7_elementi 8_9_10_skupine_2015

7/25/2019 7_Elementi 8_9_10_skupine_2015

http://slidepdf.com/reader/full/7elementi-8910skupine2015 1/12

1

ELEMENTI 8, 9 i 10.SKUPINE

Stariji način obilježavanja – elementiVIIIa ili VIII skupine

• Pojedinačno razmatranje nema mnogoopravdanja

• Članovi 1. prelaznog niza znatno se razlikuju odčlanova 2. i 3. prelaznog niza

• Uočljive su i razlike između članova 2. i 3.prelaznog niza

• Opravdanije je razmatrati ih vodoravno a neokomito

• Trijada željeza: Fe, Co, Ni• Platinski metali: Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt

Trijada željeza• Željezo je četvrti element po rasprostranjenosti

(6,2%)• Dobivanje poznato od davnina (1200. god. p.n.e.)

• Co i Ni znatno manje rasprostranjeni (30. i 22.)• Sjajni, srebrnaste boje

• Jedina 3 elementa koji na sobnoj temperaturipokazuju feromagnetizam

• Opada u nizu Fe > Co > Ni



2

• Pravilno i postepeno popunjavanje d- orbitala

• Fe [Ar] 3d6 4s2

• Co [Ar] 3d7 4s2

• Ni [Ar] 3d8 4s2

• Nije moguće postići stupanj oksidacije koji biodgovarao zbroju 3d i 4s elektrona

• Maksimalni stupanj oksidacije kod Fe nađen jesamo u anionu FeO4

2-

• Tipični stupnjevi oksidacije su +2 (Fe, Co, Ni) ili+3 (Fe, Co) u obliku iona M2+ i M3+ i ukompleksnim spojevima

• Bliskost ionskih radijusa objašnjava sličnost uelektrokemijskom ponašanju

• Standardni redukcijski potencijali

• Me2+ (aq) + 2e- →Me (s) manji od nule• Jedino Fe intenzivno korodira, dok su Co i Ni

pod običnim uvjetima stabilni

• Otapaju se u većini kiselina• Koncentrirana HNO3 i H2SO4 stvaraju im na

površini kompaktan sloj teško topljivog oksida pa

se u njima vrlo sporo otapaju

• Vrlo je bitna i mogućnost odvijanja redoks

procesa:• Me3+ (aq) + e- → Me2+ (aq)• Eo (Fe3+ /Fe2+) = 0,77 V; Eo (Co3+ /Co2+) = 1,92 V• U nizu Fe-Co-Ni opada stabilnost spojeva

stupnja oksidacije +3 i raste stabilnost spojevastupnja oksidacije +2

• U vodenim otopinama [M(H2O)6]2+ predstavljajuvrlo slabe kationske kiseline, tako da je njihovahidroliza u praksi zanemarljiva

• [Fe(H2O)6]3+ jako hidrolizira• Svi ovi elementi imaju jako izraženu sklonost

pravljenju koordinacijskih spojeva



3

Željezo

• u prirodi dolazi obliku oksida ili karbonata: Fe2O3- hematit; Fe3O4 – magnetit;Fe2O3 × H2O – getit, limonit, FeCO3 - siderit

• FeS2 – pirit• Dobivanje – u visokim pećima, redukcija s

koksom• 2 Fe2O3 (s) + 3 C (s) → 4 Fe (s) + 3 CO2 (g)

• Fe spada u neplemenite metale• Lako reagira s kiselinama

• U odsustvu zraka obično nastaju soli s Fe2+

ionom• Kiseline s oksidacijskim djelovanjem daju

odgovarajuće Fe3+ soli• Korozija željeza: nastaju Fe2O3×xH2O i FeO(OH)

• Korozija se javlja ako su prisutni istovremenoH2O, O2 i neki elektrolit

• Odvija se u 2 stupnja:

• R: O2 (g) + 2 H2O + 4e- → 4 OH-

• O: Fe (s) + 2 OH- → Fe(OH)2 + 2 e-

• O: Fe(OH)2 + OH- →1/2 Fe2O3×3H2O + e-

• 4Fe + 3O2 (g) + 6 H2O → 2 Fe2O3×3H2O



4

Spojevi željeza• Stupanj oksidacije +2: • Blijedozeleni [Fe(H

2O)

