Элементы 7 группы побочной подгруппы

Содержание

Слайд 2

Свойства элементов

Свойства элементов

Слайд 3

Распространение в природе Среднее содержание марганца в земной коре 0,1 %,

Распространение в природе

Среднее содержание марганца в земной коре 0,1 %, в

большинстве изверженных пород 0,06-0,2 % по массе, где он находится в рассеянном состоянии. В крови человека – 0,002-0,003%. Суточная потребность: 3-8 мг.
Минералы марганца:
пиролюзит MnО2·xH2O, самый распространённый минерал (содержит 63,2 % марганца);
манганит (бурая марганцевая руда) MnO(OH) (62,5 % марганца);
браунит 3Mn2O3·MnSiO3 (69,5 % марганца);
гаусманит (MnIIMn2III)O4;
родохрозит (марганцевый шпат, малиновый шпат) MnCO3 (47,8 % марганца);
псиломелан mMnO·MnO2·nH2O (45-60 % марганца);
пурпурит Mn3+[PO4], (36,65 % марганца).
Слайд 4

Технеций в земной коре не содержится. Очень малые его количества были

Технеций в земной коре не содержится. Очень малые его количества были

получены искусственно, с помощью ядерных превращений. Было также установлено, что по химическим свойствам он гораздо ближе к рению, чем к марганцу. Однако детальное изучение элемента и его соединений пока не осуществлено.

Рений — один из редчайших элементов земной коры. Его содержание в земной коре оценивается в 7⋅10-8 по массе. Основным источником рения служат молибденовые руды некоторых месторождений, где его извлекают как попутный компонент. Рений встречается в виде редкого минерала джезказганита (CuReS4), в качестве примеси входит в колумбит, колчедан, а также в циркон и минералы редкоземельных элементов.

Борий не встречается в природе.

Слайд 5

Марганец Серебристо – белый, твердый, стойкий на воздухе, активный металл. Содержащий

Марганец

Серебристо – белый, твердый, стойкий на воздухе, активный металл. Содержащий

примеси марганец хрупок. Чистый Mn можно прокатывать и штамповать. Устойчивые СО +2 и +4. С увеличением СО растут кислотные свойства, также увеличиваются окислительные свойства.

При обычной температуре не обладает заметной реакционной способностью, но при нагревании бурно реагирует с большинством неметаллов:

Mn+Cl2=MnCl2 (t)
Mn+F2=MnF2 или 2Mn+3F2=2MnF3 (t)
3Mn+N2=Mn3N2 (выше 1200оС)
3Mn+C=Mn3C (t)
3Mn+2P=Mn3P2 (t)
Mn+S=MnS
Mn+O2=(MnO, Mn2O3, Mn3O4, MnO2) (t)

Слайд 6

C водородом марганец не реагирует. При комнатной температуре Mn с H2O

C водородом марганец не реагирует.

При комнатной температуре Mn с H2O реагирует

очень медленно, но при нагревании реакция ускоряется:
Mn+H2O=Mn(OH)2+H2

С кислотами:
Mn+HCl(p)=MnCl2+H2
Mn+H2SO4(p)=MnSO4+H2
3Mn+8HNO3(p,г)=3Mn(NO3)2+2NO+4H2O
Mn+2H2SO4(к,г)=MnSO4+SO2+H2O

Mn восстанавливает из растворов менее активные металлы:
Mn+CuSO4=Cu+MnSO4 (t)

Слайд 7

Важнейшие соединения марганца Соединения марганца (II) Оксид марганца (II) MnO –

Важнейшие соединения марганца

Соединения марганца (II)

Оксид марганца (II) MnO – твердое зеленое

вещество, практически не растворяется в воде. Получают MnO восстановлением оксида марганца (IV) или прокаливанием гидроксида и карбоната марганца (II) в инертной атмосфере (иначе образующийся MnO окисляется): MnO2 + H2=MnO + H2O
Mn(OH)2=MnO + H2O; MnCO3=MnO + CO2. Оксид марганца (II) обладает ярко выраженными основными свойствами, легко растворяясь в кислотах:
MnO + 2HCl → MnCl2 + H2O MnO + 2H+ → Mn2+ + H2O.
Слайд 8

