Главная / Рефераты / Рефераты по химии
Реферат: Химия платины и ее соединений
Notice: Undefined variable: ref_img in /home/area7ru/area7.ru/docs/referat.php on line 323
Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова
Химический факультет
Кафедра общей химии
Курсовая работа
Студента 2 курса 226 группы
Янюшина Александра Михайловича
ХИМИЯ ПЛАТИНЫ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЙ
Москва – 2002
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 2
Основные свойства 3
Простые вещества 4
Соединения Pt (0) 5
Соединения Pt (II) 5
Соединения Pt (IV) 8
Соединения Pt (VI) 10
Заключение 12
Список литературы 13
Введение
Платина – один из самых ценных благородных металлов, обладающий рядом важных свойств, благодаря которым используется не только в ювелирной промышленности, но и во многих отраслях промышленности. Использование платины во многих химических технологиях делает актуальным более глубокое исследование ее физических и химических свойств.
Платина - один из самых важных элементов из всего платинового ряда из- за максимальной среди них химической инертности, а также из-за ценнейших свойств платины как мощного катализатора многих химических процессов.
Основные свойства
Платина – серовато-серый металл, относительно мягкий, очень тягучий, ковкий, тугоплавкий. В особых условиях образует губчатую платину (с сильно развитой поверхностью), платиновую чернь (тонкодисперсный порошок) и коллоидную платину. Благородный металл – занимает последнее (самое электроположительное) место в электрохимическом ряду напряжений. Легко сплавляется с платиновыми металлами (кроме рутения и осмия), а также с Fe,
Co, Ni, Cu, Au и другими, с трудом сплавляется с Sb, Bi, Sn, Pb, Ag.
Химически весьма пассивный – не реагирует с водой, кислотами (за исключением «царской водки»), щелочами, гидратом аммиака, монооксидом углерода. Переводится в водный раствор хлороводородной кислотой, насыщенной
Cl2. При нагревании окисляется кислородом, галогенами, серой, при комнатной температуре – тетрафторидом ксенона. Губчатая платина и платиновая чернь активно поглощают значительно количество H2, He, O2. В природе встречается в самородном виде (в сплавах с Ru, Rh, Pd, Os, Ir).
Платина Pt характеризуется следующими константами:
Атомная масса... 195,09
Валентные электроны 5d96s1
Металлический радиус атома, им .. 0,138
Условный радиус иона, нм:
Э2+. 0,090
Э4+ 0,064
Энергия ионизации Э0 ( Э+, эВ . 8,9
Содержание в земной коре, % (мол. доли)... 5*10-8
Для платины наиболее характерна степень окисления +4. Известны также соединения Pt (VI). Для платины наиболее устойчивы координационные числа 4
(тетраэдр или квадрат) и 6 (октаэдр). Степени окисления элемента и отвечающие им пространственные конфигурации комплексов приведены в табл. 1.
Таблица 1. Степени окисления и структурные единицы платины
Степень Координационное Структурная Примеры соединений
окисления число единица
0 4 Тетраэдр Pt(O2)[Р(С6Н5)3]2
+2 4 Тетраэдр
+2 4 Квадрат [Pt(NH3)4]2, [Pt(CN)4]2-,
[PtCl4]2-, [Pt(NH3)2 Cl2
]°, PtO
+2 6 Октаэдр
+4 6 Октаэдр Pt(NH3)6]4+, [PtCl6]2-,
[Рt(NН3)2Сl4]°
+6 6 Октаэдр PtF6
Платина относится к числу редких элементов, встречается в медно- никелевых рудах, а также в самородном состоянии в виде сплавов с небольшим содержанием других металлов (Ir, Pd, Rh, Fe, иногда Ni, Сu и др.). Важным источником платины металлов являются сульфидные полиметаллические медно- никелевые руды.
Простые вещества
В виде простых веществ платина — блестящий белый металл с серебристым оттенком, кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке.
