Kim loại chuyển tiếp
Từ giả kim thuật đến hoá học hiện đại
Lục tìm trong những cơng thức điều chế của các nhà Giả kim thuật, bạn sẽ tìm thấy cách điều chế aqua fortis (nước khắc đồng) từ vitriol (dung dịch sulfuric acid) và diêm tiêu,
từng được tiến hành ở Oberstockstall, Lower Austria. Dưới góc nhìn của hố học hiện đại, quy trình điều chế aqua fortis đã được tóm lược lại qua sơ đồ sau:
D là đơn chất.
E là hợp chất hai nguyên tố, tạo thành từ hai chalcogene. Một bình cất thuỷ tinh (thể tích 1675 mL) chứa 3.047 gam E ở p =1.013 bar và 156°C.
C là hợp chất hai nguyên tố chứa 63.15 % nguyên tố D. C cịn là anhydride của H.
Aqua fortis (K) hồ tan được các kim loại (như đồng thau) tạo ra khí màu nâu, khí này giống chất J. Cịn chất I (khơng màu) dễ tham gia phản ứng oxi hoá-khử với đơn chất D tạo thành J.
J nhị hợp tạo thành M. Phản ứng này là một cân bằng thú vị.
A và norges salpeter (đá tiêu Nauy) là muối của aqua fortis. Pearl ash và B đều chứa cùng một loại anion.
Copper vitriol khan có màu trắng, trong khi dạng pentahydrate có màu xanh biển.
Cô đặc acid sulfuric để tách một phân tử nước sẽ tạo thành acid có cùng anion với G.
F là một hợp chất bất thường, được tạo thành từ bốn nguyên tố. Cation là một kim loại kiềm, có cùng cấu hình electron với argon. Kim loại này chiếm 23.67 % khối lượng của F và cũng có trong A. Trong khi đó, nguyên tố D chiếm 48.43 % khối lượng.
Xác định công thức các chất A-M, copper vitriol, norges salpeter và pearl ash. Hồn thành phương trình phản ứng: H → K + L + I
Ở điều kiện nhiệt độ thấp, hợp chất C là chất lỏng màu xanh biển thẫm. Chất này tan được trong các dung môi hữu cơ, tạo thành dung dịch màu xanh biển. Có hai dạng đồng phân cấu tạo như sau:
Vẽ công thức Lewis của (a) và hai cấu trúc cộng hưởng của (b) Cấu trúc (a) hấp thụ ánh sáng ở λ = 380 nm, (b) ở λ = 720 nm.
Chất lỏng C là (a) hay (b)?
Ở nhiệt độ dưới -100 oC, tồn tại một dạng hợp chất ion của C mà anion của nó là base liên hợp của H.
Vẽ công thức Lewis của anion này. Dự đốn dạng hình học của nó theo VSEPR (tam giác phẳng, tứ diện, thẳng, gấp khúc)
Xác định công thức cation của C.
Hoàn thành giản đồ MO của cation này. Dự đốn tính chất từ. Gợi ý: sự tăng dần mức năng lượng σ – σ* – π π – σ – π *π* – σ*
Dưới đây là một phần bản thảo công thức điều chế theo tiếng Đức:
Nimm vier pfund reinen Salpeter/vnd vierthalb pfund calcionierten Victrils/..../reib die beide gantz klein vnd thu sie in ein beschlagenen glaßkolben/ kere mit einem hasen fuß an ein steblein gebunden den zeug im kolben am halß ab/damit das wasser rein herübergehe vnd nicht vrsachen hab vberzusteigen.“
Lies: „vierthalb“ = „drei und ein halbes“ Thiết bị chưng cất của nhà giả kim Khơng thể dịch tồn bộ đoạn trên bởi các từ trong tiếng Đức cổ khơng cịn được dùng tới bây giờ. Phần chữ bôi màu (highlight) chứa những thông tin quan trọng sau:
Lấy 4 pond diêm tiêu tinh khiết/ và 3½ pond calcinated victril / …
Cho biết: diêm tiêu tinh khiết là chất A, calcinated victril là đồng sulphate khan. 1 pound tương đương 453.592370 gam. Giả sử quá trình chuyển C thành K xảy ra hồn tồn.
Tính lượng K tạo thành về mặt lí thuyết, theo đơn vị pound.
