Что делать если металл окислился


Чистящее средство для металлических поверхностей

Самая распространенная проблема металла – его склонность к окислению под воздействием внешних факторов, например, после длительного контакта с водой или воздухом. Со временем изделие тускнеет, может покрыться темными пятнами и налетом. Однако не стоит расстраиваться раньше времени, вещь можно спасти и быстро вернуть ей презентабельный вид. Из статьи вы узнаете, как очистить золото от черноты, удалить ржавчину и прочие следы окисления металла, используя легкодоступные средства.

Нюансы ухода за металлическими изделиями

Увидев на любимой бронзовой вазе или подсвечнике пятна, не спешите прибегать к повседневным средствам очистки. Агрессивная химия, высокие температуры и грубое механическое воздействие могут только ухудшить состояние изделия. Лучше всего использовать специальное деликатное чистящее средство для металла, воздействующие исключительно на загрязнения, а протирать поверхность только мягкой тканью или неткаными салфетками. Народные средства следует подбирать в зависимости от состава сплава, поскольку один и тот же компонент может по-разному влиять на серебро, сталь, бронзу и т.д.

Бытовые средства для чистки металлов

Если загрязнение поверхностное и покрывает небольшую площадь изделия, можно взять на вооружение несколько средств, которые найдутся в каждом доме.

  • Лимонная кислота, столовый уксус – слабый раствор этих привычных продуктов эффективен при чистке бронзы, меди, латуни.
  • Соляная кислота в низкой концентрации – содержится в некоторых средствах для мытья сантехники, подойдет для удаления окиси с предметов из серебра и железа.
  • Сода – нередко применяется для чистки серебряной столовой посуды.
  • Нашатырный спирт – то, чем можно почистить серебро и сплавы на основе железа.

Хозяйственное мыло подойдет для бережной очистки любого вида металла, но с серьезными следами окиси не справится. Сделайте мыльную стружку, добавьте немного воды и получившейся массой потрите поверхность, после чего промойте теплой водой. Столь щадящий метод чистки – единственный из народных рецептов, применимый к золоту. Хотя золото – один из твердых металлов, все же соляной образив может оставить микроцарапины.

Профессиональные средства для чистки металлов

Уход за аксессуарами из металла станет проще и эффективнее, если приобрести универсальное чистящее средство для металлических поверхностей. Металл Клинер израильской торговой марки Bagi – концентрированный раствор, бережно удаляющий загрязнения со всех видов драгоценных и цветных металлов.

Вам больше не придется подбирать для каждого предмета способ чистки – Металл Клинер одинаково эффективен для устранения налета, потемнения и окислов с золота, серебра, меди, латуни, нержавеющей стали и прочих сплавов. Уникальный состав продукта без абразивных частиц после первого применения возвращает поверхности изначальный блеск, не оставляя царапин. Раствор сохраняет в целости декоративное чернение, лишь деликатно удаляя следы окиси и накопившуюся грязь. Полностью безопасный продукт не вредит здоровью человека и подойдет для чистки столовой посуды и предметов сервировки.

Окисление и восстановление | Информационный бюллетень Smore

1. Конструируется гальванический элемент, подобный изображенному на рис. 20.5. Одна полуячейка состоит из алюминиевой полосы, помещенной в раствор Al (NO3) 3, а другая - из никелевой полосы, помещенной в раствор NiSO4. Общая реакция:

2Al (s) + 3Ni2 + (aq) → 2Al3 + (aq) + 3Ni (s)

(a) Что окисляется, а что восстанавливается?

(b) Запишите две полураакции, которые происходят в двух полуячейках.

(c) Какой электрод является анодом, а какой - катодом?

(d) Укажите обозначения электродов

(e) Протекают ли электроны от алюминиевого электрода к никелевому электроду или от никеля к алюминию?

(f) В каком направлении катионы и анионы перемещаются через раствор? Предположим, что Al не покрыт оксидом.

2. (a) Какой электрод гальванического элемента, катод или анод, соответствует более высокой потенциальной энергии электронов? б) Каковы единицы измерения электрического потенциала? Как эта единица соотносится с энергией, выраженной в джоулях? (c) Что особенного в стандартном потенциале клетки?