Важнейшие константы Pt представлены ниже:
Пл., г/см3 … 21,46
Т. пл., оС … 1772
Т. кип., оС … ~3900
Электрическая проводимость (Hg=1) 10
(Hовозг,298 , кДж/моль .. 556
Sо298 , Дж/(К*моль) … 41,5
(о 298 Э2+ + 2е = Э, В .. +1,19
По сравнению с другими платиновыми металлами платина несколько более реакционноспособна. Однако и она вступает в реакции лишь при высокой температуре (часто при температуре красного каления) и в мелкораздробленном состоянии. Получающиеся при этом соединения обычно малостойки и при дальнейшем нагревании разлагаются.
Для платины наиболее характерно поглощение кислорода. Большое значение платина имеет как катализатор окисления кислородом аммиака (в произвол
HNO3), водорода (для очистки О2 от примеси Н2) и в других процессах каталитического окисления.
В электрохимическом ряду напряжений платина расположена после водорода и растворяется при нагревании лишь в царской водке:
0 +4
3Pt + 4HNO3 + 18НСl = ЗН2[РtCl6] + 4NO + 8H2O
При сплавлении с щелочами, цианидами и сульфидами щелочных металлов в присутствии окислителей (даже O2) платина переходит в соответствующие производные анионных комплексов.
Платина используется для изготовления коррозионностойкой лабораторной посуды, аппаратов и приборов химических производств, для термометров сопротивления и термопар, а также электрических контактов. Из платины изготавливают нерастворимые аноды, например, для электрохимического производства надсерной кислоты и перборатов. Платина применяются в ювелирном деле.
Соединения Pt (0)
Как и у других d-элементов, нулевая (а также отрицательная) степень окисления у платины проявляется в соединениях с лигандами (-донорного и (- акцепторного типа: СО, PF3, CN-. При этом при электронной конфигурации центрального атома d10 строение комплексов с лигандами сильного поля чаще всего отвечает структуре тетраэдра.
Для платины, как элемента VIII группы (при электронной конфигурации d8
– d10 ) известны комплексы, в которых роль лигандов играет молекула О2, например Pt(O2)[Р(С6Н5)3]2 .
Молекула О2 — лиганд (-типа (подобно CN-, CO, N2, NO). Его присоединение к комплексообразователю реализуется за счет донорно- акцепторного и дативного взаимодействия М—О2 участием (-, (- и (*-орбиталей молекулы O2.
Такие соединения по аналогии с нитрогенильными и карбонильными соединениями можно назвать оксигенильными. Оксигенильные соединения - хорошие передатчики кислорода и катализаторы; за счет активации О2 являются хорошими окислителями уже при обычных условиях. Так, Pt[Р(С6Н5)3]4 поглощает кислород:
Pt[Р(С6Н5)3]4 + О2 = Pt(O2)[Р(С6Н5)3]2 + 2Р(С6Н5)3 а образовавшийся Pt(O2)[Р(С6Н5)3]2 является окислителем, например:
0 +2
Pt(O2)[Р(С6Н5)3]2 + 2NO2 = Pt(NO3)2[Р(С6Н5)3]2 при гидролизе дает пероксид водорода.
Активация молекулярного кислорода за счет комплексообразования имеетбольшое биохимическое значение. Классическим примером является присоединение кислорода к гемоглобину.
Соединения Pt (II)
Для Pt (II) типичны диамагнитные плоскоквадратные комплексы, что объясняется значительной величиной параметра расщепления (, как у любого d- элемента 5-го и 6-го периодов.
При большом значении ( в октаэдрическом комплексе два электрона оказываются на сильно разрыхляющих молекулярных (*d-орбиталях. Поэтому энергетически выгодней становится потеря этих электронов и переход Pt (II) в степень окисления +4 либо перерождение октаэдрического комплекса в плоскоквадратный. Распределение восьми электронов на орбиталях плоскоквадратного комплекса оказывается энергетически выгоднее, чем на молекулярных орбиталях октаэдрического комплекса. Сосредоточение восьми электронов на четырех молекулярных орбиталях определяет диамагнетизм комплексов плоскоквадратного строения.
Соединения Pt (II) интенсивно окрашены. Структурной единицей соединений Pt (II) является квадрат. Так, в кристаллах PtO (рис. 1) атомы
Pt окружены четырьмя атомами кислорода по вершинам четырехугольника. Эти квадраты соединены сторонами в цепи, которые перекрещиваются под углом 90°.