Những cân bằng hố học trong phịng thí nghiệm của nhà giả kim
Ở nhiệt độ phịng, hợp chất C là chất khí, kém bền và bị phân huỷ tạo thành các khí I, J.
C(g) ⇌ I(g) + J(g) Kc = 3.203
Hợp chất J dime hoá (nhị hợp), tạo thành khí M:
2 J(g) ⇌ M(g) Kc = 6.807
B. Sự chuyển hoá nguyên tố
Chuyển hoá các nguyên tố khác thành nguyên tố X là ước mơ của nhiều nhà giả kim thuật. Ngày nay, sự chuyển hoá nguyên tố là hồn tồn có thể, dù rằng phương pháp của chúng ta khác với các nhà giả kim:
Hg (𝑛, 𝛾)
196 197Hg (𝑏ắ𝑡 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛)→ X
Xác định hạt nhân X tạo thành từ quá trình này (với N và Z).
Phản ứng này được thực hiện trong một lò phản ứng với dòng neutron cao (1015 neutrons · cm−2s−1 ), nhờ đó 500 gam thuỷ ngân tự nhiên được chiếu xạ liên tục
trong 78.25 giờ. Thuỷ ngân tự nhiên chứa 0.15 % (số nguyên tử) 196Hg. 196Hg có mặt cắt hấp thụ neutron là 3080 ⋅ 10−24cm2. Mặt cắt hấp thụ là một phép đo tần số của phản ứng hạt nhân, nhưng cũng có thể được xem là diện tích cuả hạt nhân đích, bị tấn cơng bởi các neutron.
Trong các tính tốn dưới đây, hãy sử dụng số khối thay cho khối lượng nguyên tử. Có bao nhiêu nguyên tử 197Hg được tạo thành trong q trình chiếu xạ trên. Có bao nhiêu gam X được tạo thành khi quá trình phân rã lượng chất trên xảy ra hoàn toàn.
C. Những điều nhà giả kim không biết
Mặc dù hợp chất muối chromium đã được sử dụng từ thời Trung Hoa cổ đại để bảo vệ các thanh gươm đồng, nhưng mãi đến năm 1798, con người mới phát hiện ra nguyên tố chromium. Ngày nay, chromite là khoáng vật phổ biến nhất có chứa chromium. Chromite thuộc nhóm cấu trúc spinel. Trong nhóm cấu trúc phổ biến này, các ion oxide tạo thành một mạng lập phương đặc khít. 1/8 số hốc tứ diện chứa kim loại hố trị II (trong trường hợp chromite là Fe2+) và một nửa số hốc bát diện chứa một kim loại hoá trị III (ở đây là Cr3+). Ô mạng cơ sở của chromite chứa 32 ion O2-, được đặt ở các góc và tâm của 8 lập phương bé trong một hình lập phương.
Xác định cơng thức ơ mạng cơ sở của chromite.
Một nhà giả kim hiện đại có hai bình chứa phức chromium rắn. Tuy nhiên, do bất cẩn, anh khơng chắc liệu mình có dán nhãn hố chất chính xác khơng.
Bình 1 ghi: tetraaquadichloridochromium(III)-chloride-dihydrate, khối lượng: 2.092 gam Bình 2 ghi: pentaaquachloridochromium(III)- chloride-hydrate, khối lượng 1.827 gam Để xác định chính xác các hố chất trong bình, anh ta hồ tan hồn tồn các hố chất vào nước, rồi pha thành hai dung dịch thể tích 100 mL. Lấy 10.00 mL mỗi dung dịch rồi tiến hành chuẩn độ với 0.050 M AgNO3.
Xác định cơng thức các hố chất ghi trên mỗi bình.
Tính thể tích dung dịch AgNO3 dùng để chuẩn độ mỗi dung dịch. Hai hợp chất trên thuộc loại đồng phân nào?
Các ion Fe2+ trong chromite cũng tạo thành các phức chất, ban đầu trong dung dịch là hexaaquairon(II). Sau đó thêm ammonia đặc vào thì chuyển thành hexaammineiron(II). Tính chất từ của phức bát diện này được xác định bởi bốn 4 electron chưa ghép cặp.
Vẽ giản đồ orbital d cho các phức Fe(II) spin cao và spin thấp theo thuyết trường phối tử. Giản đồ nào phù hợp với hexaamminiron(II)?
Phức chất của nickel