3.Используя данные в Приложении E, рассчитайте стандартную ЭДС для каждой из следующих реакций:

(a) h3 (g) + F2 (g) → 2H + (aq) + 2F- (aq)

(b) Cu + 2 (водн.) + Ca (s) → Cu (s) + Ca + 2 (водн.)

(c) 3Fe2 + (водн.) → Fe (s) + 2Fe3 + (водн.)

(d) 2ClO3- (водн.) + 10Br- (водн.) + 12H + (водн.) → Cl2 (g) + 5Br2 (l) + 6h3O (l)

4. Учитывая следующие полуреакции и соответствующие стандартные потенциалы восстановления:

AuBr- (водн.) + 3e '→ Au (s) + 4Br- (aq) E ° красный = -0,858 V

Eu3 + (aq) + e' → Eu2 + (aq) E ° красный = -0.43 В

IO- (водный) + h3O (l) + 2e '→ I- (водный) + 2OH- (водный) E ° красный = +0,49 В

(a) Напишите уравнение для комбинации этих полу- реакции, которая приводит к наибольшей положительной ЭДС и вычислить значение. (b) Напишите уравнение для комбинации этих полуреакций, которая приводит к наименьшей положительной ЭДС, и вычислите значение.

5. Из каждой из следующих пар веществ используйте данные в Приложении E, чтобы выбрать более сильный окислитель:

(a) Cl2 (g) или Br2 (l) (b) Zn2 + (водный) или Cd2 + (водный)

(c) Cl- (водн.) Или ClO3- (водн.) (D) h3O2 (водн.) Или O3 (г)

6.Основываясь на данных в Приложении E, (a) какой из следующих окислителей является самым сильным окислителем, а какой - самым слабым в кислом растворе: Br2, h3O2, Zn, Cr2O72-? (b) Какой из следующих восстановителей является более сильным восстановителем, а какой наименее слабым в кислых растворах: F-, Zn, N2H5 +, I2, NO? .

Степени окисления (степени окисления)

 

Использование степеней окисления для определения того, что было окислено, а что восстановлено

Это наиболее распространенное использование степеней окисления.

Помните:

Окисление связано с увеличением степени окисления

Восстановление включает снижение степени окисления

В каждом из следующих примеров мы должны решить, включает ли реакция окислительно-восстановительный потенциал, и если да, то что было окислено, а что восстановлено.

Пример 1:

Это реакция между магнием и соляной кислотой или газообразным хлористым водородом:

Изменилась ли степень окисления чего-либо? Да, они есть - у вас есть два элемента, которые находятся в соединениях с одной стороны уравнения и как несоединенные элементы с другой. Чтобы быть уверенным, проверьте все степени окисления :.

Степень окисления магния увеличилась - он окислился. Степень окисления водорода упала - она ​​уменьшилась.Хлор находится в одной и той же степени окисления по обе стороны уравнения - он не был окислен или восстановлен.

Пример 2:

Реакция между гидроксидом натрия и соляной кислотой:

Проверка всех степеней окисления:

Ничего не изменилось. Это не окислительно-восстановительная реакция.

Пример 3:

Это подлый! Реакция между хлором и холодным разбавленным раствором гидроксида натрия:

Очевидно, что хлор изменил степень окисления, потому что он попал в соединения, начиная с исходного элемента.Проверка всех степеней окисления показывает:

Хлор только вещь, чтобы изменить степень окисления. Он был окислен или восстановлен? Да! Обе! Один атом был восстановлен, потому что его степень окисления упала. Другой был окислен.

Это хороший пример реакции диспропорционирования . Реакция диспропорционирования - это реакция, в которой одно вещество одновременно окисляется и восстанавливается.

 

Использование степеней окисления для определения окислителя и восстановителя

Это лишь незначительное дополнение к последнему разделу.Если вы знаете, что было окислено, а что восстановлено, вы можете легко определить, что такое окислитель и восстановитель.

Пример 1

Это реакция между ионами хрома (III) и металлическим цинком:

Степень окисления хрома изменилась с +3 до +2, и поэтому он был восстановлен. Цинк перешел от нулевой степени окисления в элементе до +2. Он окислился.