Аналогично построены кристаллы PtS.
Рис. 1. Структура PtO и PtS
Дихлорид платины имеет совершенно другое строение. Красно-черные кристаллы PtCl2 состоят из октаэдрических кластерных группировок Pt6Cl12.
Хлориды платины могут быть получены прямым синтезом:
Pt + Cl2 = PtCl2 (t = 500 0C)
Pt + 2Cl2 = PtCl4 (t = 250 0C)
Дихлорид PtCl2 можно получить и диссоциацией PtCl4, а также нагреванием платинохлористоводородной кислоты:
(Н3О)2РtCl6*nH2O = PtCl2 + НС1 + (n + 2)Н2О + Cl2 (t > 300 0C)
Генетическую связь безводных хлоридов платины передает следующая схема:
370 (C 475 (C 581
(C 583 (C
PtCl4 ( РtC13 ( PtCl2 ( PtCl ( Pt
Обращает на себя внимание очень малая величина температурного интервала, разделяющего области существования хлоридов платины различного состава. Это одно из специфических свойств соединений Pt, имеющих в своей основе высококовалентную кинетически инертную химическую связь.
Оксиды и гидроксиды Pt (II) черного цвета, в воде не растворяются; PtO устойчив также по отношению к кислотам. PtS в кислотах не растворяется.
Из катионных комплексов Pt (II) очень устойчивы и легко образуются амминокомплексы [Pt(NH3)4]2+
PtCl2 + 4NH3 = [Pt(NH3)4]Cl2
Известно также большое число производных катионных комплексов Pt (II) с органическими лигандами. Еще более устойчивы тетрацианидоплатинат (II)
[Pt(CN)4]2--иoны (для последнего (4=1*1041). Известен также
H2[Pt(CN)4]*3H2O; в водных растворах —это двухосновная сильная кислота
(называемая платиносинеродистой).
Платинаты (II) очень многообразны и устойчивы. Например, комплексные галогенйды Pt (II) характеризуются следующими константами устойчивости:
Ион . [PtCl4]2- [PtBr4]2- [PtI4]2- lg (.. 16,0 20,5 -30
Рис 2. Структура K2[PtCl4]
Соли М2[PtС14] (красного цвета) образуются при взаимодействии соединений Pt (II) в соляной кислоте с соответствующими солями щелочных металлов. Наиболее важны растворимые в воде K2[PtCl4] и Na2[PtCl4] (рис.
2), являющиеся исходными веществами для синтеза различных соединений платины.
Известны также соединения, в которых Pt (II) входят одновременно в состав и катиона, и аниона, например [Рt(NН3)4][РtСl4]. Это соединение
(зеленого цвета) осаждается при смешении растворов [Рt(NН3)4]Сl2 и
K2[PtCl4]:
[Pt(NH3)4]Cl2 + K2[PtCl4] = [Pt(NH3)4][PtCl4] + 2KC1
Наряду с катионными и анионными комплексами весьма разнообразны нейтральные комплексы Pt (II) типа [Pt(NH3)2Х2] (где Х = С1-, Вг-, NO2-). Для соединений этого типа характерна геометрическая (цис-транс) изомерия.
Например, составу [Рt(NН3)4С12] отвечают два соединения, которые отличаются свойствами, в частности окраской: цис-изомер — оранжево-желтый, транс- изоиер — светло-желтый. Цис- и транс-изомеры всегда имеют несколько (а иногда и сильно) различающуюся растворимость в воде, кислотах, а также кинетические и термодинамические характеристики.