При длительном и сильном нагревании оксид марганца (II) растворяется в концентрированных

При длительном и сильном нагревании оксид марганца (II) растворяется в концентрированных

растворах щелочей, образуя соли – манганаты (II): MnO + 4KOH (конц.) + Н2О=К4[Mn(OH)6] MnO + 4OH- + H2O → [Mn(OH)6]4-. В этом проявляется чрезвычайно слабая амфотерность оксида марганца (II). Гидроксид марганца (II) Mn(OН)2 – твердое вещество белого цвета. Гидроксид марганца (II) выпадает в осадок при действии щелочей на растворы солей Mn2+. MnCl2 + 2NaOH → Mn(OH)2↓ + 2NaCl Mn2+ + 2OH- → Mn(OH)2↓.

На воздухе осадок Mn(OH)2 быстро буреет вследствие окисления кислородом воздуха:  2Mn(OH)2 +O2 + 2H2O → 2Mn(OH)4 Mn(OH)4 → MnO2 + 2H2O.

Слайд 9

Mn(OH)2 – основание средней силы, хорошо растворяется в кислотах: Mn(OH)2 +

Mn(OH)2 – основание средней силы, хорошо растворяется в кислотах: Mn(OH)2 + H2SO4 ↔ MnSO4 + 2H2O Mn(OH)2 +

2H+ ↔ Mn2+ + 2H2O. Слабая амфотерность Mn(OH)2 проявляется в том, что в жестких условиях он реагирует со щелочами:  Mn(OH)2 + 2NaOH (конц.)=Na2[Mn(OH)4].
Слайд 10

Соединения марганца (III) Оксид марганца (III) – твердое вещество бурого цвета,

Соединения марганца (III)

Оксид марганца (III) – твердое вещество бурого цвета, в

воде практически не растворяется. Получают его прокаливанием оксида марганца (IV) или медленным окислением MnO: 4MnO2=2Mn2O3 + O2
4MnO + O2=2Mn2O3. Оксид марганца (III) – амфотерное соединение с преобладанием основных свойств, растворяется в концентрированных кислотах и щелочах: Mn2O3 + 3 H2SO4 (конц.)=Mn2(SO4)3 + 3Н2О; Mn2O3 + 6КОН (конц.) + 3Н2О=2К3[Mn(OH)6]. Гидроксид марганца (III) Mn(OH)3 – соединение нестойкое, легко теряет воду, превращаясь в MnО(OH) – твердое вещество бурого цвета: Mn(OH)3 → MnO(ОН) + Н2О.
Слайд 11

На воздухе MnO(ОН) быстро окисляется до оксида марганца (IV) 4 MnO(ОН)

На воздухе MnO(ОН) быстро окисляется до оксида марганца (IV) 4 MnO(ОН) +

О2 → 4 MnO2 + 2Н2О. Гидроксид марганца (III) – амфотерное соединение с преобладанием основных свойств: 2Mn(ОН)3 + 3 H2SO4 (конц.) ↔ Mn2(SO4)3 + 6Н2О; Mn(ОН)3 + 3NaOH (конц.)=Na3 [Mn(OH)6].
Слайд 12

Соединения марганца (IV) Оксид марганца (IV) MnO2 -темно-бурое твердое практически не

Соединения марганца (IV)

Оксид марганца (IV) MnO2 -темно-бурое твердое практически не растворимое в

воде вещество. Получают его окислением марганца или разложением нитрата марганца (II):  Mn + О2   MnO2
Mn(NO3)2 → MnO2 + 2NO2. Как наиболее стабильное кислородное соединение марганца, оксид марганца (IV) получается как конечный продукт в многочисленных реакциях. Оксид марганца (IV) – амфотерное соединение. Однако, как кислотные, так и основные свойства выражены слабо. Со щелочами и основными оксидами MnO2 реагирует при сплавлении:  MnO2 + СаО → Са MnO3(t)
MnO2 + 4NaOH → Na4 MnO4 + 2H2O(t) Реагирует с концентрированными кислотами: MnO2 + 4НCl (конц.) → MnCl4 + 2H2O.
Слайд 13