Так что же происходит с уменьшением? Это цинк - цинк отдает электроны ионам хрома (III).Итак, цинк - это восстановитель.

Точно так же вы можете определить, что окислителем должны быть ионы хрома (III), потому что они отбирают электроны у цинка.

Пример 2

Это уравнение реакции между ионами манганата (VII) и ионами железа (II) в кислых условиях. Это прорабатывается далее на странице.

Если взглянуть быстро, становится очевидно, что ионы железа (II) окислены до ионов железа (III).Каждый из них потерял электрон, а их степень окисления увеличилась с +2 до +3.

Водород все еще находится в степени окисления +1 до и после реакции, но ионы манганата (VII) явно изменились. Если определить степень окисления марганца, то она упала с +7 до +2 - снижение.

Итак, ионы железа (II) окислены, а ионы манганата (VII) восстановлены.

Что восстановило ионы манганата (VII) - очевидно, это ионы железа (II).Железо - единственное, что имеет измененную степень окисления. Итак, ионы железа (II) являются восстановителем.

Точно так же ионы манганата (VII) должны быть окислителем.

 

Использование степеней окисления для определения реакционных соотношений

Это иногда полезно, когда вам нужно разработать реакционные пропорции для использования в реакциях титрования, где у вас недостаточно информации, чтобы разработать полное ионное уравнение.

Помните, что каждый раз, когда степень окисления изменяется на одну единицу, переносится один электрон. Если степень окисления одного вещества в реакции падает на 2, это означает, что оно приобрело 2 электрона.

Что-то еще в реакции должно терять эти электроны. Любое снижение степени окисления одним веществом должно сопровождаться повышением такой же степени окисления другим веществом.

 

Этот пример основан на информации из старого вопроса AQA уровня A.

Ионы, содержащие церий в степени окисления +4, являются окислителями. (Они сложнее, чем просто Ce 4+ .) Они могут окислять ионы, содержащие молибден, от степени окисления +2 до +6 (от Mo 2+ до MoO 4 2- ). При этом церий восстанавливается до степени окисления +3 (Ce 3+ ). Какие пропорции реагирования?

Степень окисления молибдена увеличивается на 4. Это означает, что степень окисления церия должна снизиться на 4 для компенсации.

Но степень окисления церия в каждом из его ионов падает только с +4 до +3, то есть на 1. Таким образом, очевидно, что на каждый ион молибдена должно приходиться 4 иона церия.

Реакционные пропорции: 4 церийсодержащих иона на 1 ион молибдена.

 

Или возьмем более общий пример, включающий ионы железа (II) и ионы манганата (VII). . .

Раствор манганата калия (VII), KMnO 4 , подкисленный разбавленной серной кислотой, окисляет ионы железа (II) до ионов железа (III).При этом ионы манганата (VII) восстанавливаются до ионов марганца (II). Используйте степени окисления, чтобы составить уравнение реакции.

Степень окисления марганца в ионе манганата (VII) +7. Название говорит вам об этом, но попробуйте еще раз для практики!

При переходе к ионам марганца (II) степень окисления марганца снизилась на 5. Каждый ион железа (II), который вступает в реакцию, увеличивает степень окисления на 1. Это означает, что должно быть пять ионов железа (II), реагирующих на каждый ион манганата (VII).

Следовательно, левая часть уравнения будет иметь вид: MnO 4 - + 5Fe 2+ +?

Правая часть будет: Mn 2+ + 5Fe 3+ +?

После этого вам придется гадать, как уравновесить оставшиеся атомы и заряды. В этом случае, например, весьма вероятно, что кислород попадет в воду. Это означает, что вам откуда-то нужен водород.

Это не проблема, потому что реакция протекает в растворе кислоты, поэтому водород вполне может происходить из ионов водорода.

В конечном итоге вы получите это:

Лично я предпочел бы выводить эти уравнения из электронных полууравнений!

.

Тенденции состояния окисления в группе 4

На этой странице исследуются степени окисления (степени окисления), принятые элементами группы 4 (углерод (C), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn) и свинец (Pb)). ). Он исследует возрастающую тенденцию элементов образовывать соединения со степенью окисления +2, особенно для олова и свинца.