В отличие от транс-изомера, цис-изомер обладает ярко выраженной противораковой физиологической активностью. Существенно различны и способы получения этих изомеров. Цис-изомер образуется при замещении двух хлорид- ионов молекулами аммиака в тетрахлороплатинат (II)-комплексе:
K2[PtCl4] + 2NH3 = [Pt(NH3)2Cl2] + 2КС1 циc-изомер
Транc-изомер получается при замещении двух молекул аммиака на хлорид-ионы в комплексе тетрааммин-платина (II):
[Pt(NH3)4]Cl2 +2HC1 = [Pt(NH3)2Cl2] + 2NH4C1 транс-изомер
Для понимания направления течения реакций замещения лигандов в комплексах важное значение имеет принцип транс-влияния («Поведение комплексов зависит от трансзаместителей»), установленный И. И. Черняевым (1926). Согласно этому принципу некоторые лиганды облегчают замещение лигандов, находящихся с ними в транс-положении. Таким образом, при синтезе соединений платины играет важную роль не только природа реагентов, но и порядок их смешения, временные и концентрационные соотношения: в зависимости от условий синтеза могут быть получены изомеры положения.
Трансзаместители находятся на линии (координате) проходящей через центральный атом, цисзаместители находятся как бы сбоку от центрального атома — на линии (координате), не проходящей через центральный атом.
Экспериментально установлено, что для соединений Pt (II) транс-влияние лигандов увеличивается в ряду
Н2О < NH3 < ОН- < С1- < Br- < NCS-, I- < NO2 < СО, CN-
Принцип транс-влияния сыграл выдающуюся роль в развитии синтеза комплексных соединений.
Одним из хорошо изученных комплексов платины, носящих имя его открывателя, является соль Цейзе K[PtCl3(С2H4)]. Это окрашенное в желтый цвет соединение было синтезировано датским фармацевтом Цейзе еще в 1827г.
Соль Цейзе — одно из первых синтетически полученных металлоорганических соединений; одним из лигандов в координационной сфере платины (II) здесь является этилен (донорные свойства проявляет двойная связь Н2С==СН2).
Соединения Pt (IV)
Степень окисления +4 характерна для платины. Для Pt (IV) известны коричневые (разных оттенков) оксид PtO2, гидроксид Pt(OH)4 (правильнее
PtO2*nH2O), галогениды PtHal4, сульфид PtS2 и многочисленные производные ее катионных, нейтральных и анионных комплексов.
Окислы Pt термически неустойчивы и при нагревании диссоциируют.
PtO2 = Pt+O2
Под действием молекулярного водорода окислы Pt восстанавливаются до металла.
Координационное число Pt (IV) равно шести, что отвечает октаэдрической конфигурации комплексов. Последние диамагнитны, имеют следующую электронную конфигурацию: (12(( 6d
Бинарные соединения Pt (IV) получают прямым взаимодействием простых веществ при нагревании или путем разложения соответствующих комплексных соединений. У бинарных соединений Pt (IV) кислотные свойства преобладают над основными. При растворении гидроксида платины (IV) PtO2*nH2O в кислотах и щелочах образуются комплексы анионного типа, например:
Pt(OH)4 + 2NaOH = Na2[Pt(OH)6]
Pt(OH)4 + 2НС1 = Н2[РtС16] + 4Н2O
Для тетрагалогенидов PtHaI4 очень характерно взаимодействие с галогеноводородными кислотами и основными галогенидами с образованием комплексов типа [PtHal6]2- (Hal = Cl, Br, I):
2HC1 + PtCl4 = Н2[РtСl6]
2NaCl + PtCl4 = Nа2[РtС16]
Ионы [PtHal6]2- (за исключением [PtF6]2-) очень устойчивы. Так, при действии AgNO3 на растворы гексахлороплатинатов (IV) образуется светло- бурый осадок Ag2[PtCl6], а не AgCl. В противоположность Na2[PtCl6] гексахлороплатинаты (IV) К+, Pb+, Сs+ и NH4+ плохо растворяются в воде и выделяются в виде желтых осадков, что используется для открытия указанных ионов в аналитической практике.
Из соединений платины наиболее важным для практики является платинохлористоводородная кислота — распространенный реактив, обычно используемый для приготовления других соединений ...
ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами реферата (доклада, курсовой) урезан на треть (33%)!
Чтобы просматривать этот и другие рефераты полностью, авторизуйтесь на сайте:
|
|
|
Добавлено: 2011.07.08
Просмотров: 2466
|
Notice: Undefined offset: 1 in /home/area7ru/area7.ru/docs/linkmanager/links.php on line 21
При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательная! |
