ЛЕКЦ 16

d –ЭЛЕМЕНТҮҮД, ТЭДГЭЭРИЙН ШИНЖ ЧАНАР, ГАРГАХ АРГА, ЧУХАЛ

НЭГДЛҮҮД (IБ, IIБ, VIIIБ)

Товч агуулга: Энэхүү лекцээр d-элементүүдээс IБ, IIБ, VIIIБ бүлгийн элементүүдийн

(шилжилтийн металууд) химийн ерөнхий нийтлэг шинж чанар, байгальд дээрх тархалт,

зарим ордууд түүний зохилох эрдсүүд, химийн ба физикийн шинж чанар, гарган авах

аргууд, зарим онцлог урвалууд, нийтлэг хэрэглээний талаар товч бичлээ.

Түлхүүр үг: Эрдэс, химийн нэгдэл, химийн найрлага, хэрэглээ.

16.1 IБ Бүлгийн d-элементүүд

Д.И.Менделеевийн үелэх системийн 1Б бүлэгт зэс, мөнгө, алт байрладаг. Энэ

бүлгийн элементийн электронт бүтцийн ерөнхий томъёо (n-1)s2p6d10ns1. Электронт бүтэц нь

ижил учир химийн шинж чанар нь ижил, химийн нэгдэлдээ 0,+1,+2,+3, Мөнгө 0, +1, +2, +3,

Алт 0, +1, +3 исэлдэлтийн зэрэг үзүүлдэг. 1Б бүлгийн металуудыг 1А бүлгийн металуудтай

харьцуулахад ангижруулагч шинж чанар нь эрс буурдаг. Учир нь эдгээр металын

иончлолын потенциал нь 1А бүлгийн элементийнхээс их, харин атом, ионы радиус нь

багасдаг байна.

Тархалт байгалийн эрдсүүд: Энэ бүлгийн d-элементүүд байгальд дангаараа байхаас гадна

нэгдлийн байдлаар тохиолддог.

Зэс: байгаль дахь гол эрдэс ковеллин (CuS), борнит (Cu5FeS4), куприт (Cu2O), халькозин

(Cu2S), халькопирит (CuFeS2), азурит (CuCO3·CuO·H2O), станнин (Cu2FeSnS4), тенорит

(CuO) юм. Зэсийн байгаль тархалт нь 3.6·10-6 % байна.

Мөнгө: эрдсүүд нь байгальд аргентит (Ag2S), прустит (Ag3AsS3), пирагирит (Ag3SbS3),

эмболит (Ag(CI,Br), бромаргирит (AgBr) байдлаар тохиолдох ба тэдгээрийн тархалт нь

1.6·10-6 % байна.

Алт: гол эрдэс нь: калаверит (AuTe2), аиростибит (AuSb2), мутманнит (AuAg)Te,

сильванит (AuAg)Te4 юм. Алтны байгаль дахь тархалт нь 4·10-7 % байдаг.

Манай орон эдгээр металын ордуудаар баялаг юм. Тухайлбал Өмнөговийн Оюутолгой,

Булганы Эрдэнэт, Дорноговийн Цагаан суваргын ордууд зэсийн нөөц ихтэй. Мөнгөний

томоохон орд нь Баян-өлгийн Асгат, Дорнодын Эрээн цавын ордууд юм. Алтаар баялаг орд

нь Төв аймгийн Заамар, Сэлэнгэ, Хараа, Ерөө голын ай сав газрууд, Баянхонгорын алтны

үндсэн ба шороон ордуудыг ашиглаж байна. IБ бүлгийн элементүүдийн зонхилох зарим

эрдсүүдийн зургийг 16.1.1-16.1.3 -р зурагт харуулав.

Зураг 16.1.1 Халькопирит Зураг 16.1.2 Азурит Зураг 16.1.3 Аргентит

Гарган авах арга:

Зэс: сульфидын хүдрийн баяжмалаас нь пирометаллурги ба гидрометаллургийн аргуудаар

гаргаж авдаг. Мөн зэсийг исэлдсэн хүдрээс нь нүүрстөрөгчөөр ангижруулан гаргадаг.