Некоторые примеры трендов степеней окисления

Типичная степень окисления элементов в группе 4 составляет +4, как в CCl 4 , SiCl 4 и SnO 2 .

CH 4 , однако, не является примером углерода со степенью окисления +4. Поскольку углерод более электроотрицателен, чем водород, его степень окисления -4.

Однако ниже по группе есть больше примеров со степенью окисления +2, например SnCl 2 , PbO и Pb 2 + . Состояние +4 олова по-прежнему более стабильно, чем состояние +2, но для свинца и более тяжелых элементов состояние +2 является более стабильным; он доминирует в химии свинца.

Пример из химии углерода

Единственным распространенным примером углерода в степени окисления +2 является окись углерода CO. Окись углерода является сильным восстанавливающим агентом, потому что он легко окисляется до двуокиси углерода, которая имеет более термодинамически стабильную степень окисления +4. Например, окись углерода восстанавливает многие оксиды горячих металлов до элементарных металлов; Эта реакция имеет много полезных применений, одним из которых является извлечение железа в доменной печи.

Примеры из химии олова

Для олова и ниже состояние +2 становится все более распространенным, и существует множество соединений олова (II) и олова (IV).Однако олово (IV) является более стабильной степенью окисления; поэтому довольно легко превратить соединения олова (II) в соединения олова (IV). Лучше всего это иллюстрируется тем, что ионы Sn 2 + в растворе являются сильными восстановителями.

Раствор, содержащий ионы олова (II) (например, сольватированный хлорид олова (II)), восстанавливает йод до иодид-ионов. При этом ионы олова (II) окисляются до ионов олова (IV).

Ионы олова (II) также восстанавливают ионы железа (III) до ионов железа (II): хлорид олова (II) восстанавливает хлорид железа (III) до хлорида железа (II) в растворе.При этом ионы олова (II) окисляются до более стабильных ионов олова (IV).

Кроме того, ионы олова (II) легко окисляются мощными окислителями, такими как подкисленный манганат (VII) (перманганат калия). Эта реакция используется для определения концентрации ионов олова (II) в растворе титрованием.

В качестве последнего примера, в органической химии олово и концентрированная соляная кислота традиционно используются для восстановления нитробензола до фениламина (анилина).Олово сначала окисляется до ионов олова (II), а затем до предпочтительных ионов олова (IV).

Примеры из химии свинца

Со свинцом ситуация обратная. Степень окисления свинца (II) более стабильна; Соединения свинца (IV) вступают в реакцию с образованием соединений свинца (II). Хлорид свинца (IV), например, разлагается при комнатной температуре с образованием хлорида свинца (II) и газообразного хлора:

Оксид свинца (IV) разлагается при нагревании с образованием оксида свинца (II) и кислорода:

Оксид свинца (IV) также реагирует с концентрированной соляной кислотой, окисляя ионы хлора в кислоте до газообразного хлора.Опять же, отрыв снижается с +4 до более стабильного +2 состояния.

Объяснение тенденций в степенях окисления

Нет ничего необычного в стабильности степени окисления +4 в группе 4. Каждый из элементов в группе имеет внешнюю электронную структуру ns 2 np x 1 np y 1 , где n - номер периода, варьирующийся от 2 (для углерода) до 6 (для свинца). В степени окисления +4 все валентные электроны непосредственно участвуют в связывании.

Ближе к концу группы наблюдается возрастающая тенденция для пары s 2 не участвовать в связывании. Это явление часто называют эффектом инертной пары и является доминирующим в химии свинца. Этому есть два разных объяснения, в зависимости от того, идет ли речь об образовании ионных или ковалентных связей.

Эффект инертной пары при образовании ионных связей

Если элементы в группе 4 образуют ионы 2+, они теряют свои p-электроны, оставляя пару s 2 неиспользованной.Например, чтобы сформировать ион свинца (II), свинец теряет два своих 6p-электрона, но 6s-электроны остаются неизменными, то есть «инертной парой».

Энергии ионизации обычно уменьшаются по группе по мере удаления электронов от ядра. В группе 4 дело обстоит иначе. Эта первая диаграмма показывает, как полная энергия ионизации, необходимая для образования иона 2+, изменяется в зависимости от группы. Значения даны в кДж / моль -1 .

