Номер 10, страница 186 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 38. Общая характеристика переходных металлов. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 10, страница 186.

Условие.

10. Охарактеризуйте физические свойства переходных металлов.

Решение.

Решение 2.

Переходные металлы (d-элементы) — это элементы, расположенные в группах с 3 по 12 периодической таблицы. Их физические свойства определяются особенностями электронного строения их атомов, а именно наличием и заполнением d-электронного подуровня.

Агрегатное состояние и внешний вид

Все переходные металлы, за исключением ртути ($Hg$), которая является жидкостью при комнатной температуре, — это твёрдые кристаллические вещества. Они обладают характерным металлическим блеском. Большинство из них имеют серебристо-белый или серый цвет. Яркими исключениями являются медь ($Cu$) красновато-розового цвета и золото ($Au$) жёлтого цвета.

Ответ: Все переходные металлы (кроме ртути) являются твёрдыми веществами при стандартных условиях, обладают металлическим блеском.

Плотность, температуры плавления и кипения

Переходные металлы, как правило, имеют высокую плотность, а также высокие температуры плавления и кипения. Это связано с участием d-электронов, наряду с s-электронами, в образовании прочной металлической связи. Чем больше делокализованных электронов участвует в связи, тем она прочнее. Например, вольфрам ($W$) обладает самой высокой температурой плавления среди всех металлов (3422 °C), а осмий ($Os$) и иридий ($Ir$) — самыми высокими плотностями (около 22,6 г/см³). В конце каждого периода (подгруппа цинка: $Zn$, $Cd$, $Hg$) наблюдается снижение температур плавления и кипения, так как их d-подуровень ($d^{10}$) полностью заполнен, и d-электроны практически не участвуют в образовании металлической связи.

Ответ: Переходные металлы характеризуются высокими значениями плотности, температур плавления и кипения из-за прочной металлической связи, образованной s- и d-электронами.

Твердость и механические свойства

Из-за прочных межатомных связей большинство переходных металлов — очень твёрдые и прочные. Например, хром ($Cr$) является одним из самых твёрдых металлов. При этом они сохраняют такие свойства, как пластичность (способность к деформации без разрушения) и ковкость (способность принимать нужную форму под давлением), что делает их незаменимыми конструкционными материалами.

Ответ: Большинство переходных металлов являются твёрдыми, прочными и при этом пластичными и ковкими.

Электро- и теплопроводность

Переходные металлы — хорошие проводники электричества и тепла. Наличие "электронного газа" (делокализованных электронов) в кристаллической решётке обеспечивает их высокую проводимость. Лучшими проводниками электрического тока среди всех элементов являются переходные металлы серебро ($Ag$) и медь ($Cu$).

Ответ: Переходные металлы обладают хорошей электро- и теплопроводностью; серебро и медь являются одними из лучших проводников.

Магнитные свойства

Наличие неспаренных электронов на d-орбиталях обуславливает особые магнитные свойства многих переходных металлов и их соединений. Они проявляют парамагнетизм — способность втягиваться в магнитное поле. Некоторые металлы, а именно железо ($Fe$), кобальт ($Co$) и никель ($Ni$), а также их сплавы, являются ферромагнетиками. Ферромагнетики способны сильно намагничиваться и сохранять намагниченность после удаления внешнего магнитного поля. Ионы с полностью заполненной ($d^{10}$, например, $Zn^{2+}$) или пустой ($d^0$, например, $Sc^{3+}$) d-оболочкой являются диамагнетиками и слабо выталкиваются из магнитного поля.

Ответ: Для переходных металлов характерны парамагнитные свойства из-за неспаренных d-электронов; железо, кобальт и никель являются ферромагнетиками.

Окраска соединений

Одной из самых узнаваемых черт переходных металлов является их способность образовывать окрашенные ионы и соединения. Окраска возникает из-за электронных переходов между d-орбиталями разной энергии (так называемые d-d переходы). В ионе, окружённом другими частицами (лигандами), d-орбитали расщепляются на несколько энергетических уровней. Поглощение кванта света в видимой части спектра вызывает переход электрона с нижнего уровня на верхний. Вещество приобретает цвет, дополнительный к цвету поглощенного света. Например, синий цвет раствора сульфата меди(II) ($CuSO_4$) обусловлен тем, что гидратированный ион $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$ поглощает свет в жёлто-оранжевой области спектра. Соединения, где d-d переходы невозможны (ионы с конфигурацией $d^0$ или $d^{10}$), как правило, бесцветны.

Ответ: Большинство соединений переходных металлов окрашены из-за возможности электронных переходов между расщеплёнными d-орбиталями (d-d переходы).