Гидроксид марганца (IV) Mn(OН)4 легко дегидратируется: Mn(OН)4 MnO2 + 2Н2О. и

Гидроксид марганца (IV) Mn(OН)4 легко дегидратируется: Mn(OН)4   MnO2 + 2Н2О. и поэтому в тех реакциях,

где мы ожидаем его получения, выделяется MnO2. Гидроксид марганца (IV) амфотерен и его часто рассматривают как очень слабую марганцеватистую кислоту: Н4MnO4 и Н2MnO3 – ортоформа и метаформа соответственно.
Слайд 14

Соединения марганца (VI) Оксид марганца (VI) MnO3 при обычных условиях не

Соединения марганца (VI)

Оксид марганца (VI) MnO3 при обычных условиях не существует. Марганцовистая кислота

Н2MnO4 нестойкая, и при ее получении действием концентрированной H2SO4 на соли этой кислоты происходит быстрое разложение марганцовистой кислоты:  2Н2MnO4 → 2 MnO2 + 2Н2О + О2. Даже в растворе Н2MnO4 сразу же диспропорционирует: 3 Н2MnO4 → MnO2 + 2 НMnO4 + 2Н2О.

Соли этой кислоты, называемые манганатами, в сухом виде довольно устойчивы. Известны манганаты щелочных и щелочноземельных металлов. Это соли зеленого цвета, образуют такие же зеленые растворы. Манганаты получаются при сплавлении MnO2 со щелочами в присутствии окислителей: 2MnO2 + 4КОН + О2=2К2MnO4 + 2Н2О MnO2 + 2KOH + KNO3=K2 MnO4 + KNO2 + H2O.

Слайд 15

Соединения марганца (VII) Оксид марганца (VII) Mn2О7 – зеленовато-бурая маслянистая жидкость,

Соединения марганца (VII)

Оксид марганца (VII) Mn2О7 – зеленовато-бурая маслянистая жидкость, растворимая в

воде, при этом образуется марганцевая кислота. Mn2О7 + Н2О = 2НMnО4. Mn2О7 получают при действии концентрированной серной кислоты на твердый перманганат калия: 2КMnО4 (тв.) + 2Н2SO4 (конц.) = Mn2О7 + 2КНSO4 + Н2О. Оксид марганца (VII) неустойчив: даже при слабом ударе взрывается, при нагревании выше 55оС легко и необратимо разлагается с выделением MnО2 и кислорода:  2Mn2О7  4MnО2 + 3О2.

Mn2О7 – сильный окислитель. Mn2О7 – кислотный оксид и реагирует с основными оксидами и щелочами: 2КОН + Mn2О7 = 2КMnО4 + Н2О.

Слайд 16

Марганцевая кислота НMnО4 получается при растворении в большом количестве холодной воды

Марганцевая кислота НMnО4 получается при растворении в большом количестве холодной воды оксида

марганца (VII):  Mn2О7 + Н2О = 2НMnО4. По силе марганцевая кислота близка к серной кислоте, но неустойчива и при ее получении (действием концентрированной серной кислоты на перманганаты) быстро разлагается:  2НMnО4 → Mn2О7 + Н2О. Марганцевая кислота известна только в водных растворах до 20%. При более высокой концентрации НMnО4 разлагается по механизму внутримолекулярного разложения:  4НMn +7О4-2 → 4Mn+4О2 + 3О2о + 2Н2О. Марганец в степенях окисления +2, +3 и +4 образует много комплексных соединений. Координационное число марганца равно 4, 5, 6. Склонность к комплексообразованию и устойчивость комплексов увеличивается от марганца (II) к марганцу (IV). Например, устойчивость комплексов повышается в ряду К2[MnCl4], K2[MnCl5], K2[MnCl6].
Слайд 17

При взаимодействии марганца, MnО и Mn(ОН)2 с кислотами в водном растворе

При взаимодействии марганца, MnО и Mn(ОН)2 с кислотами в водном растворе образуются