6]2+ kation – slabo izraženih

kiselih svojstava• Dodatkom lužine nastaje Fe(OH)2• Djelomično se otapa pri pH 12 – nastaje

Fe(OH)3-

• Na zraku dolazi do oksidacije• 4 Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O → Fe2O3×xH2O• FeO je crne boje, nestehiometrijskog sastava• Fe2+ soli su blijedozelene boje. Najpoznatije su:• FeSO4 × 7H2O – zelena galica• (NH4)2Fe(SO4)2 × 2 H2O – Mohrova sol

• FeS – dobiva se direktnom sintezom S2- i Fe2+;služi za dobivanje H2S u laboratoriju

• Fe2+ pravi veliki broj koordinacijskih spojeva• Većina ima oktaedarsku geometriju i spada u

visokospinske komplekse• Kako se radi o ionu s d6 konfiguracijom

kompleksi imaju 4 nesparena elektrona• Samo s ligandima jakog ligandnog polja (CN-)

mogu nastati niskospinski, dijamagnetični kompleksi

• Mali broj kompleksa ima tetraedarsku građu –kompleksi s halogenid ionima i kompleksi svelikom ligandima (fizička ograničenjasprječavaju koordinaciju više od 4 liganda)

Stupanj oksidacije +3• Fe3+ ion je bezbojan u jako kiselom mediju (pH

≈ 0), pri blagom povećanju pH požuti• [Fe(H2O)6]3+ je relativno jaka kiselina

• Soli su hidratizirane, a otopine pokazuju kiselureakciju

• Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe2(OH)2

4+; Fe3(OH)45+.

• U kiselom su Fe3+ spojevi prilično jakaoksidacijska sredstva

• 2 Fe3+ + 2 I- → 2 Fe2+ + I2



5

• Mali radijus i veliki naboj Fe3+ iona uzrokuju da su svispojevi Fe3+ izraženog kovalentnog karaktera

• Poznati su oksidi Fe2O3, Fe3O4 i FeO(OH)• Fe(OH)3 se teško otapa u vodi, pokazuje slaba

amfotermna svojstva

• Nema točno definiran sastav, bolje ga je pisati kaoFeO(OH)

• Pri pH > 12 Fe(OH)3 se djelomično otapa dajućiFe(OH)4

-

• Oksidi i hidroksidi Fe koriste se kao pigmenti• γ-Fe2O3 – feromagnetni materijal – magnetske trake

• Fe3+ ion s d5 konfiguracijom pravi veliki brojkompleksa

• U pravilu su stabilniji od kompleksa Fe2+: ionFe3+ je manji i ima viši naboj, pa jače privlačiligande

• Izuzetak su kompleksi s N kao donorskimatomom, jer Fe3+ rađe pravi komplekse s Oligandom nego N ligandom

• Kompleksi s anionima fosforne kiseline- stabilni,primjena u analitičkoj kemiji

• Reakcijom Fe2+ s K3[Fe(CN)6] ili Fe3+ sK4[Fe(CN)6] nastaje berlinsko modrilo:K4[FeIIFeIII(CN)6]×xH2O

• Specifične reakcije za dokazivanje Fe2+ i Fe3+

iona

• Stupanj oksidacije +6

• Ferat ion FeO42-, dobiva se oksidacijom Fe2O3

klorom ili hipoklorit ionom u jako lužnatommediju

• U kiselom spada među najjača oksidacijskasredstva

• Zbog nestabilnosti nema praktičan značaj



6

• Važna uloga Fe u metabolizmu živih organizama• U tkivima uvijek u obliku kompleksnih spojeva

• Citokromi: prenosioci elektrona u procesufotosinteze• Mioglobin (transport kisika kroz stanicu) i

hemoglobin (transport kisika od pluća dostanice)

Kobalt

• Najvažniji minerali pripadaju grupi arsenida isulfida: CoAs2 – smaltit, CoAsS – kobaltit, Co3S4 –lineit

• Dobivanje složeno i ovisi o rudi

• Co je moguće dobiti redukcijom oksida koksom

• Godišnja proizvodnja 50 000 tona• 1/3 se koristi za proizvodnju pigmenta, a 1/3 uproizvodnji čelika

