Bài giảng Hóa đại cương vô cơ: Chương 10 - Nguyên tố nhóm VIII

Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII Mục tiêu Chương giúp sinh viên: Viết phản ứng tạo phức giải thích tính chất phức Fe, Co, Ni, Pt Pd Hiểu rõ vai trò sinh học Fe, Co thể số hợp chất quan trọng nguyên tố nhóm VIII sử dụng Y - Dược Chương 10: Nội dung Nguyên tố nhóm VIII 10.1 Nhóm VIIIA : He - Ne - Ar - Kr - Xe - Rn 10.1.1 Trạng thái thiên nhiên Chế tạo ứng dụng đơn chất  8.1.2 Những đặc tính nguyên tử vật lý khí 8.1.3 Các phản ứng 8.1.4 Mối liên quan cấu tạo tính chất 8.1.5 Vai trò ứng dụng Y - Dược Độc tính 8.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 8.2.1 Trạng thái thiên nhiên Chế tạo ứng dụng đơn chất 8.2.2 Những đặc tính nguyên tử vật lý  8.2.3 Tính chất kim loại họ Sắt  8.2.4 Tính chất kim loại họ Platin 8.2.5 Vai trò ứng dụng Y - Dược Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.1 Nhóm VIIIA: He - Ne - Ar - Kr - Xe - Rn 10.1.1 Trạng thái thiên nhiên Chế tạo ứng dụng đơn chất Ứng dụng đơn chất Nguyên Nguồn thiên nhiên chủ yếu Chế tạo tố nguyên tố Heli ~ 0,4% khối lượng khí Chưng cất Chất làm lạnh siêu dẫn, thiên nhiên (sản phẩm khí thiên vật lý nhiệt độ thấp; chế tạo nhiệt kế phân huỷ phóng xạ) nhiên đo nhiệt độ - 80K < 1K; tạo mơi [Ngun tố phổ biến thứ hố lỏng trường trơ chống cháy; thay N2 vũ trụ, sau hydro; hỗn hợp thở lặn sâu; làm pha sản phẩm phản ứng động sắc ký khí; làm khí nhẹ cho bóng thám khơng, khí cầu nhiệt hạch chuyển H —> He] Neon Khơng khí Chưng cất Nạp vào bóng đèn ống thắp sáng Argon phân đoạn Tạo mơi trường trơ cho hàn hồ quang, khơng khí luyện kim, bóng đèn đốt nóng Krypton lỏng Nạp vào bóng đèn đốt nóng Xenon Làm đèn chiếu mạnh (phóng điện qua khí xenon) Radon Nguồn phóng xạ điều trị số bệnh ung thư Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.1 Nhóm VIIIA : He - Ne - Ar - Kr - Xe - Rn 10.1.2 Những đặc tính nguyên tử vật lý khí Nhóm VIII A Tên Bán ngun kính tố ngun tử (A°) Bán kính ion (A°) Năng Độ âm Khối lượng ion điện lượng hoá thứ (thang riêng (eV) Pauling) (g/L) Nhiệt độ Nhiệt % Nóng sơi thể tích chảy (°C) khí (°C) He 4,003 Heli 0,50 - 24,6 - 0,178 20,18 Neon 0,71 - 21,6 - 0,900 -249 -246 15.10-4 39,95 3s23p (0) Argon 0,98 - 15,8 - 1,78 -189 -186 0,94 1s2 -272,4 -268,9 5.10-4 (0) 10 Ne 2s22p6 (0) 18 Ar Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.1 Nhóm VIIIA : He - Ne - Ar - Kr - Xe - Rn 10.1.2 Những đặc tính nguyên tử vật lý khí Nhóm VIII A 36 Kr 83,80 4s24p6 (+2) 54 Xe 131,29 5s25p (+8, +6, +4, +2) 86 Rn 222,02 6s26p8 (+2) Tên Bán nguyên kính tố nguyên tử (A°) Bán kính ion (A°) Năng Độ âm Khối lượng ion điện lượng hoá thứ (thang riêng (eV) Pauling) (g/L) Nhiệt độ Nhiệt % Nóng sơi thể tích chảy (°C) khí (°C) Krypton 1,09 - 14,0 3,0 3,75 - 157 - 153 11.10-5 Xenon 1,30 - 11,7 2,6 5,90 - 112 - 108 9.10-5 Radon 1,40 - 10,4 - 9,73 - 71 - 62 6.10-20 Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.1 Nhóm VIIIA : He - Ne - Ar - Kr - Xe - Rn 10.1.3 Mối liên quan cấu tạo tính chất Tính chất khí biến thiên đặn, dự đốn theo quy luật chung: + Nằm cuối chu kỳ, khí có kích thước nhỏ chu kỳ + Các khí có nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi thấp, tăng dần từ xuống nhóm kích thước khối lượng nguyên tử tăng làm tăng lực khuếch tán Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.1 Nhóm VIIIA : He - Ne - Ar - Kr - Xe - Rn 10.1.3 Mối liên quan cấu tạo tính chất Tính chất khí biến thiên đặn, dự đốn theo quy luật chung: + Do cấu hình "trơ" lớp vỏ electron, nguyên