DAMOO

Химия · ҰБТ 2026 · 04. Химия және өмір

Ауыспалы элементтер және оның қосылыстары. Кешенді қосылыстар

Тестті бастау

Тест тапсыру үшін жүйеге кіру немесе тіркелу керек.

Конспект

Оқулықтық тірек

Негізгі ұғымдар

  • Ауыспалы (өтпелі) элементтер — периодтық жүйенің қосымша (Б) топшаларындағы $d$-элементтер: $Fe$, $Cu$, $Cr$, $Mn$, $Zn$, $Ni$ т. б.
  • Олардың басты белгісі — айнымалы тотығу дәрежесі: реакцияға сыртқы $s$-электрондармен қатар $(n-1)d$-электрондар да қатысады. Жалпы электрондық формуласы: $ns^2(n-1)d^{x}$.
  • Металдар реакцияда тотықсыздандырғыш, тотығу дәрежесі тек оң.
  • Кешенді (комплексті) қосылыс — орталық атом (кешен түзуші, көбіне ауыспалы металл ионы) мен оны қоршаған лигандтардан тұратын ішкі сфераға және сыртқы сфераға бөлінетін қосылыс.
  • Гемоглобин — нәруыз бен гемнің ($Fe^{2+}$ бар порфирин сақинасы) кешені, оттегі тасымалдаушы.

Теория

1. Тотығу дәрежелері

Элемент Тән тотығу дәрежелері Мысал қосылыстар
$Fe$ $+2$, $+3$ $FeCl_2$, $FeS$, $FeO$; $FeCl_3$, $Fe_2O_3$
$Cu$ $+1$, $+2$ $Cu_2O$; $CuO$, $CuSO_4$
$Cr$ $+2$, $+3$, $+6$ —
$Mn$ $+2$, $+4$, $+7$ $MnO_2$ ($+4$), $KMnO_4$ ($+7$)

Тотығу дәрежесі серіктес заттың тотықтырғыштық күшіне байланысты:

  • темір тұз қышқылымен және күкіртпен — $+2$: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$; $Fe + S \rightarrow FeS$;
  • хлормен — $+3$: $2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 2FeCl_3$;
  • мыс оттекпен: $4Cu + O_2 \rightarrow 2Cu_2O$ ($+1$) немесе $2Cu + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2CuO$ ($+2$).

Бір элементтің әртүрлі дәрежедегі қосылыстарының қасиеті әртүрлі: $Fe^{2+}$ қосылыстары — тотықсыздандырғыш, $Fe^{3+}$ қосылыстары тотықтырғыш бола алады: $2FeCl_3 + Fe \rightarrow 3FeCl_2,\qquad 2FeCl_3 + Cu \rightarrow 2FeCl_2 + CuCl_2.$ Соңғы реакция — мыс тақталарды ойып жазудың (өңдеудің) негізі. Айнымалы тотығу дәрежесі ауыспалы металдарды құнды катализатор етеді.

2. Физикалық қасиеттер

  • жоғары тығыздық (ауыр металдар — $Fe$, $Cu$, $Ni$);
  • жоғары балқу температурасы: $Fe$ — $1539^\circ C$, $W$ — $3400^\circ C$;
  • металдық жылтыр, иілгіштік, жоғары жылу- және электрөткізгіштік (мыс — сымдарда);
  • магниттік қасиет: темір, кобальт, никель.

3. Химиялық қасиеттер ($Me^0 - n\bar{e} \rightarrow Me^{+n}$)

  • оттекпен: $3Fe + 2O_2 \xrightarrow{t^\circ} Fe_3O_4$ (темір қағы);
  • қышқылдармен: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$;
  • сутектен кейін тұрған мыс сұйытылған қышқылдан сутек ығыстырмайды, бірақ концентрлі күкірт қышқылымен әрекеттеседі: $Cu + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$;
  • тұздармен (белсендісі белсенділігі төменін ығыстырады): $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$. Белсенділікті электрохимиялық кернеу қатарындағы орын анықтайды. Темір құрғақ ауада баяу, ылғалды ауада тез тотығады — су мен оттек бірге әсер еткенде тат түзіледі.

4. Кешенді қосылыстардың құрылысы ($K_4[Fe(CN)_6]$ мысалында)

  • кешен түзуші (орталық атом) — $Fe^{2+}$;
  • лигандтар — алты $CN^-$;
  • ішкі сфера (кешен ионы) — $[Fe(CN)_6]^{4-}$, квадрат жақшада жазылады;
  • сыртқы сфера — төрт $K^+$;
  • координациялық сан — орталық атомға байланысқан лигандтар саны (2, 4, 6); кешен пішіні (тетраэдр, октаэдр) соған байланысты.
Қосылыс Кешен түзуші Лиганд Кешен ионы Коорд. сан
$[Cu(NH_3)_4]SO_4$ $Cu^{2+}$ $NH_3$ $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$ 4
$K_4[Fe(CN)_6]$ $Fe^{2+}$ $CN^-$ $[Fe(CN)_6]^{4-}$ 6
$[Ag(NH_3)_2]OH$ $Ag^+$ $NH_3$ $[Ag(NH_3)_2]^+$ 2

5. Кешенді қосылыстардың қасиеттері

  1. Суда сыртқы сфера бойынша толық диссоциацияланады, ішкі сфера тұрақты (әлсіз ғана ыдырайды): $K_4[Fe(CN)_6] \rightarrow 4K^+ + [Fe(CN)_6]^{4-}.$
  2. Лиганд алмасуы: $[Cu(H_2O)_4]^{2+} + 4NH_3 \rightarrow [Cu(NH_3)_4]^{2+} + 4H_2O$ — ашық көк түс көк-күлгінге өзгереді.
  3. $AgCl$ тұнбасы аммиакта ериді — $[Ag(NH_3)_2]Cl$ түзіледі.
  4. Сапалық реакциялар: $Fe^{2+}$ ионын $K_3[Fe(CN)_6]$ көк тұнба («берлин көгі») арқылы анықтайды. Қолданылуы: аналитикалық химия, медицина (гемоглобин), өндірістегі катализаторлар.