• “alnico” – vrsta čelika – Al-Ni-Co; feromagnetičan

• Stupnjevi oksidacije +2 i +3

• Obične soli najčešće sadrže ion Co2+• Kompleksni spojevi sadrže gotovo isključivo ion

stupnja oksidacije +3• Co3+ + e- → Co2+ Eo = 1,92 V• Jako oksidacijsko sredstvo, oksidira vodu• Smanjenjem koncentracije Co3+ iona

(taloženjem ili kompleksiranjem) standarnielektrodni potencijali se izrazito smanjuju

• Co(OH)3 + e- → Co(OH)2 Eo = 0,42 V• [Co(NH3)6]3+ + e- → [Co(NH3)6]2+ Eo = 0,10 V• [Co(CN)6]3+ + e- → [Co(CN)6]2+ Eo = -0,83 V• U baznom mediju i prisutnosti elektron

akceptora lako se oksidira Co2+ doCo3+



7

• Stupanj oksidacije +2• Teško topljivi CoO i Co(OH)2 - slabo

amfotermni• Djelovanjem jakih koncentriranih baza (pH > 13)

nastaju [Co(OH)3]- i [Co(OH)4]2-

• Stajanjem na zrakuCo(OH)2 se oksidira

• Najpoznatije soli Co(NO3)2 × 6 H2O, CoSO4 ×7H2O i CoCl2 × 6 H2O

• Co2+ soli se koriste za indikaciju prisustva vode• [Co(H2O)6]2+ + 4 Cl- → [CoCl)4]2- + 6 H2O

• Ružičast plavi

• Razlike u boji uglavnom su povezani sgeometrijom spoja

• Oktaedarski ioni su ružičasti, a tetraedarski plavi(ima i izuzetaka)

• Najpoznatiji pigment plave boje CoAl2O4 – Thenardovo plavo – dobiva se žarenjemoksida, karbonata ili hidroksida i pripada dvojnimoksidima CoO×Al2O3


• Od jednostavnih soli poznate Co2(SO4)3×18H2Oi CoF3×3,5H2O• Otapaju se i u prisutnosti vlage• Poznat je miješani oksid Co3O4• Postojanje Co2O3 nije potvrđeno iako na tr žištu

postoji spoj nominalnog sastava• U lužnatom mediju jakim oksidansima spojevi

Co(II) se oksidiraju do Co(OH)3 – nema dobro definiran sastav pa ga je boljepredstavljati kao Co2O3×XH2O ili CoO(OH)

• Zakiseljavanjem Co(OH)3 može oksidirati Cl- doCl2

• Kompleksi Co(III) su brojni – u praviluoktaedarski, dijamagnetični (d6 konfiguracija),inertni



8

• Kobalt je važan mikroelement

• Najvažniji biološki spoj kobalta je vitamin B12 –nedostatak izaziva jednu vrstu anemije

• B12 se svrstava u koenzime – tvari koje aktivirajuenzime; djelovanje mu se objašnjavamogućnošću redoks reakcija, stupanj oksidacijevarira od +1 do +3

Nikal• Najvažnije rude koje sadrže okside i silikate, te sulfidne

rude• Dobivanje složeno i ovisi o rudi• Sulfidne rude se koncentriraju flotacijom ili magnetnom

separaciom• Sulfid nikla se A) prženjem prevodi u oksid; reducira

ugljikom i elektrolitički rafinira• B) Mondov postupak – redukcija oksida vodikom,

tretiranje CO (g) na 50oC – nastaje karbonil Ni(CO)4, kojise termički raspada na 200oC na kuglicama od čistog Ni

• Feronikal – legura sa željezom• Monel – legura 68% Ni i 32% Cu kemijski inertna• Zbog otpornosti prema koroziji Ni se koristi za niklovanje,

za izradu akumulatora tipa Ni-Cd, elektrode za reakcijuhidrogeniranja


• Može se smatrati jedinim stabilnim stupnjemoksidacije Ni

• Soli koje sadrže [Ni(H2O)6]2+ su obično zelene,dok kompleksni spojevi mogu biti različitoobojeni – dominiraju plave i crvene nijanse

