6.2.1 Đặc điểm và cấu tạo:
- Cấu trúc lớp điện tử ngòai cùng , các nguyên tố này điều có khả năng cho 2e lớp ngòai cùng nên chúng chỉ có mốt số OXH + 2. Tuy nhiên tính kim lọai của chúng yếu hơn so với những nguyên tố phân nhóm chính.
- Từ Zn đều Hg tính kim lọai giảm dần và khả năng phức tạp dần.
6.2.2 Tính chất:
6.2.2.1 Tính chất vật lí:
- Zn màu trắng hơi xanh, Cd và Hg có màu trắng bạc Khối lượng riêng ( g/
cm3) 7.1 8.7 13.55
Năng lượng ion hóa( eV)
9.391 8.991 10.43
Nhiệt độ nóng chảy( C0) 419 321 -39
Nhiệt độ sôi( C0) 907 767 357
- Zn, Cd, Hg là những kim lọai dễ nóng chảy và dễ bay hơi. Ở điều kiện thường Hg là chất lỏng, Cd có thể rèn và kéo dài được, Zn khá giòn.
6.2.2.2 Tính chất hóa học:
6.2.2.2 Tính chất hóa học:
- Ở nhiệt độ bình thường trong kh khô Zn, Cd, Gg không biến đổi. Trong không khí ẩm, Zn bị bao phủ bởi một lớp màng[ ZnC03.3Zn(OH)2]]. Khi đun nóng Cd và Zn cháy trong kk tạo thành ZnO và CdO còn Hg bị OXH chậm tạo thành HgO.
- Với S, Zn và Cd phản ứng khu đun nóng, Hg phản ứng ở nhiệt độ thường.
- Với halogen Zn và Cd phản ứng trong khi đun nóng, Hg phản ứng ở nhiệt độ bình thường.
-Với HCl và H2SO4 loãng Zn phản ứng dễ dàng, Cd phản ứng khó dễ dàng, Cd phản ứng khó, Hg không phản ứng.
- Với HNO3 loãng Zn, Cd, Hg đều tác dụng tạo muối nitrat. Tùy thuộc vào lượng axit mà Hg có thể tạo muối Hg+ hoặc Hg2+. Hg tác dụng được với HNO3 .
- Zn có tính lưỡng tính nên tác dụng được với axit với Bazơ tạo thành zincat (CznO2)2- Zn + 2H3O+ +2H2O = [Zn(H2O)4 ]2+ + H2
Zn + 2OH- + 2H2O = [Zn(H2O)4 ]2+ + H2 - Zn có thể khử HNO3 rất loãng thành NH4NO3
6.2.3 Điều chế:
Trong tự nhiên các khóang vật quan trọng của chúng là ZnCO3, ZnCO3, ZnS, Zn2SO4, H2O, ZnO,Al2O3,..
- Điều chế Zn, Cd từ quặng sunfua phải qua 2 giai đọan. Hơi kim lọai tạo thành sau phản ứng được ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ Zn sẽ lắng xuống thành dạng bột.
- Hg được điều chế từ quặng HgS nung ở 5000C trong lò đặc bịêt oxit Hg tạo thành không bền bị phân hủy ở nhiệt độ đó. Hơi Hg bay ra được ngưng tụ thành Hg và được tinh chế bằng cách chưng cốc.
6.2.4 Hợp chất của Zn, Cd, Hg 6.2.4.1 Hợp chất có số oxy hoá +2:
ZnO màu trắng, CdO màu nâu, HgO màu đỏ, độ bền của các oxit so với nhiệt giảm từ ZnO đến HgOZnO phân hủy ở 19500C, HgO phân hủy ở 4000C, hầu hết các oxit này đều không tan trong nước nhưng tan trong axit.
- ZnO có tính lưỡng tính.
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O
- ZnO được dùng trong sản xuất sơn dầu, dùng làm chất độn trong cao su. - Các hiđrôxit được tạo thành khi cho muối làm chất độn trong cao su. - Các hiđroxit được tạo thành khi muối tác dụng với kiềm
Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2 M2+ + 2OH- = M(OH)2 Zn(OH)2 tan trong dd axit
Zn(OH)2 tan trong dung dịch NH3
Zn(OH) + 4NH3 = [Zn(NH3) 4 ]2(OH)2 Hg(OH)2 dễ bị mất nước ngay sau khi mới điều chế
- Các muối Zn2+, Cd2+, Hg2+, phần lớn đều không màu, một số đặc trưng như CdS màu vàng, HgT2 màu đỏ son, HgS màu đen hoặc nâu hơi đậm.