Обратите внимание на небольшое увеличение между оловом и свинцом. Это указывает на то, что удалить p-электроны из свинца сложнее, чем из олова.

Однако, если посмотреть на схему потери всех четырех электронов на диаграмме ниже, это несоответствие между оловом и свинцом становится гораздо более очевидным. Относительно большое увеличение между оловом и свинцом связано с большей трудностью удаления пары 6s 2 в свинце, чем соответствующей пары 5s 2 из олова.

(Опять же, все значения в кДж / моль -1 , и две диаграммы имеют примерно одинаковый масштаб.)

Эти эффекты связаны с теорией относительности.Более тяжелые элементы, такие как свинец, испытывают релятивистское сжатие электронов, которое притягивает электроны к ядру ближе, чем ожидалось. Поскольку они ближе, их сложнее удалить. Чем тяжелее элемент, тем сильнее становится этот эффект. Это влияет на s-электроны в большей степени, чем на p-электроны.

В свинце релятивистское сжатие делает удаление 6s-электронов энергетически более трудным, чем ожидалось. Условия выделения энергии при образовании ионов (например, энтальпия решетки или энтальпия гидратации) не могут компенсировать эту дополнительную энергию.Следовательно, образование ионов 4+ в свинце не имеет энергетического смысла.

Эффект инертной пары в образовании ковалентных связей

Углерод обычно образует четыре ковалентные связи, а не две. Используя обозначение электронов в ящиках, внешняя электронная структура углерода выглядит так:

Есть только два неспаренных электрона. Однако, прежде чем углерод образует связи, он обычно продвигает s-электрон на пустую p-орбиталь.

Остается 4 неспаренных электрона, которые (после гибридизации) могут образовывать 4 ковалентные связи.

Стоит предоставить энергию для продвижения s-электрона, потому что тогда углерод может образовывать в два раза больше ковалентных связей. Каждая образованная ковалентная связь высвобождает энергию, и этого более чем достаточно, чтобы обеспечить энергию, необходимую для продвижения.

Одно из возможных объяснений нежелания свинца делать то же самое заключается в уменьшении энергии связи в группе. Энергии связи уменьшаются по мере того, как атомы становятся больше, а связующая пара находится дальше от двух ядер и лучше экранируется от них.

Например, энергии, высвобождаемой при образовании двух дополнительных связей Pb-X (где X представляет собой H или Cl или что-то еще), может больше не хватить для компенсации дополнительной энергии, необходимой для продвижения электрона 6s на пустую орбиталь 6p. Этот эффект усиливается, если энергетический зазор между 6s и 6p-орбиталями увеличивается за счет релятивистского сжатия 6s-орбитали.

.

Тенденции состояния окисления в группе 4

ТЕНДЕНЦИИ СОСТОЯНИЯ ОКИСЛЕНИЯ В ГРУППЕ 4

 

На этой странице исследуются степени окисления (степени окисления) элементов 4-й группы - углерод (C), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn) и свинец (Pb). Он обращает внимание на возрастающую тенденцию элементов образовывать соединения со степенью окисления +2, особенно в отношении олова и свинца.


Примечание: Если вас не устраивают процессы окисления и восстановления (включая использование степеней окисления), обязательно перейдите по этой ссылке, прежде чем идти дальше.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.



Некоторые примеры тенденций в степенях окисления

Общая тенденция

Типичная степень окисления, показанная элементами в группе 4, составляет +4, обнаруживается в таких соединениях, как CCl 4 , SiCl 4 и SnO 2 .


Предупреждение: Не попадайтесь в ловушку, цитируя CH 4 в качестве примера углерода с типичной степенью окисления +4.Поскольку углерод более электроотрицателен, чем водород, его степень окисления в данном случае составляет -4!


Однако по мере того, как вы спускаетесь по Группе, появляется все больше и больше примеров, где степень окисления +2, таких как SnCl 2 , PbO и Pb 2+ .

В случае олова состояние +4 все еще более стабильно, чем состояние +2, но к тому времени, когда вы становитесь лидером, состояние +2 становится более стабильным и доминирует в химии свинца.