аквакомплексы [Mn(H2O)6]2+, придающие растворам розовую окраску. Из гидроксоманганатов (II) в свободном состоянии выделены K4[Mn(OH)6], Ba2[Mn(OH)6] и другие. Все они в водных растворах практически полностью разрушаются в результате гидролиза. Известны также аммиакаты марганца (II), которые получаются, например, по реакции: MnCl2 + 6NH3 → [Mn(NH3)6]Cl2. Аммиакаты легко разрушаются водой и поэтому в растворах существуют при большом избытке аммиака и солей аммония. Самыми устойчивыми комплексными соединениями марганца являются комплексные цианиды, которые, например, можно получить по реакции:  MnCl2 + 2KCN → Mn(CN)2↓ + 2KCl и затем:  Mn(CN)2 + 4KCN → K4[Mn(CN)6].
Слайд 18

Окислительно-восстановительные свойства соединений марганца Для соединений марганца очень характерны окислительно-восстановительные реакции.

Окислительно-восстановительные свойства соединений марганца

Для соединений марганца очень характерны окислительно-восстановительные реакции. Марганец

(VII), имея высшую степень окисления, может быть только окислителем. В степенях окисления +2, +4 и +6 марганец может проявлять окислительно-восстановительную двойственность. Соединения марганца (VII) – соли, оксид Mn2О7 – сильные окислители во всех средах, но наиболее сильные окислительные свойства они проявляют в кислой среде: 2KМnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 →2MnSO4 + 5Na2SO4 + 3H2O +К2SO4(кислая среда) 2KМnO4 + Na2SO3 + 2KOH → 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O(щелочная среда) 2KМnO4 + 3Na2SO3 + Н2О → 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2KOH(нейтральная среда)
Слайд 19

MnO2 и K2MnO4 тоже проявляют сильные окислительные свойства (особенно в кислой

MnO2 и K2MnO4 тоже проявляют сильные окислительные свойства (особенно в кислой среде): MnО2 + Н2О2 +

H2SO4 → MnSO4 + О2 + 2Н2О K2MnO4 + 2 Н2О2 + 2H2SO4 → MnSO4 + 2О2 + 4Н2О + К2SO4 Однако при взаимодействии с более сильными окислителями они проявляют восстановительные свойства: 2MnО2 + 3РвО2 + 6НNО3 = 2НMnO4 + 3Рв(NО3)2 + 2Н2О 2 K2MnO4 +Cl2 = 2КMnO4 + 2КCl.
Слайд 20

Способы получения марганца Промышленное получение марганца начинается с добычи и обогащения

Способы получения марганца

Промышленное получение марганца начинается с добычи и обогащения руд.

Если используют карбонатную руду марганца, то ее предварительно подвергают обжигу. В некоторых случаях руду далее подвергают сернокислотному выщелачиванию. Затем обычно марганец в полученном концентрате восстанавливают с помощью кокса (карботермическое восстановление).
MnO2 + 2C = Mn + 2CO↑
Иногда в качестве восстановителя используют алюминий или кремний:
3MnO2 + 4Al = 3Mn + 2Al2O3
MnO2 + Si = Mn + SiO2
Слайд 21

Для практических целей чаще всего используют ферромарганец, полученный в доменном процессе

Для практических целей чаще всего используют ферромарганец, полученный в доменном процессе

при восстановлении руд железа и марганца коксом:
MnO2 + Fe2O3 + 5C = Mn + 2Fe + 5CO↑
В ферромарганце содержание марганца составляет до 70-90%  по массе.
Чистый марганец получают электролизом водных растворов сульфата марганца MnSO4, который проводят в присутствии сульфата аммония (NH4)2SO4:
2MnSO4 + 4H2O = Mn + H2↑+ O2↑ + Mn(OH)2+ 2H2SO4.
Слайд 22

Применение марганца — Почти 90% всего металла расходуется в черной металлургии.

