Tìm hiểu về nhóm VIIIB

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH KHOA HOA HỌC ỨNG DỤNG BÀI BÁO CÁO TÌM HIỂU VỀ NHÓM VIIIB GVHD: NGUYỄN THỊ THU HÀ NHÓM THỰC HIÊN: Nguyễn Thị Mãi Lê Thị Kim Nguyên Nguyễn Thành Lưng Võ Phúc Lợi Nguyễn Đình Chấm Trà vinh, ngày 17 tháng 05 năm 2016 Mục lục I CẤU TRÚC ELECTRON VÀ MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CHUNG Nhóm VIIIB bảng tuần hoàn gồm ba cột dọc, hình thành ba họ nguyên tố theo chiều ngang, họ có ba nguyên tố Họ sắt gồm nguyên tố sắt (Fe), coban (Co) niken (Ni) Cấu hình e 3d64s2, 3d74s2, 3d84s2 Họ platin nặng gồm nguyên tố ruteni (Ru), rođi (Rh), palađi (Pd) Họ platin nhẹ, thường với gồm nguyên tố osimi (Os), iriđi (Ir) platin (Pt) Cấu hình e 4d75s1 4d85s1 4d10 5d66s2 5d76s2 5d96s1 Các nguyên tố họ Fe nguyên tố d, có 2e mức oxi hoá đặc trưng 2; Ngoài có Fe(0), Fe(+6), Ru(+4), Os(+8) Là kim loại hoạt động trung bình, tính kim loại giảm từ Fe đến Ni Ba nguyên tố đầu xếp theo hàng ngang nhóm VIIIB có tính chất giống người ta gộp chúng vào họ sắt Sáu nguyên tố lại gọi kim loại họ platin theo tên nguyên tố phổ biến số đó, chúng có tính chất giống giống platin Theo khối lượng sáu nguyên tố họ platin, người ta lại phân loại họ platin nhẹ platin nặng Không có vị trí bảng tuần hoàn với nguyên tố xếp liền kề có tính chất giống ba nhóm VIIIB Mặt khác, dãy nguyên tố xếp theo cột dọc nhóm có nhiều tính chất giống Nếu so sánh tính chất vật lí hóa học ta dễ nhận thấy rằng, ba kim loại họ sắt có tính chất giống nhiều so với hai bô ba kim loại họ platin Tuy nhiên nguyên tố họ platin xếp theo cột dọc lại có tính chất giống nhiều sơ với cách xếp theo hàng ngang II TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN Sắt có thiên nhiên dạng hợp chất oxit, sunfua, cacbonat silicat Quặng sắt có giá trị oxit sắt từ (Fe 3O4), hỗn hợp oxit sắt (II) oxit sắt (III), có hàm lượng sắt cao nhất, chiếm 72% (hiện người ta coi oxit sắt từ sắt (II) ferit (Fe2FeO4) Ở vin trí thứ hai oxit sắt đỏ (hematit Fe 2O3.H2O) với hàm lượng sắt 70% sắt Tiếp sau oxit sắt nâu (limonit Fe 2O3.H2O) sắt cacbonat (xiđerit FeCO3) với hàm lượng sắt 48% Hợp chất sắt lưu huỳnh phổ biến pirit (FeS2) sắt sunfua (FeS), sau asenopirit (FeAs2, FeAsS) Những nước có mỏ sắt khổng lồ Nga, Mĩ, Ucraina, Thụy Điển Hai nguyên tố lại họ niken coban thường kèm với mỏ tự nhiên Trong quặng đó, hàm lượng niken thường nhiều hàm lượng coban Các quặng niken coban phổ biến dạng sunfua asenua Quặng phổ biên niken quặng niken đỏ (niklin NiAs), quặng niken trắng (NiAs2), quặng niken vàng (millerit), quặng niken antimonua sungfua (NiSbS) quặng niken asenua sunfua (NiAsS) Quặng coban coban asenua (CoAs 2) coban asenua sunfua (CoAsS) Coban giới sản xuất chủ yến từ quặng niken- coban Công Gô từ quặng sunfua sắt từ có lẫn quặng coban sunfua