Пирометаллургийн арга:

Cu2S + 3/2O2 = Cu2O + SO2

Cu2O + C = 2Cu + O2

Гидрометаллургийн арга: Шингэрүүлсэн хүхрийн хүчил эсвэл аммиакийн уусмалаар

зэсийн исэлдсэн эрдсийг уусган, гарган авсан уусмалаас зэсийг төмрөөр түрнэ.

CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4.

Цэвэр зэсийг электролизын аргаар гарган авдаг:

2CuSO4 + 2H2O 2Cu0 + O20 + 2H2SO4

Катод дээр зэс, анод дээр хүчилтөрөгч ялгардаг. 16.1.4 –р зурагт зэсийг электролизын

аргаар цэвэршүүлэх процессыг үзүүлэв.

Зураг 16.1.4 Зэсийг цэвэршүүлэх электролизын арга

Мөнгө: хүдрээс нь гарган авахдаа ихэвчлэн цианидын аргыг хэрэглэдэг.

1. Мөнгөний баяжуулсан хүдрийг шүлтийн металлын цианидаар уусгадаг.

Ag2S +4NaCN = 2Na[Ag(CN)2]+ Na2S

2. Үүссэн комплексын уусмалыг цайраар үйлчилж мөнгийг ангижруулан гарган

авдаг.

Zn + 2Na[Ag(CN)2] = Na2[Zn(CN)4] + 2Ag

Алт: 1. Баяжуулсан хүдрийг шүлтийн металлын цианидаар уусгадаг.

4Au + 8NaCN + O2 +2H2O = 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH

2. Үүссэн комплексын уусмалыг цайраар үйлчилж алтыг ангижруулан гарган авдаг.

Zn + 2Na[Au(CN)2] = Na2[Zn(CN)4] + 2Au

Хүдрийн биш алтыг дангаар гарган авахдаа хоосон чулууллагыг жижиглэн, түүнийг усаар

угааж, тунгаана. Дээрх аргуудаар гарган авсан мөнгө, алтыг электролизын аргаар

цэвэрлэдэг [1].

Физик-химийн шинж чанар:

Зэс улаан шар, мөнгө цагаан, алт хурц шар гялалзсан өнгөтэй. Эдгээр метал нь зөөлөн учир

давтагдах, сунгагдахдаа сайн нягт ихтэй, хайлах буцлах температур нь өндөр. Ердийн

нөхцөлд галогентэй хялбархан нэгдэж CuCI, CuCI2, AgCI, AuCI3 гэсэн галидыг үүсгэнэ.

Хүчилтөрөгч ба хүхэртэй шууд нэгддэггүй боловч дам аргаар оксид сульфидуудыг гарган

авдаг. IБ бүлгээс зөвхөн зэс нь устөрөгчтэй нэгддэг. Зэсийн гидрид нь агаарт амархан

задардаг.

4CuH + 3O2 = 4CuO + 2H2O

2CuH = 2Cu + H2

Зэс, мөнгө нь концентрацитай азотын болон хүхрийн хүчилтэй халаахад урвалд орно.

Me + 4HNO3(конц) = Me(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Me + 2H2SO4(конц) =MeSO4 + SO2 + 2H2O

Зэсийн уусдаг давсанд CuCI2∙H2O, Cu(NO3)2∙6H2O ба CuSO4∙5H2O орно. Зэсийн (II)

давсууд нь ногооноос хөх хүртэл янз бүрийн өнгө, туяатай байдаг.

Зэсийн (+2) –ион нь исэлдүүлэгч шинжийг үзүүлнэ.

CuSO4 + KI = K2SO4 + I2 + CuI

Зэсийн нэгдлүүдээс +2 исэлдэлтийн зэрэгтэй нэгдэл хамгийн тогтвортой, харин +1, +3

исэлдэлтийн зэрэгтэй нэгдлүүд нь тогтворгүй.

Мөнгөний ион нь исэлдүүлэгч шинжтэй тул альдегидыг (формальдегидыг) исэлдүүлж

мөнгөн толины урвал явагдана.

HCOH + [Ag(NH3)2]OH = HCOOH + 2Ag↓ + NH3↑ + H2O

Алт нь өндөр температурт хүчилтөрөгч, азот, устөрөгчтэй нэгдэхгүй, хүчил, шүлтэнд

ууссахгүй, зөвхөн хааны дарсанд уусдаг.

Au + 4HCI +HNO3 = H[AuCI4] + NO↑ +2H2O

Эдгээр d –элемент нь цианидын уусмалд амархан уусч комплекс нэгдэл үүсгэнэ.