 

Пример из химии углерода

Единственный распространенный пример степени окисления +2 в химии углерода встречается в монооксиде углерода, CO.Окись углерода является сильным восстановителем, потому что она легко окисляется до двуокиси углерода, где степень окисления более термодинамически стабильна +4.

Например, окись углерода восстанавливает многие оксиды горячего металла до металла - реакция, которая используется, например, при извлечении железа в доменной печи.

 

Примеры из химии олова

К тому времени, как вы перейдете в группу до олова, состояние +2 становится все более распространенным, и существует хороший диапазон соединений олова (II) и олова (IV).Однако олово (IV) по-прежнему является более стабильной степенью окисления олова.

Это означает, что превратить соединения олова (II) в соединения олова (IV) будет довольно просто. Лучше всего это проявляется в том факте, что ионы Sn 2+ в растворе являются хорошими восстановителями.

Например, раствор, содержащий ионы олова (II) (например, раствор хлорида олова (II)), восстанавливает раствор йода до иодид-ионов. При этом ионы олова (II) окисляются до ионов олова (IV).


Примечание: Для простоты я пишу это уравнение (и несколько следующих) так, как если бы продукт содержал простые ионы олова (IV).На самом деле простых ионов олова (IV) в растворе не существует. В этих примерах они обычно будут частью гораздо более крупного комплексного иона. Не беспокойтесь об этом на этом уровне.


Ионы олова (II) также восстанавливают ионы железа (III) до ионов железа (II). Например, раствор хлорида олова (II) восстанавливает раствор хлорида железа (III) до раствора хлорида железа (II). При этом ионы олова (II) окисляются до более стабильных ионов олова (IV).

 

Ионы олова (II) также, конечно, легко окисляются мощными окислителями, такими как подкисленный раствор манганата (VII) калия (раствор перманганата калия).Эту реакцию можно использовать как титрование для определения концентрации ионов олова (II) в растворе.


Примечание: Если вас не устраивают расчеты титрования (в том числе с использованием манганата калия (VII)), возможно, вас заинтересует моя книга расчетов по химии.


И в качестве последнего примера. . .

В органической химии олово и концентрированная соляная кислота традиционно используются для восстановления нитробензола до фениламина (анилина).В этой реакции олово сначала окисляется до ионов олова (II), а затем до предпочтительных ионов олова (IV).


Примечание: Эта реакция подробно описана в разделе органической химии сайта на странице, посвященной получению фениламина.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу, если вы решите перейти по этой ссылке.



Примеры из химии свинца

Со свинцом ситуация обратная.На этот раз степень окисления свинца (II) более стабильна, и существует сильная тенденция для соединений свинца (IV) реагировать с образованием соединений свинца (II).

Хлорид свинца (IV), например, разлагается при комнатной температуре с образованием хлорида свинца (II) и газообразного хлора:

. . . и оксид свинца (IV) разлагается при нагревании с образованием оксида свинца (II) и кислорода.

Оксид свинца (IV) также реагирует с концентрированной соляной кислотой, окисляя некоторые хлорид-ионы в кислоте до газообразного хлора.Опять же, отрыв снижается с +4 до более стабильного состояния +2.

 

Попытка объяснить тенденции в степенях окисления

Нет ничего удивительного в нормальной степени окисления группы +4.

Все элементы в группе имеют внешнюю электронную структуру ns 2 np x 1 np y 1 , где n изменяется от 2 (для углерода) до 6 (для свинца). В степени окисления +4 все эти внешние электроны непосредственно участвуют в связывании.

По мере того, как вы приближаетесь к нижней части группы, наблюдается возрастающая тенденция к тому, чтобы пара s 2 не использовалась в склеивании. Это часто известно как эффект инертной пары - и является доминирующим в химии свинца.

Однако простое название «эффект инертной пары» ничего не объясняет. Вам нужно посмотреть на два разных объяснения в зависимости от того, говорите ли вы об образовании ионных или ковалентных связей.


Примечание: Весьма вероятно, что то, что следует ниже, намного превышает то, что вам нужно для целей UK A level (или его эквивалента) - , и предназначено в основном для интереса. Чтобы быть уверенным, обратитесь к своей программе и, что более важно, к прошлым экзаменационным работам и схемам оценок. Если вы готовитесь к экзамену в Великобритании и еще не сдали его, перейдите по этой ссылке на страницу учебных программ, чтобы узнать, как их получить.