Canađa Trong thiên nhiên tồn dạng kim loại họ platin, thường có lẫn lượng nhỏ sắt đồng Quặng platin độc lập thường tồn dạng platin asenua (PtAs 2), ttrong quặng platin kèm với palađi niken thường tông dạng sunfua (Pt, Pd, Ni)S Palađi thường kèm với thủy ngân, vàng, antimon dạng hợp kim III TÍNH CHẤT VẬT LÝ 1.Tính chất vật lý kim loại họ sắt Các kim loại họ sắt kim loại nặng, khó nóng chảy, có ánh kim + Sắt có ánh kim màu xám + Niken có ánh kim màu bạc + Coban có ánh kim màu hồng Cả ba kim loại có tính sắt từ Ở nhiệt độ cao niken kim loại dễ tính từ Sắt niken dễ rèn dễ dát mỏng, coban cứng giòn Sắt có bốn dạng thù hình khoảng nhiệt độ xác định (sắt α, sắt β, sắt ᵟ, sắt ᵞ) Sắt α sắt β có cấu trúc tinh thể lập phương, sắt ᵞ có cấu trúc tinh thể theo mạng lập phương tâm diện, sắt ᵟ có cấu trúc tinh thể theo mạng lập phương tâm khối Coban có hai dạng thù hình: coban α có cấu trúc tinh thể lục phương coban β có cấu trúc tinh thể dạng lập phương tâm diện Niken có hai dạng thù hình: niken α có cấu trúc tinh thể mạng lập phương tâm diện có tính sắt từ niken β có cấu trúc tinh thể mạng lục phương, tính sắt từ Sắt, coban niken tạo nhiều hợp kim thông dụng có ý nghĩa lớn kĩ thuật công nghệ Thép hợp kim phổ biến sắt ứng dụng nhiều đời sống chẳng hạn lĩnh vực xây dựng Do thép cứng có độ bền sắt nguyên chất Những hợp kim coban có độ bền hóa học độ bền nhiệt, có từ tính có vai trò quan trọng khoa học công nghệ Ví dụ hợp kim vitalium chứa khoảng 65% Co, 25% Ni, 4% Mo dùng làm vật liệu chế tạo số phận động phản lực tuốc tubin khí, hợp kim chịu tác dụng khí ăn mòn nhiệt độ 1273K Một số hợp kim coban trơ mặt hóa học Hợp kim siêu cứng hợp kim vomfram cacbua coban Những hợp kim coban thường sử dụng rộng rãi như: nikenlin chứa 31% niken; hợp kim monen chứa 68% niken thép inva chứa 30% niken… Một số số vật lý quan trọng họ sắt Đặc tính Nguyên tố Bán kính nguyên tử Năng lượng Khối lượng ion hóa thứ riêng(g/cm3) (eV) Nhiệt độ nóng chảy (0C) Nhiệt độ sôi (0C) Fe 1.24 7.61 7.86 1539 2750 Co 1.25 7.60 8.83 1495 2870 Ni 1.24 7.37 8.90 1453 2732 Tính chất vật lý kim loại họ platin Các kim loại họ platin nhẹ platin nặng có ánh kim bạc Tuy nhiên ruteni osimi có ngả sang màu xanh Tất kim loại họ platin kim loại quý, khó nóng chảy Các kim loại họ platin nặng khó nóng chảy kim loại platin nhẹ Palađi va platin dẻo dễ kéo sợi, dễ dát mỏng, rođi đặt biệt iriđi, rutêni osimi lại cứng giòn Tất kim loại họ platin có tính chất xúc tác Cấu trúc tinh thể kim loại họ platin theo dạng lập phương tâm diện lục phương rutêni osimi có cấu trúc lục phương rođi palađi, iriđi palatin có cấu trúc lập phương tâm diện Các kim loại hó platin có khả tạo hợp kim với với nhiều kim loại khác hợp kim platin với rođi, hợp kim platin với iriđi, hợp kim osimi với iriđi… Một số số vật lí họ platin: Đặc