tử khí đặc trưng nàng lượng ion hố cực đại, giảm dần kích thưốc ngun tử tăng Chúng có lực âm với electron hoạt tính hố học yếu Như vậy, nhóm VIIIA, họ ngun tố có hoạt tính thấp (trơ, có electron lớp ngồi) Chương 10: Ngun tố nhóm VIII 10.1 Nhóm VIIIA : He - Ne - Ar - Kr - Xe - Rn 10.1.4 Vai trò ứng dụng Y - Dược Độc tính Heli chất khí (N2, 02, He, C02 N20) thức sử dụng y học để điều chế khơng khí nhân tạo Tuỳ theo mục đích sử dụng mà số chất khí tỷ lệ chúng trộn với Khơng khí He, gồm 20% Oxy 80% heli theo thể tích, nhẹ khơng khí thường, nên dùng cho trường hợp khó thở  Độ hoà tan He máu nhỏ nhiều so với Nitrogen, nên khơng khí He đặc biệt dùng cho thợ lặn sâu chịu áp suất cao nước Heli lỏng Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.1 Nhóm VIIIA : He - Ne - Ar - Kr - Xe - Rn 10.1.4 Vai trò ứng dụng Y - Dược Độc tính Ar tương đối nhiều, sản phẩm phụ chưng cất phân đoạn khơng khí lỏng sản xuất oxy nitrogen Nó dùng làm mơi trường trơ q trình công nghiệp chế tạo bảo quản số dược phẩm Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.1 Nhóm VIIIA : He - Ne - Ar - Kr - Xe - Rn 10.1.4 Vai trò ứng dụng Y - Dược Độc tính Kr Xe nghiên cứu khả ứng dụng gây tê, hạn chế khan chúng thiên nhiên  133Xe dùng nghiên cứu chẩn đoán đường thuốc xông tiêm tĩnh mạch Rn phóng xạ a dùng thay radi điều trị số loại ung thư Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.3 Tính chất kim loại họ sắt (Fe - Co – Ni) Cấu hình electron chung: 3d6,7,84s2 Số oxy hoá đặc trưng họ +2 +3 10.2.3.1 Đơn chất  Fe - Co - Ni có đồng vị bền đvị phóng xạ  Các kim loại họ sắt tạo nên nhiều hợp kim có vai trị quan trọng đời sống, khoa học công nghệ Fe - Co - Ni kim loại có hoạt tính hố học trung bình giảm nhanh theo chiều Fe - Co - Ni Ở điều kiện thường, Fe - Co - Ni bền vững, không tác dụng với phi kim oxy hoá mạnh O2, Cl2, Br2, S lớp bảo vệ Ngược lại, lẫn tạp chất, lại nhiệt độ cao khơng khí ẩm, kim loại Fe - Co - Ni trở nên hoạt động Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.1 Trạng thái thiên nhiên Chế tạo ứng dụng đơn chất 10.2.3 Tính chất kim loại họ sắt 10.2.3.2 Oxyd FeO: màu đen Fe2O3: màu nâu đỏ Quan trọng Fe3O4 (FeO.Fe2O3): màu đen  FeO3 (sắt trioxyd ): không bền Tương tự oxyd sắt, đối vối cobalt nickel người ta biết sử dụng oxyd: CoO, Co2O3, Co3O4 NiO, Ni2O3, Ni3O4 Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.1 Trạng thái thiên nhiên Chế tạo ứng dụng đơn chất 10.2.3 Tính chất kim loại họ sắt 10.2.3.3 Hydroxyd Các hydroxyd M(OH)9 không tan nước  Điều chế: phản ứng muối M2+ kiềm dung dịch: M+(aq) + 20H-(aq)  M(OH)2 (r) Các hydroxyd M(OH)3 kết tủa, điều chế qua phản ứng trao đổi oxy hoá M(OH)2 —> M(OH)3 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3 Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.1 Trạng thái thiên nhiên Chế tạo ứng dụng đơn chất 10.2.3 Tính chất kim loại họ sắt 10.2.3.4 Muối Các muối Fe2+, Co2+, Ni2+ tạo muối với hầu hết anion bền Các muối acid mạnh dễ tan nước: FeS04.7H20, Fe(Cl04)2.6H20: màu xanh nhạt CoCl2.6H20, Co(NO3)2.6H20: màu hồng NiS04.7H20, Ni(N03)2.6H20: màu lục  Muối acid yếu thường khó tan: FeS, FeHPO4/CoF2 CoCO3/NiS, NiCO3 Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.3 Tính chất kim loại họ sắt 10.2.3.5 Phức chất Fe - Co - Ni trạng thái oxy hoá +2, +3, kể O, tạo nhiều phức chất quan trọng Ví dụ: FeS0.7H20 phức [Fe(H20)6][SO4.H2O] CoCl2.6H20 phức [Co(H20)6]Cl2 Ion Fe2+, Fe3+ có cấu hình d6, d5 thường tạo phức bát diện Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.4 