Эффект инертной пары при образовании ионных связей

Если элементы в группе 4 образуют ионы 2+, они теряют p-электроны, оставляя пару s 2 неиспользованной.Например, чтобы сформировать ион свинца (II), свинец потеряет два 6p-электрона, но 6s-электроны останутся неизменными - «инертная пара».

Обычно можно ожидать, что энергия ионизации будет падать по мере того, как вы спускаетесь по группе, когда электроны удаляются от ядра. В группе 4 этого не происходит.

На этой первой диаграмме показано, как общая энергия ионизации, необходимая для образования ионов 2+, изменяется по мере продвижения вниз по группе. Все значения указаны в кДж / моль -1 .

Обратите внимание на небольшое увеличение между оловом и свинцом.

Это означает, что удалить p-электроны из свинца немного сложнее, чем из олова.

Однако, если вы посмотрите на картину потери всех четырех электронов, расхождение между оловом и свинцом будет гораздо более заметным. Относительно большое увеличение между оловом и свинцом должно быть связано с тем, что пару 6s 2 значительно труднее удалить из свинца, чем соответствующую пару 5s 2 из олова.

Опять же, все значения указаны в кДж / моль -1 , и две диаграммы имеют примерно одинаковый масштаб.

Причины всего этого лежат в теории относительности. С более тяжелыми элементами, такими как свинец, происходит так называемое релятивистское сжатие электронов, которое имеет тенденцию притягивать электроны к ядру ближе, чем вы могли бы ожидать. Поскольку они расположены ближе к ядру, их труднее удалить. Чем тяжелее элемент, тем сильнее этот эффект.

Это влияет на s-электроны гораздо больше, чем на p-электроны.

В случае свинца релятивистское сжатие делает удаление 6s-электронов энергетически более трудным, чем вы могли ожидать.Термины, выделяющие энергию при образовании ионов (например, энтальпия решетки или энтальпия гидратации), очевидно, недостаточны для компенсации этой дополнительной энергии. Это означает, что образование ионов 4+ в свинце не имеет энергетического смысла.


Примечание: Если вы хотите узнать больше о релятивистском сжатии, попробуйте поискать в Google электронов релятивистского сжатия - но ожидайте, что вам придется заняться тяжелым чтением!


Эффект инертной пары в образовании ковалентных связей

Вы должны подумать, почему углерод обычно образует четыре ковалентные связи, а не две.

Внешняя электронная структура углерода в обозначении электронов в ящиках выглядит следующим образом:

Есть только два неспаренных электрона. Однако, прежде чем углерод образует связи, он обычно продвигает один из s-электронов на пустую p-орбиталь.

Остается 4 неспаренных электрона, которые (после гибридизации) могут образовывать 4 ковалентные связи.

Стоит предоставить энергию для продвижения s-электрона, потому что тогда углерод может образовывать в два раза больше ковалентных связей.Каждая образующаяся ковалентная связь высвобождает энергию, и этого более чем достаточно для обеспечения энергией, необходимой для продвижения по службе.

Одно из возможных объяснений нежелания свинца делать то же самое заключается в падении энергии облигаций по мере того, как вы спускаетесь по Группе. Энергия связи имеет тенденцию падать по мере того, как атомы становятся больше, а связующая пара находится дальше от двух ядер и лучше экранируется от них.

Например, энергии, высвобождаемой при образовании двух дополнительных связей Pb-X (где X представляет собой H или Cl или что-то еще), может больше не хватить для компенсации дополнительной энергии, необходимой для продвижения электрона 6s на пустую орбиталь 6p.

Конечно, это было бы еще хуже, если бы энергетический зазор между 6s и 6p-орбиталями был увеличен за счет релятивистского сжатия 6s-орбиталей.

 
 

Куда бы вы сейчас хотели пойти?

В меню группы 4. . .

В меню «Неорганическая химия». . .

В главное меню. . .

 

© Джим Кларк 2004 (изменено в марте 2015 г.)

.

Смотрите также