tính Nguyên tố Bán kính nguyên tử Năng lượng Khối lượng ion hóa thứ riêng(g/cm3) (eV) Nhiệt độ nóng chảy (0C) Nhiệt độ sôi (0C) Ru 1.35 7.11 12.8 2400 4560 Rh 1.35 7.20 12.43 1965 4080 Pd 1.38 8.07 12.05 1552 3560 Os 1.34 8.39 22.75 2710 5500 Ir 1.36 8.78 22.70 2452 5300 Pt 1.36 8.60 21.45 1769 4050 IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC 2.Tính chất hóa học nguyên tố họ sắt a Tác dụng với phin kim Tuỳ thuộc hoạt tính phi kim điều kiện phản ứng Fe tạo thành dung dịch rắn (C, Si, N, B, ), hợp chất giống kim loại (Fe 3C, Fe4N ) hay hợp chất giống muối (FeF2, FeCl2, FeS) Ví dụ: Fe nung đỏ cháy O2, phản ứng mạnh với Cl2: 3Fe + 2O2 = Fe3O4 (3Fe + 2O2 + nH2O = Fe3O4.nH2O) 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 Fe + S = FeS b Với dung dịch axit Fe, Co, Ni đứng trước H dãy điện hoá kim loại tan dung dịch HCl, H2SO4: Fe phản ứng nhanh; Co, Ni chậm Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 Fe tan HNO3 loãng; H2SO4 đặc nóng: Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Với HNO3 đặc, H2SO4 đặc, nguội: Fe bị thụ động c Tác dụng với nước Với H2O: nhiệt độ cao, Fe đẩy H2 khỏi nước 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2 d Với dung dịch muối Fe, Co, Ni đẩy kim loại có tính khử yếu khỏi muối Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4 Tính chất hóa nguyên tố họ platin Về mặt hoá học, kim loại họ Pt bền hoạt động nhiều so với nguyên tố họ sắt, chúng kim loại quý vàng bạc Ở điều kiện thường kim loai họ platin không tác dụng với oxi Khi đun nóng, ruteni osimi dạng bột tác dụng với oxi thành thành oxit Ru + O2 = Ru2O4 Os + O2 = Os2O8 Ở nhiệt độ cao nguyên tố rođi, iriđi palađi tác dụng với oxi tạo thành rođi (III) oxit, irđi (IV) oxit, palađi (II) oxit Dung dịch axit HNO3 hoà tan Pd, Pt tan nước cường toan, kim loại lại không tan axit, hỗn hợp axit nào, tan kiềm nóng chảy có mặt chất oxi hoá 3Pt + 4HNO3 + 18HCl = 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O V ỨNG DỤNG Ứng dung sắt Sắt thường dùng dạng hợp kim có giá trị kĩ thuật Sắt nguyên chất sử dụng cho mục đích đặc biệt, ví dụ sản xuất lõi từ nam châm điện dùng thay đồng đồng thau thuộc loại vật liệu mềm sản xuất vòng đệm, loại vỏ đạn… Thép gang hao hợp chất sắt sử dụng rộng rãi thời đại Sắt, gang, thép vật liệu thiếu xây dựng công trình đại, xây dựng đường xe lửa, cầu cống, chế tạo máy móc, thiết bị, chế tạo xe hơi, xây dựng giàn khoan khai thác dầu mỏ…Bởi chúng bền nhiệt độ cao thấp 2.