• NiO i Ni(OH)2 - imaju pretežno bazna svojstva• Djelovanjem jakih koncentriranih baza (pH > 12)

nastaje [Ni(OH)3]- tj. [Ni(H2O)3(OH)3]-

• Najvažnija sol NiSO4 × 7H2O – elektrolit priniklovanju



9

• Stupanj oksidacije +3• Poznato malo kompleksnih spojeva i ni jedna

jednostavna sol• Postoji hidroksid (hidratizirani oksid) koji se

ponaša analogno kobaltovom(III) hidroksidu• U literaturi postoje podaci i o spojevima nikla

stupnja oksidacije +4, ali su vrlo nestabilni ipodložni lakoj redukciji

Platinski metali

• Izuzetno rijetki elementi• Pd i Pt 10-6 masenih %, ostali ispod 5×10-7%• Zbog plemenitosti najčešće se nalaze u

elementarnom stanju, kao primjese rudama Cu iNi, ili zajedničkim ležištima sa Ag i Au

• Svi sivobijeli i sjajni

• Osmij – element najveće gustoće 22,6 g cm-3

• Standardni elektrodni potencijali platinskihmetala su pozitivni, a za polureakciju

• M2+ + 2e- → M (s) Eo su između 0,5 i 1,2 V

• Svi su kemijski vrlo inertni• Na zraku su potpuno stabilni, u dušičnoj kiselinise otapa samo Pd

• U reakciji s kiselinama dolazi do izražaja efektpasiviranja površine

• Ukupna godošnja svjetska proizvodnja platinskihmetala ne prelazi 250 tona – 50 % Pt

• Glavni izvor platinskih metala – anodni mulj prirafinaciji bakra



10

• Elektronska konfiguracija – nepravilnopopunjavanje:

5d9 6s15d7 6s25d6 6s2

PtIrOs

4d104d8 5s14d7 5s1

PdRhRu

• Maksimalni stupanj oksidacije – jedino kod Ru iOs – oksidi (niske temperature taljenja i vrenja)• Kod ostalih maksimalni stupanj oksidacije ne

prelazi+6, najčešći su od +1 do +4• Jednostavni spojevi s halogenim, halkogenim i

anionima oksokiselina su malobrojni i manjeznačajni od kompleksnih spojeva

• Poznato je mnogo kompleksa platinskih metala• Praktičnu važnost imaju oni koji se koriste

prilikom dobivanja



11

• U kompleksima gdje je stupanj oksidacijecentralnog atoma +3 i +4 dominira oktaedarski

raspored liganada• Svi kompleksi stupnja oksidacije +4 suniskospinski – primjer [PtX6]2-

• Najpoznatiji spoj K2[PtCl6]

• Kompleksi kod kojih centralni atom ima d8

konfiguraciju (Rh+, Ir+, Pd2+ i Pt2+) sudijamagnetični i imaju kvadratni rasporedliganada (dsp2 hibridizacija) –PtCl42-, PdCl42-

• Mješoviti kompleks [PtCl2(NH3)2] – cis i transizomer

• cis -[PtCl2(NH3)2] – pokazuje antitumorskuaktivnost; citostatik

Pt

H3N Cl

H3N Cl

cis

Pt

H3N Cl

Cl NH3

trans

• Paladij: 1 volumen Pd može apsorbirati 935volumena H2 (na -210oC): pri malom sadržajuvodika dominira kemisorpcija; dok pri velikomsadržaju dolazi do disocijacije molekula H2 naatome koji se ugrađuju u šupljine između atomaPd

• Pd bi mogao poslužiti kao spremnik H2

• Jedini metal kroz koji H2 difundira: za odvajanjeH2 od drugih plinova



12

• Primjena platinskih metala:

• Vezana uz elementarno stanje• Katalizatori; vrlo sitnih čestica• Legure: Pt mekana, mehanička svojstva se

poboljšavaju Ir (0,5%)• Legura Au i Pd – bijelo zlato

• Rad s Pt- reagira s otopinama oksida i peroksidaalkalijskih metala; izbjegavati žarenje s B, Si, Pb,As, Sb, Bi – prave lako topljive legure

7_elementi 8_9_10_skupine_2015

Documents