Au + 4KCN + H2O + 12 O2 = 2K[Au(CN)4] + 2KOH

Элементүүдийн атомын цөмийн цэнэг өсөхөд нягт болон хайлах, буцлах температур нь

ихэснэ. IБ бүлгийн элементүүдийн зарим үзүүлэлтийг 16.1 –р хүснэгтэнд харуулав.

Хүснэгт 16.1

IБ бүлгийн металуудын зарим үзүүлэлт

Тэмдэг Атом

масс

Атомын

радиус, нм

Ионы

радиус, нм

Иончлолын

энерги, эВ

Нягт,

г/см3

Тхайл,

Co

Меo→ Mе+

Cu 63.54 0.128 0.096 7.73 8.96 1084

Ag 107.87 0.144 0.166 7.57 10.5 961

Au 196.97 0.144 0.137 9.23 19.3 1063

Чухал нэгдлүүд:

Оксид. Зэс нь Cu2O, CuO, Cu2O3, мөнгө нь Ag2O, AgO, Ag2O3 алт нь Au2O, Au2O3 гэсэн

оксидуудыг үүсгэдэг. Эдгээрээс CuO, Ag2O тогтвортой оксид юм. Cu2O нь улаан хүрэн, CuO

ба Cu2O3 хар, Ag2O хүрэн, AgO хар, Au2O ягаан, Ag2O3 хар саарал, өнгөтэй нунтаг бодисууд.

Cu2O нь суурийн, CuO нь амфотер, Cu2O3 нь сул хүчлийн, мөнгө алтны оксид нь сул суурийн

шинжийг үзүүлнэ. Эдгээр оксидуудыг гидроксидыг нь халаах замаар гаргаж авдаг.

2AgOH = Ag2O + H2O

Алтны Au2O нь батжилгүй, 200 оС –д задардаг. Эдгээр элементийн оксидууд нь усанд

уусахгүй харин хүчилд уусч давс үүсгэдэг.

Гидроксид: Алтны гидроксид нь хүчтэй шүлттэй урвалд орж ауратын комплекс давсыг

үүсгэнэ.

Au(OH)3 + KOH = K[Au(OH)4]

Зэсийн болон алтны гидроксид нь амфотер шинжтэй. Эдгээр гидроксидуудаас

тогтвортой нь мөнгөний гидроксид юм.

Галид: Зэс нь олон янзын өнгөтэй галидуудыг үүсгэнэ. Галидуудаас (CuI, CuF2, CuBr)

цагаан, (CuI2) шар ногоон, (CuF) улаан, (CuBr2) хар өнгөтэй байдаг. Эдгээр галидууд

хялбархан гидролизд орно. Мөнгөний галид гэрэлд амархан задарч метал мөнгийг

ялгаруулдаг. AgF – оос бусад галид нь усанд уусахгүй. Шүлтийн металын галид эдгээр

металын галидтай хялбархан нэгдэж комплекс нэгдлүүдийг үүсгэнэ.

ЭHaI + KHaI = K2[ЭHaI]

Алтны бүх галид нэгдэлдээ +3 исэлдэлтийн зэрэг үзүүлдэг. Тэдгээрийг халаахад бүгд

задардаг.

AuHaI3 = AuHaI + HaI2

Алтны хлорид нь өөрөө исэлдэн ангижирдаг.

AuCI = AuCI3 + Au0

AuCI3 нь усанд уусч аквохүчил Н2[AuCI3O] үүсгэнэ.

Галидууд нь аммиак, цианидад хялбархан уусч комплекс нэгдэл үүсгэнэ.

МеНаI + NH3 = [Me(NH3)2]HaI

MeHaI + KCN = K[Me(CN)2] + KHaI

Сульфид: Эдгээр элементийн сульфидүүд нь хатуу талст бодисууд юм. Me2S, MeS, Me2S3

нь усанд уусахгүй. Сульфидүүдыг халаахад агаарын хүчилтөрөгчтэй урвалд орж металын

болон хүхрийн оксидыг үүсгэдэг.

2Me2S + 3O2 = Me2O + 2SO2

Карбид: Зэс нь өндөр температурт нүүрстөрөгчтэй шууд нэгддэг.