Ứng dụng niken coban a Niken Niken nguyên chất hợp kim sử dụng rộng rãi Niken trơ sắt bật trơ đối vơ tác dụng bazơ niken dùng phổ biến công nghiệp hóa chất phòng thí nghiệm dạng nung, sấy để sản xuất hiđrôxit muối Niken giữ nguyên ánh kim không khí Niken tinh khiết dạng phân bố nhỏ dùng làm chất xúc tác, đặt biệt dùng trình hiđrô hóa hợp chất hữu Các hợp kim đồng – niken dùng nhiều có khả chống lại ăn mòn axit Ngoài đồng tiền mệnh giá nhỏ nước sử dụng niken nguyên chất hợp kim niken - đồng Một số hợp kim khác niken – đồng nikelin dùng để sản xuất điện trở chuẩn dụng cụ đo điện trở Hợp kim niken - đồng – kẽm có tính dẫn điện nên dùng sản xuất bình giữ nhiệt kim loại Hợp kim niken – crom không bị oxi hóa không khí, kể nhiệt độ cao có điện trở suất lớn nên dùng làm dầy điện trở cho bếp điện b Coban Một lượng lớn coban sử dụng làm bôt màu kép dùng làm men màu xanh cho gốm sứ dạng oxit Coban sử dụng để sản xuất thép không gỉ thép có từ tính hợp kim siêu rắn Ngoài coban dùng làm vật liệu để sản xuất bom nguyên tử nước tiên tiến Ứng dụng kim loại họ platin Nguyên tố quan trọng kim loại họ platin platin Platin nguyên chất hay platin có thêm iriđi rođi để nâng cao tính chất học platin vật liệu quan trọng để chế tạo dụng cụ thiết bị phòng thí nghiệm hóa học Trong công nghiệp hóa chất người ta dùng lượng lớn platin để sản xuất lưới platin làm xúc tác trình đốt cháy amoniac để điều chế axit nitric… Platin dùng làm điện cực điện công nghiệp để sản xuất peoxitsunfat, clorat… dùng làm pin nhiệt điện để nhiệt độ cao để sản xuất nhiệt kế điện trở hay hợp kim dùng sản xuất đồ trang sức Palađi dùng làm chất xúc tác công nghiệp + Palađi hợp kim với vàng tạo thành vàng trắng dùng để bít làm giả Rođi dạng hợp kim platin dùng sản xuất pin nhiệt điện dùng để sản xuất lưới platin cho trình xúc tác Iriđi dùng để sản xuất đầu ngòi bút máy dùng cho platin hợp kim với platin để tăng cường độ cứng platin Ruteni Osimi có ứng dụng tương tự Iriđi VII ĐIỀU CHẾ Các kim loại họ sắt a Sắt tinh khiết Sắt tinh khiết điều chế phương pháp sau: - Khử oxit hiđro: Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O Nhược điểm phương pháp lượng sắt điều chế phân bố nhỏ dễ bốc cháy không khí nhiệt độ thường - Nhiệt phân hợp chất cacbonxyl: Fe(CO)5 = Fe + 5CO Điện phân dung dịch muối: Fe2+ + 2e = Fe b Niken tinh khiết Niken tinh khiết tinh chế từ niken thô phương pháp điện phân dung dịch niken(II) sunfat, kim loại tinh khiết kết tủa dạng catot Phương pháp điện phân cacboxyl Niken hình thành từ niken cacboxyl Ni(CO4) dễ bay phản ứng với cacbon oxit: Ni(CO4) = Ni + 4CO c Coban tinh khiết Muốn điếu chế coban tinh khiết trước hết ta phải tách hợp chất khác khỏi coban thô Coban khử hiđro để có kim loại Hòa tan coban kim loại vào axit tinh chế điện phân tinh coban tinh khiết Các kim loại họ platin Việc tách làm kim loại họ platin tiến hành phương pháp hóa học phức tạp Hợp kim platin xử lý với cường thủy osimi iriđi không hòa tan tách Platin nguyên tô lại họ hòa tan dung dịch Hỗn hợp osimi – iriđi thô nóng chảy với kẽm Hợp kim xử lý với axit clohiđric để hòa tan kẽm tạo ta dạng bột osimi va iriđi không tan Nung bột mịn kim