- Các muối halogen của chúng tan trong nước ( trừ ZnF2, HgBr2, HgT2). _ Các muối nitrat và sunfat tan được
- Các muối khi hòa tan trong nước dễ tạo phức cation([m(H2O)4 ]2+)
- Khi NH3 tác dụng với dung dịch muối của chúng ( trừ Hg) sẽ tạo thành phức anicat bền ([M(NH3)4]2+, [M(H2O)6]2+)
- Độ bền của các phức HgX tăng theo chiều từ F2 đến I2-, - HgI2 tan được trong KI tạo thành K2[HgI4]
- Các hợp chất Hg2+ thể hiện tính OXH Hg(NO3)2 + Hg = Hg2(NO3)2.
Hg(NO3)2 + SO2 + 2 H2O = Hg + H2SO4 + 2HNO3
6.2.4.2 Hợp chất có số OXH +1
- Các hợp chất Hg+1 ở dạng Hg2+ cấu trúc –Hg- Hg. Khi địên Li nhóm này không bị phân li nó luôn tồn tại ở dạng Hg22+, do đó có các hợp chất tương ứng Hg2O, Hg(NO3)2, HgCl2.Những hợp chất của Hg2+2 thể hiện tính OXH họăc tính khử.
Hg2Cl2 + Cl2 = 2HgCl2
Hg2Cl2 + SnCl2 = 2Hg + SnCl4
- Ngoài ra Hg22+ còn thể hiện khuynh hướng nhị phân sản phẩm là Hg và Hg2+ Hg22+ = Hg + Hg2+
- Các hợp chất bền là Hg2Cl2, H2SO4. Tuy nhiên khi đun nóng nó vẫn bị phân hủy.
7.1 NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IB 7.1.1 Đặc điểm cấu tạo: Cr, Mo, W
- Cấu trúc nguyên tử đối với Cr, Mo là (n-1)d5ns1, đối W là (n-1)d4ns1. chúng có khuynh hướng nhường 6e thể hiện tính kim loại nên trong các hợp chất có số OXH +1 đến +6. Trong trạng thái bền nhất là +6 riêng Cr còn có số OXH +3
- Ở trạng thái OXH dương thấp các nguyên tố phân nhóm này có tính chất giống kim loại, còn ở trạng thái OXH dương cao thì có tính chất giống S. Số phối trí đặc trưng của chúng là 4 và 6. Nguyên tố Cr là điển hình và quan trọng.
7.1.2 Tính chất:
7.1.2.1 Tính chất vật lý:
- Cr, Mo, W, ở dạng khối là kim loại màu trắng bạc, Cr cứng có thể kính, Mo, W mềm hơn.
Cr Mo W
Khối lượng riêng
(g/cm3) 7,2 10,2 19,3
Năng lượng ion hóa
(eV) 6,76 7,10 7,98
Nhiệt độ náng chảy (oC) 1890 2620 3380
Nhiệt độ sôi (oC) 3390 4800 5900
7.1.2.2 Tính chất hóa học:
- Là những hoạt động và hoạt tính của nó giảm dần theo chiều từ Cr đến W.
- Với O2 và H2O ở đk thường bền do có lớp oxit bảo vệ nhưng khi đun nóng (ở dạng bột) chúng cháy trong O2 và tạo sản phẩm là Cr2O3, MoO3, VO3. khi đun nóng từ 600- 800oC cúng phản ứng được với nước và giải phóng H2.
- Với axit: ở đk thường Cr tan trong HCl và H2SO4 loãng tạo muối Cr2+ (không có không khí) và muối Cr3+(có không khí)
2Cr + 6HCl + O2 = 2CrCl3 + 2H2O + H2 Cr + 2HCl = CrCl2 + H2
- Mo tan được trong H2SO4 đặc nóng hoặc dung dịch cường thủy, còn W chỉ tan được trong hh axit HNO3 và HF đun nóng.
3W + 2HNO3 +8HF = to 3H2[WF8] + 2NO + 4H2O
- Cr bị thụ động hóa trong axit H2SO4 và HNO3 đặt nguội nhưng khi đun nóng thì Cr phản ứng cho muối Cr+3 và giải phóng SO2 và NO2.