Tính chất kim loại họ platin (Họ Bạch Kim) (Ru - Rh - Pd / Os - Ir – Pt) Tính chất vật lý: Cấu hình electron chung: 3d6,7,84s2  Số oxy hoá đặc trưng: +2, +3, +4 (riêng Ru Os +6, +8) Kim loại họ platin Màu sắc: có ánh kim trắng bạc  Khó nóng chảy, khó sơi (nhất Os)  Độ tan: đa số có khả hồ tan nhiều với Hydro Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.4 Tính chất kim loại họ platin (Họ Bạch Kim) Tính chất hóa học: Các KL họ platin hoạt động so với họ sắt Paladi hoà tan HNO3: 3Pd + 8HNO3  3Pd(NO3)2 + 2NO + 4H20 Platin hoà tan nước cường thuỷ: 3Pt + 4HNO3 + 18HCl  3H2[PtCl6] + 4NO + 8H20 Kim loại họ platin  Phản ứng kiềm nóng chảy với chất oxy hoá (Cả kim loại họ platin ) Ru + 2KOH + 3KNO3  K2Ru04 + 3KN02 + H20 Kali ruthenat Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.4 Tính chất kim loại họ platin (Họ Bạch Kim) Phức chất Điểm trội nguyên tố họ platin chúng tạo nên hàng ngàn phức chất Tất kim loại họ cấu thành phức: Kim loại họ platin - Phức carbonyl Ví dụ: [Os(CO)5], [Ru2(CO)9], [Rh6(CO)16], - Phức hỗn hợp halogenocarbonyl Ví dụ: [Pt(CO)2Cl2] Dùng làm thuốc Y học •Sắt Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.5 Vai trò ứng dụng Y - Dược Độc tính Sắt Fe nguyên tố vi lượng thiết yếu, đóng vai trị tối quan trọng vận chuyên oxy tất động vật có xương sống Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.5 Vai trò ứng dụng Y - Dược Độc tính Sắt  Fe thể dạng phức chất protein có chức định sống: + Vận chuyển oxy + Dự trữ oxy + Vận chuyển electron (trong trình sản xuất lượng tế bào) Cơ thể người trương thành chứa - 4g Fe Sắt •Sắt Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.5 Vai trò ứng dụng Y - Dược Độc tính Sắt Nhu cầu Sắt hàng ngày từ - 3mg (nhưng thức ăn phải có 10 - 30mg Sắt, ruột hấp thu ~ 10% số đó) Thiếu sắt dẫn đến bệnh thiếu máu nhược sắc Thức ăn chứa nhiều sắt thịt nạc, gan, tim, thận, tiết, lòng đỏ trứng, đậu, cần tây, nấm hương, mơ, lê Sắt •Sắt Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.5 Vai trò ứng dụng Y - Dược Độc tính Cobalt Cobalt nguyên tố vi lượng cần thiết cho sống, phát hầu hết sinh vật Cơ thể ngưịi có khoảng - 5mg cobalt, chủ yếu tích luỹ gan Cobalt có vai trị lớn: - Trong tạo huyết - Giúp sắt nhanh chóng tham gia cấu tạo hemoglobin Cobalt - giúp thể hấp thu vitamin B2, Bg, B2 aminoacid - Giúp gan tích luỹ vitamin B19 tuyến giáp tích luỹ Iod - Tăng cường hay bất hoạt sô enzvm •Sắt Chương 10: Ngun tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.5 Vai trò ứng dụng Y - Dược Độc tính Cobalt Thiếu cobalt gây: -Thiếu máu nặng - Chán ăn Cobalt - Gầy yếu - Giảm tiết sữa  Mọi bệnh cảnh biến chữa chế phẩm Cobalt Nguồn thực phẩm giàu cobalt gan, sữa, thịt, trứng •Sắt Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.5 Vai trò ứng dụng Y - Dược Độc tính Nickel Hiện nay, chưa thấy hợp chất nickel có vai trị sử dụng Y - Dược học Tuy nhiên, người có chừng vài mg Nickel, hàng ngày ~ 0,1 mg Nickel tích luỹ xương, động mạch chủ, phối, tuyến thượng thận, não da Vai trò sinh học nickel chưa làm rõ Tác dụng độc gây dị ứng biết ỏ nhiều ngưòi ăn phải muối nickel tiếp xúc với đồ vật mạ nickel Tinh thể Niken Chương 10: Nguyên tố nhóm VIII 10.2 Nhóm VIIIB: Fe - Co - Ni / Ru - Rh - Pd / Os - Ir - Pt 10.2.5 Vai trị ứng dụng Y - Dược Độc tính Các kim loai họ platin Cả ba họ nguyên tố này: Ru - Rh - Pd Os - Ir - Pt khơng có vai trị sinh học Riêng Cis-diamminedichloroplatinum số phức platin dùng điều trị ung thư cis-diammine (1,1cyclobutamedicarboxylato)