemicznie metali, tj.: iryd i platyna, srebro i złoto

szereg elektrochemiczny pierwiastków

szereg napięciowy; uszeregowanie pierwiastków chem. w kolejności wzrastającej zdolności do przyjmowania przez nie (lub ich kationy) elektronów w reakcjach utleniania‑redukcji (redoks)

woda królewska

(łac. aqua regia „woda królewska”) mieszanina kwasów o bardzo silnych właściwościach utleniających (i roztwarzających np. złoto), w której skład wchodzą stężony kwas chlorowodorowy i kwas azotowy(V) w stosunku objętościowym $3 : 1$

Bibliografia

Atkins P. Jones L., Chemia ogólna, Warszawa 2004, s. 969–1011.

Czerwińska A., Jelińska–Kazimierczuk M., Kuśmierczyk K., Chemia 1. Podręcznik, Warszawa 2002, s. 280–360.

Kałuża B., Kamińska F., Chemia. Podręcznik. Część 1. Zakres rozszerzony, Warszawa 2013, s. 362–292.

Trzebiatowski W., Chemia nieorganiczna, Warszawa 1977, s. 354–355.

Wprowadzenie

Wirtualne laboratorium – S

Charakterystyka pierwiastków bloku $d$ układu okresowego pierwiastków

Konfiguracje elektronowe atomów metali bloku $d$ położonych w $4 .$ okresie układu okresowego

Zmiana właściwości pierwiastków z bloku $d$ wraz ze wzrostem numeru grupy lub okresu

Metale szlachetne

Słownik

Bibliografia

Wprowadzenie

Wirtualne laboratorium – S

Przeczytaj

Charakterystyka pierwiastków bloku d układu okresowego pierwiastków

Konfiguracje elektronowe atomów metali bloku d położonych w 4. okresie układu okresowego

Zmiana właściwości pierwiastków z bloku d wraz ze wzrostem numeru grupy lub okresu

Metale szlachetne

Słownik

Bibliografia

Charakterystyka pierwiastków bloku $d$ układu okresowego pierwiastków

Konfiguracje elektronowe atomów metali bloku $d$ położonych w $4 .$ okresie układu okresowego

Zmiana właściwości pierwiastków z bloku $d$ wraz ze wzrostem numeru grupy lub okresu