Элементы 6-й группы

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

• • особенности строения внешних и предвнешних электронных оболочек элементов 6-й группы;
• • почему у хрома и молибдена имеет место «провал» электрона;
• • особенности химических свойств оксидов и гидроксидов хрома, молибдена и вольфрама;
• • окислительно-восстановительные свойства соединений хрома;
• • биологическую роль и применение элементов 6-й группы в медицине и фармации;

уметь

• составлять уравнения реакций, характеризующих химические свойства элементов 6-й группы;

владеть

• навыками интерпретации важнейших свойств элементов элементов 6-й группы.

Общая характеристика

Элементы хром Сг, молибден Мо, вольфрам W входят в 6-ю группу (группу хрома), сюда же относится элемент с порядковым номером 106 — сиборгий Sg, полученный искусственно в 1974 г. Его период полураспада — 7 мс — чрезвычайно малый промежуток времени для того, чтобы иметь возможность исследовать химию данного элемента. Однако на основании уже имеющихся данных можно считать, что 106-й элемент будет аналогом вольфрама.

В атомах этих элементов происходит заполнение ^/-подуровня предвнешнего уровня 1 — 10 электронами (см. гл. 4). На внешнем уровне у этих атомов содержится 1 или 2 электрона:

У атомов этих элементов ^/-подуровень предвнешнего уровня не заполнен: у хрома и молибдена содержится по пять электронов, а у вольфрама — четыре электрона. На наружной оболочке у хрома и молибдена вследствие «провала» электрона с внешнего уровня на ^/-подуровень предвнешнего уровня содержится один электрон, а у вольфрама — два электрона:

Электронная структура <7-подуровня предвнешнего уровня и s-подуровня внешнего уровня атомов хрома и молибдена.

Электронная структура^{-подуровня} предвнешнего уровня и s-подуровня внешнего уровня атома вольфрама В нормальном, нсвозбужденном, состоянии максимальная ковалентность хрома и молибдена равна 6 (шесть неспаренных электронов внешнего и предвнешнего уровней), в то время как у вольфрама она равна 4. В возбужденном состоянии у вольфрама число нсспаренных электронов тоже 6, следовательно, их максимальная степень окисления в соединениях с кислородом равна +6. Эти элементы проявляют переменную степень окисления: хром — +1, +2, +3, +4, +5, +6, молибден и вольфрам — +2, +3, +4, +6. Соединения, в которых элементы проявляют степень окисления +2, +3, +6 для хрома и +6 для молибдена и вольфрама, наиболее устойчивы.

Металлические атомные радиусы увеличиваются от хрома к вольфраму, однако значения ионизационных потенциалов не уменьшаются, а, наоборот, увеличиваются (табл. 16.1).

Таблица 16.1

Важнейшие константы для элементов 6-й группы

Вольфрам располагается в периодической системе элементов после лантаноидов, и его атом испытывает влияние лантаноидного сжатия, ведущего к уменьшению радиуса. Поэтому у W значения атомного и ионного радиусов близки к таковым молибдена, чем и объясняется большее сходство молибдена и вольфрама по свойствам по сравнению с хромом.

Для комплексных соединений хрома, молибдена и вольфрама наиболее типичны координационные числа 4 и 6, хотя в некоторых случаях для Мо и W координационное число равно 8. Элементы группы хрома образуют как катионные, так и анионные комплексы. Высшим степеням окисления элементов соответствуют анионные комплексы, а низшим степеням окисления — катионные.

В виде простых веществ Сг, Мо и W представляют собой серовато-белые блестящие металлы и характеризуются объемно-центрированной кристаллической решеткой, что обусловливает высокую устойчивость к нагреванию. Все три металла тугоплавки, причем температуры плавления возрастают от Сг к W. Объясняется это усилением в металлическом кристалле ковалентной связи, возникающей за счет ^-электронов.

Биологическая роль элементов 6-й группы. Хром относится к биогенным примесным элементам и с этой точки зрения изучен еще недостаточно. Для диагностики злокачественных заболеваний крови и желудочно-кишечного тракта применяется радиоизотоп ЦСг в виде соли Na₂Cr0₄. В лечебных целях соединения хрома из-за высокой токсичности в настоящее время не используются.

Биологическая роль молибдена заключается в том, что он входит в состав ферментов, являющихся катализаторами окислительно-восстановительных процессов в организме (ксантиноксидазы, редуктазы и др.) Как лекарственные препараты, соединения молибдена в медицинской практике не применяются, а в фармации используются в количественном анализе фосфорной кислоты и ее солей.