- Đối với dung dịch kiềm Cr tan chậm tạo thành muối comit. Cr + 3KOH +3H2O = K3[Cr(OH)6] + 3/2H2
- Khi đun nóng Cr tác dụng với kiềm và chất OXH để tạo thành muối cromat. Cr + 2NaOH +3/2O2 =to Na2CrO4 + H2O
- Các nguyên tố Mo, W khi nấu nóng chảy với kiềm có mặt chất OXH sẽ tạo thành muối molipdat và wronframat.
Mo + 3NaNO3 + 2NaOH = N2MO4 + 3NaNO2 + H2O
7.1.3 Điều chế:
- Cr được điều chế bằng cách dùng bột Al để khử oxit Cr2O3
- Mo, W được điều chế bằng cách khử oxit của chúng bằng H2 hay C ở nhiệt độ cao.
7.1.4 Hợp chất của Cr:
- Các hợp chất Cr+3 có màu xanh tím. Cr3+ tồn tại dưới dạng phức [Cr(H2O)6]3+
- Cr2O3 là chất rắn màu xanh thẫm khó nóng chảy giống oxit nhôm, có tính lưỡng tính, trơ về phương diện hóa học nên Cr2O3 không tan trong H2O, trong dd axit hoặc kiềm, chỉ thể hiện tính lưỡng tính khi nấu nóng chảy.
- Điều chế: Cr2O3 được điều chế bằng cách nhiệt phân Cr(OH)3 hay (NH4)2Cr2O7 cũng có thể khử Na2Cr2O7 bằng C.
(NH4)2Cr2O7 =to Cr2O3 + N2 + 4H2O Na2Cr3O7 + 2C = Cr2O3 + Na2CO3 + CO
- Cr(OH)3 có màu xanh xám, được điều chế bằng cách cho muối Cr3+ tác dụng với NH4OH. Cr(OH)3 kém hoạt động, khi mới hình thành có tính lưỡng tính, tuy nhiên tính axit và tính bazơ đều yếu.
Cr(OH)3 + 3H3O+ = [Cr(H2O)6]3+ Cr(OH)3 + 3OH- = [Cr(OH)6]3+
- Các muối Cr3+ khá phổ biến thường gặp CrCl3, Cr2(SO4)3, Cr(NO3)3, phèn Crôm (K2SO4.Cr2(SO4)3.24H2O)
- Phèn Crôm được dùng làm chất cầm màu dùng trong công nghiệp luyện gang.Phèn Crôm được điều chế bằng cách sục SO2 vào dd K2Cr2O7 trong H2SO4 đặc đến bão hòa, khi cho bay hơi sẽ cho thu được tinh thể phèn Crôm.
K2CrO7 + SO2 + H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O
- Phức Cation của Cr chỉ bền ở trạng thái rắn còn trong dd thì kém bền. [Cr(NH3)6]Cl3 + 3H2O = Cr(OH)3 + 3NH4Cl + 3NH3
7.1.4.2 Hợp chất có số OXH +6
- CrO3 màu đỏ sẫm, không bền, ở 2500C bị phân hủy. 2Cr2O3 = Cr2O3 + 3/2 O2
- CrO3 được điều chế bằng cách cho K2Cr2O7 tác dụng với H2SO4 đặc K2Cr2O7 +H2SO4 = K2SO4 + 2CrO3 + H2O
- Axit bicromic (K2Cr2O7) : ion Cr2O7- có màu vàng cam, trong môi trường kiềm sẽ chuyển hóa thành Cr2O42-. K2Cr2O7 không bền trong dung dịch, tính axit yếu, được hình thành từ oxit CrO3.
- H2O ->H2CrO4
- Ion Cr2O42- trong môi trường kiềm kém bền chuyển hóa thành CrO42- (Vàng cam) CrO42- +2OH- = 2CrO42- + H2O
(Vàng chanh) 2Cr2O42- + 2H+ = Cr2O7 + H2O.
- Đa số các muối cromat và bicromat khó tan trong H2O ( Cromat khó tan hơn bicromat). Một số muối có màu đặc trưng. K2Cr2O4 màu vàng chanh, K2Cr2O7 màu vàng cam, Ag2CrO4 màu đỏ gạch, CrO4 màu vàng nâu, các hợp chất Cr6+ có tính OXH mạnh dễ dàng tham gia phản ứng với chất khử dễ chuyển thành Cr3+