Применение марганца

— Почти 90% всего металла расходуется в черной металлургии. В

виде ферромарганца — сплава с железом, его добавляют в сталь, чтобы повысить ее ковкость, прочность, износоустойчивость. Хим. реактив необходим для процессов легирования, десульфурации, «раскисления» сталей. — Добавляется в сталь Гадфильда (до 13%), обладающую выдающейся твердостью. Из нее делают землеройные и камнедробильные машины, элементы брони.  — В цветной металлургии входит в состав железо несодержащих сплавов, в бронзу, латунь, большинство алюминиевых и магниевых сплавов для улучшения их прочности и устойчивости к коррозии. — Используется при изготовлении сплава из марганца, меди и никеля, отличающегося высоким сопротивлением. Этот сплав востребован в электротехнике.  — Применяется для создания устойчивых к коррозии гальванических покрытий металлических изделий.  
Слайд 23

Применение соединений марганца — В органическом синтезе в качестве окислителей и

Применение соединений марганца
— В органическом синтезе в качестве окислителей и катализаторов; 

в полиграфии и производстве красок; в стекольной и керамической индустрии. — В сельском хозяйстве в качестве микроудобрений. — Двуокись марганца применяется в различных областях: при изготовлении гальванических элементов; цветных глазурей и эмалей для керамики; в химической индустрии, в органическом и неорганическом синтезе; мелкодисперсионный порошок применяют для поглощения вредных примесей из воздуха. — Арсенид марганца обладает выраженным магнитокалористическим эффектом, на основе которого основан перспективный метод для создания компактных и экономных холодильных установок нового типа. — Перманганат калия — популярный антисептик в медицине, антидот при отравлении цианидами и алкалоидами; отбеливающее средство в текстильной промышленности; окислитель в органическом синтезе.
Слайд 24

Технеций Серебристо-коричневый радиоактивный металл. По химические свойствам Тс близок к Mn

Технеций

Серебристо-коричневый радиоактивный металл.

По химические свойствам Тс близок к Mn и

особенно к Re, в соединениях проявляет степени окисления от -1 до +7. Наиболее устойчивы и хорошо изучены соединения Тс в степени окисления +7.
При горении Tc в кислороде образуется желтый высший кислотный оксид Тс2О7 : 
4Tc+7O2=2Tc2O7
Раствор его в воде — технециевая кислота НТсО4. При выпаривании ее образуются темно-коричневые кристаллы:
Tc2O7+ H2O → 2HTcO4
Взаимодействуя со фтором, Tc образует золотисто-желтые кристаллы гексафторида технеция ТсF6 :
Tc + 3F2 =TcF6 (t)
Слайд 25

Получены оксифториды технеция TcOF4 и TcO3F: 2Tc + O2 + 4F2

Получены оксифториды технеция TcOF4 и TcO3F:
2Tc + O2 + 4F2 =2TcOF4 (t)
Хлорирование технеция дает

смесь гексахлорида TcCl6 и тетрахлорида TcCl4:
 Tc + 2Cl2 =TcCl4 (t)
Синтезированы оксихлориды технеция ТсО3Сl и ТсОСl3. Известны сульфиды технеция Tc2S7 и TcS2, карбонил Tc2(CO)10. Tc реагирует с азотной, концентрированной серной кислотами и царской водкой:
Tc + 7HNO3  HTcO4 + 7NO2 + 3H2O
Слайд 26

Применение. Пертехнаты используются как ингибиторы коррозии малоуглеродистой стали. Изотоп 99mTc —

Применение.
Пертехнаты используются как ингибиторы коррозии малоуглеродистой стали. Изотоп 99mTc — в диагностике опухолей головного мозга,

при исследовании центральной и периферической гемодинамики.

Получение Технеция. 
Основным источником Технеция служат отходы атомной промышленности. Выход 99Тс при делении 233U составляет около 6%. Из смеси продуктов деления Технеций в виде пертехнатов, оксидов, сульфидов извлекают экстракцией органических растворителями, методами ионного обмена, осаждением малорастворимых производных. Металл получают восстановлением водородом NH4TcO4, TcO2, Tc2S7 при 600-1000 °С или электролизом.

Слайд 27

Рений Плотный, серебристо-белый металл. Рений не реагирует с азотом и водородом;

Рений

Плотный, серебристо-белый металл.