6. Гемоглобин және иіс газы Гемоглобин өкпеде оттекті қосып алады: $Hb + O_2 \rightleftharpoons HbO_2$ (оксигемоглобин), тіндерде оны босатып, $CO_2$-ні алады. Темір жетіспесе — қаназдық (анемия); темірге бай тағам: ет, бауыр, бұршақ, қарақұмық; $C$ дәрумені сіңірілуін жақсартады. Иіс газы $CO$ — түссіз, иіссіз, улы газ, отын толық жанбағанда түзіледі. Гемоглобиндегі $Fe^{2+}$-мен оттекке қарағанда 200–300 есе берік байланысып, карбоксигемоглобин түзеді: $HbO_2 + CO \rightarrow HbCO + O_2$ — тін гипоксиясы. Алғашқы көмек: таза ауаға шығару, оттек беру, қажет болса жасанды тыныс, жедел жәрдем шақыру.

Ортаға тәуелді тотықтырғыштық қасиет, мырыштың амфотерлігі

  • Перманганат $MnO_4^-$ қышқыл ортада $Mn^{2+}$-ке дейін, бейтарап ортада $MnO_2$ (қоңыр тұнба) түзіп, күшті сілтілі ортада манганатқа ($MnO_4^{2-}$, Mn +6) дейін тотықсызданады.
  • Хромат — дихромат тепе-теңдігі: сары $CrO_4^{2-}$ қышқылдандырғанда қызғылт сары $Cr_2O_7^{2-}$-ге ауысады, сілті қосқанда қайтадан хроматқа оралады. Қышқыл ортада дихромат күшті тотықтырғыш, $Cr(VI)$ жасыл $Cr^{3+}$-ке тотықсызданады.
  • Мырыш гидроксиді — амфотерлі: $Zn(OH)_2 + H_2SO_4 = ZnSO_4 + 2H_2O$; сілтіде де ериді, натрий цинкатын береді ($H_2ZnO_2 + 2NaOH = Na_2ZnO_2 + 2H_2O$), сілтінің артық мөлшерінде ерітіндіде $[Zn(OH)_4]^{2-}$ ионы түзіледі.

Хром (III) гидроксиді — амфотерлі, сұрғылт-жасыл тұнба. Қышқылмен: $Cr(OH)_3 + 3HCl = CrCl_3 + 3H_2O$; сілтімен: $Cr(OH)_3 + 3NaOH = Na_3[Cr(OH)_6]$. Қыздырғанда: $2Cr(OH)_3 \xrightarrow{t} Cr_2O_3 + 3H_2O$.

Формулалар / ережелер

  • Кешен ионының заряды: $q_{\text{кешен}} = q_{\text{орталық}} + n \cdot q_{\text{лиганд}}$.
  • $NH_3$, $H_2O$ — бейтарап лигандтар (заряды 0); $CN^-$ — заряды $-1$.
  • Сыртқы сфера зарядының қосындысы кешен ионы зарядына қарама-қарсы.

Мысалдар

  1. $[Fe(CN)_6]^{4-}$ ионындағы темірдің тотығу дәрежесі қандай? $x + 6\cdot(-1) = -4 \Rightarrow x = +2$.
  2. $[Ag(NH_3)_2]^+$: координациялық сан мен заряд? Лиганд саны 2; заряд $+1 + 2\cdot 0 = +1$.
  3. Темір қай затпен әрекеттескенде $+3$ тотығу дәрежесін көрсетеді: $HCl$, $S$, $Cl_2$, $CuSO_4$? Тек хлормен: $2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$; қалғандарында $+2$.
  4. $CuSO_4$ ерітіндісіне темір шеге салынды. Не байқалады? $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$ — шеге бетіне қызыл мыс қонады, темір — тотықсыздандырғыш.

ҰБТ-дағы жиі қателер

  • Темірді барлық қосылыста $+3$, мысты тек $+2$ деп санау ($FeCl_2$, $FeS$, $Cu_2O$ бар).
  • Темір оттекте тек $Fe_2O_3$ береді деп айту — жанғанда $Fe_3O_4$ түзіледі.
  • Ішкі және сыртқы сфераны шатастыру; кешен ионы бөлек иондарға толық ыдырайды деп ойлау.
  • Координациялық санды кешен ионының зарядымен шатастыру.
  • Гемоглобиндегі темірді $Fe^{3+}$ деп есептеу (негізінен $Fe^{2+}$); $CO$-ның иісі бар деп ойлау.
  • Мыс сұйытылған қышқылдан сутек ығыстырады деп есептеу.

Өзіңді тексер

  1. Ауыспалы элементтер периодтық жүйенің қай топшаларында орналасқан? — Қосымша (Б) топшаларда, бұлар $d$-элементтер.
  2. $K_4[Fe(CN)_6]$ қалай диссоциацияланады? — $4K^+ + [Fe(CN)_6]^{4-}$.
  3. $[Cu(NH_3)_4]SO_4$-тің координациялық саны қандай? — 4.
  4. Марганецтің ең жоғары тотығу дәрежесі қандай және ол қай қосылыста кездеседі? — $+7$, $KMnO_4$.
  5. Карбоксигемоглобин қалай түзіледі? — $CO$ гемоглобиндегі $Fe^{2+}$-мен берік байланысады: $HbO_2 + CO \rightarrow HbCO + O_2$.

Осы бөлімнің басқа тақырыптары