loại dòng không khí có tạo thành osimi (VIII) oxit (OsO 4) thăng hoa chuyễn thành kim loại Iriđi lại bình nung Platin tách khỏi dung dịch kết tủa dạng phức chất amoni hexacloroplatinat (IV) chuyễn thành phức chất thành kim loại VIII HỢP CHẤT Hợp chất kim loại họ sắt a Oxit Tính khử oxi giảm theo thứ tự Fe(+2), Co(+2), Ni(+2) Oxit: FeO (đen), CoO (xanh xám), NiO (xanh cây) Các MO oxit bazơ, không tan nước, dễ tan axit FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O NiO + H2SO4 = NiSO4 + H2O b Hiđroxit: Fe(OH)2, Co(OH)2, Ni(OH)2 Các M(OH)2 tạo thành từ muối M(+2) tác dụng với dung dịch kiềm 10 M2+ + 2OH- = M(OH)2 Tạo hiđroxit bazơ không tan nước, dễ tan dung dịch axit Fe(OH)2 + H2SO4 = FeSO4 + 2H2O Ni(OH)2 + H2SO4 = NiSO4 + 2H2O Fe(OH)2 dễ bị oxi hoá thành Fe(OH)3, Co(OH)2 bị oxi hoá chậm, Ni(OH)2 không bị oxi hoá 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 c Muối Muối Fe(+2) dễ bị oxi hoá, Co(+2) Ni(+2) không bị oxi hoá 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3+ K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O 4FeSO4 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)(SO4) Trong dung dịch, muối Fe(+2) cá màu xanh lục nhạt, Co(+2) có màu hồng Ni(+2) có màu xanh Muối quan trọng FeSO 4.7H2O: dùng để diệt sâu bọ, chế phẩm nhuộm vô d Hợp chất M(CO)n Tương tự nguyên tố Mn, Cr nguyên tố họ Fe tạo hợp chất M(CO)n liên kết cho nhận Ví dụ: Đun nóng bọt Fe, sục khí CO 150 – 2000C, 100atm Fe + 5CO = Fe(CO)5 Hợp chất kim loại họ platin a Hợp chất M(+2) Số phối trí hợp chất M(+2) 4, cấu hình vuông phẳng: MO, M(OH)2, MCl2, M(CO)2 Ví dụ: PdCl2 Các hợp chất M(+2) có màu : MO, M(OH) (màu đen), PdCl2 (màu đỏ) 11 b Hợp chất M(+4) Số phối trí M(+4) 6, cấu hình bát diện Ví dụ : [Pt(NH3)6]Cl4, [Pt(NH3)5Cl]Cl3 Những hợp chất đơn giản Pt(+4) có tính axit trội tính bazơ Pt(OH)4 + 2NaOH = Na2[Pt(OH)6] Pt(OH)4 + 6HCl = H2[PtCl6] + 4H2O Pd, Pt dùng để chế tạo chén nung chống gỉ, làm nhiệt kế điện trở cặp nhiệt điện, công tắc điện Pt dùng làm anot không tan 12 TÀI LIÊU THAM KHẢO Hoàng Nhâm, Hóa học vô cơ, NXB Giáo Dục, 1999 Nguyễn Đức Vận, Hóa học vô cơ, NXB Giáo Dục 2000 Trần Thị Đà – Nguyễn Thế Ngôn, Hóa học vô cơ, NXB Đại học Sư Phạm, 2003 13 ... vị trí bảng tuần hoàn với nguyên tố xếp liền kề có tính chất giống ba nhóm VIIIB Mặt khác, dãy nguyên tố xếp theo cột dọc nhóm có nhiều tính chất giống Nếu so sánh tính chất vật lí hóa học ta... loại hoạt động trung bình, tính kim loại giảm từ Fe đến Ni Ba nguyên tố đầu xếp theo hàng ngang nhóm VIIIB có tính chất giống người ta gộp chúng vào họ sắt Sáu nguyên tố lại gọi kim loại họ platin...Mục lục I CẤU TRÚC ELECTRON VÀ MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CHUNG Nhóm VIIIB bảng tuần hoàn gồm ba cột dọc, hình thành ba họ nguyên tố theo chiều ngang, họ có ba nguyên