Рений не реагирует с азотом и водородом; порошок рения лишь адсорбирует водород.
При

нагревании рений взаимодействует с фтором, хлором и бромом:
Re + 3F2=ReF6 (t)
2Re + 5Cl2=2ReCl5 (t)
2Re + 3Br2  2ReBr3 (t)
Рений почти не растворим в соляной и плавиковой кислотах и лишь слабо реагирует с серной кислотой даже при нагревании, но легко растворяется в азотной кислоте:
2Re + 7H2SO4=2HReO4 + 7SO2 + 6H2O (t)
2Re + 7HNO3 → 3HReO4 + 7NO + 2H2O
Со ртутью рений образует амальгаму. Не образует карбидов. Рений взаимодействует с водными растворами пероксида водорода с образованием рениевой кислоты:
2Re + 7H2O2 → 2HReO4 + 6H2O
Слайд 28

Способы получения рения Основным способом промышленного получения рениевого порошка является восстановление

Способы получения рения

Основным способом промышленного получения рениевого порошка является восстановление перрената

калия водородом:
2KReO4 + 7Н2 = 2Re + 2КОН + 6H2O. Некоторые затруднения в этом процессе связаны с низкой температурой плавления KReO4 (518°). Чтобы предотвратить спекание к даже оплавление восстанавливаемого материала, восстановление начинают при низкой температуре (250—300°). Затем температура медленно повышается до 500°. При таком медленном подъеме температуры часть материала уже при низкой температуре восстанавливается до низших соединений и до металла. Это предотвращает спекание при достижении температуры 500°. С целью предотвращения спекания предложено производить восстановление смеси тонкоизмельченного перрената калия с двойным количеством (по весу) хлористого калия. Последний плавится при 770° и затрудняет спекание перрената калия. В присутствии KCl температура восстановления может быть повышена до 600—650°.
Слайд 29

Восстановление водородом производится аналогично восстановлению окислов вольфрама и молибдена в трубчатых

Восстановление водородом производится аналогично восстановлению окислов вольфрама и молибдена в трубчатых

электрических печах. Восстанавливаемую соль помещают в лодочку, которая про двигается с определенной скоростью в трубе печи. Материалом лодочки может быть, например, никель или молибден. Водород должен быть очищен от кислорода и влаги. Продукт восстановления многократно промывают горячей водой до отмывки KOH и KCl от рениевого порошка. Затем порошок промывают спиртом и сушат. Воздушносухой рениевый порошок, восстановленный из перрената при температуре 500°, обычно еще содержит примесь низших окислов. Поэтому рекомендуется производить дополнительное его восстановление при температуре около 1000° с последующей промывкой водой. Рекомендуется также промывка порошка разбавленной соляной кислотой. Полученный темносерый порошок содержит 99,0—99,8% Ее. Извлечение составляет 85—95%. Промывные воды содержат значительное количество рения.
Слайд 30

Из них необходимо извлекать рений. Раствор может быть концентрирован выпариванием. Затем,

Из них необходимо извлекать рений. Раствор может быть концентрирован выпариванием. Затем,

добавляя перекись водорода, соединения рения переводят в перренаты и далее выделяют перренат калия.

Применение

Сферы использования рения достаточно разнообразны и включают:
ювелирное дело;
металлургия.
Также интенсивно ведется применение этого металла в авиационной промышленности и кораблестроении.
В медицинской отрасли применение Re акцентировано на изготовлении специализированного инструмента, и научно-исследовательской деятельности по лечению различных заболеваний. Аналогично медицине, металл в любом виде используется для ювелирного дела, где обеспечивает покрытие украшений и прочих изделий.
Применение рения в приборостроении не ограничено только полупроводниками.

Слайд 31

Кроме того, использование рения в сплавах с вольфрамом и молибденом позволяет

Кроме того, использование рения в сплавах с вольфрамом и молибденом позволяет

облегчить обработку этих тугоплавких металлов.
В радиоэлектронике свойства рения полезны для производства микросхем. Металл используют, как самоочищающийся контакт, а также выступает в качестве защитного покрытия металлических деталей и поверхностей.
Слайд 32

Борий Нестабильный радиоактивный химический элемент. О химических свойствах бория ничего неизвестно,

Борий

Нестабильный радиоактивный химический элемент.

О химических свойствах бория ничего неизвестно, но можно

сделать несколько предположений о них, исходя из того, что ближайший сосед - рений. Подобно рению, у атома бория должно быть семь внешних электронов, поэтому возможны степени окисления от +7 до -1. Наиболее устойчивы должны быть соединения бория(VII) .
Применение
Синтез бория имеет сугубо теоретическое значение.