Cu + C = CuC2

Зэсийн давсны уусмал дундуур ацетилиныг нэвтрүүлж Cu2C2 ба CuC2 карбидуудыг

гаргадаг.

Хэрэглээ: Зэс ба энэ бүлгийн металуудыг болон нэгдлүүдийг техникт өргөн хэрэглэдэг.

50% Cu ба 50% Zn харьцаа бүхий хайлшийг гууль гэх бөгөөд цахилгаан техникт

дамжуулагч, генератор, цахилгаан хөдөлгүүр, кабель, арматур, конденсатор, дамжуулах

хоолой, метал хуудас, радиатор, гильз, патрон, ус чийгтэй орчинд ажиллах тоног

төхөөрөмж, эд ангиудыг хийдэг.

Мөнгө нь маш зөөлөн метал учир бусад металтай хольж хайлш байдлаар хэрэглэдэг.

Мөнгөний (87% Ag, 12% Cu) найрлага бүхий найрлага бүхий хайлшийг мөнгөн тэмдэгт

хийхэд, цахилгаан техникт янз бүрийн эд анги үйлдвэрлэхэд, үнэт эдлэл хийх, метал

гадаргууг бүрэх, дамжуулагч хийхэд, мөн цайр мөнгөний аккумляторт хэрэглэнэ. Алтыг

үнэт валют, химийн багаж хэрэгсэл, орчин үеийн нарийн багаж хэрэгсэлд хийхэд ашиглаж

байна.

16.2 IIБ бүлгийн d- элементүүд

IIБ бүлгийн d-элементүүдэд цайр, кадми, мөнгөн ус багтдаг. Энэ бүлгийн

элементүүдийн электронт бүтэцийн томъёо нь (n-1)s2p6d10ns2 болно. Эдгээр нь химийн

нэгдэлдээ цайр, кадми 0, +1, +2 исэлдэлтийн зэрэг үзүүлдэг. Энэ бүлгийн элемент

атомынхаа электроны гаднаасаа хоёр дахь давхрандаа тогтвортой байдаг 18e--той, энэ

чанараараа IБ бүлгийн элементүүдээс ялгагдах онцлогтой юм. Эдгээр элемент ердийн

температурт устай харилцан үйлчлэлцэхгүй, исэлдэхдээ муу.

Тархалт, байгалийн эрдсүүд: Энэ бүлгийн элементүүд байгальд нэгдлийн байдлаар

оршдог. Гол эрдсүүд: цайр нь вюртцит, сфалерит (ZnS), галмей буюу цайрын жонш

(ZnCO3), виллемит (Zn2SiO4), цинкозит (ZnSO4), госларит (ZnSO4∙7H2O), цинкит

(ZnO) байдалтай, тархалт нь 8.3∙10-3 %, кадми нь байгальд хаулеит (CdS), монтепонит

(CdO), отавит (CdCO3) зэрэг эрдэс байдлаар байхаас гадна цайрын хүдэрт хамт байна.

Кадмийн дэлхийн цардас дахь тархалт нь 1.3∙10 -5% тархсан байна.

Харин мөнгөн ус нь дангаараа байхаас гадна амальгам (AgHg), потарит (PbHg),

метациннабарит (HgS), колорадоит (HgTe), монтроидит (HgO) байдалтай, тархалт нь

7∙10-7 % байдаг. IIБ бүлгийн элементүүдийн зохинлох зарим эрдсүүдийн зургийг 16.2.1-

16.2.3 -р зурагт харуулав.

Зураг.16.2.1 Сфалерит Зураг.16.2.2 Хаулеит Зураг.16.2.3 Метациннабарит

Гарган авах арга:

Цайр:

1. Цайрыг үйлдвэрт пирометаллургийн ба гидрометаллургийн аргуудаар гарган авна.

I шат. Цайрын хүдрийг шатаах.

ZnS + O2 = ZnO + SO2

II шат. Үүссэн оксидыг нүүрсээр ангижруулан цайрыг цэвэрээр гаргадаг.

ZnO + C = Zn + CO

2. Цайрын баяжмалыг шатааж цайрын оксид хэлбэрт шилжүүлэн, уг оксидыг хүхрийн

хүчилд уусгаж сульфатын давс хэлбэрт шилжүүлж, хайлмалын электролизоор 99% цэвэр

цайрыг гарган авна.

Кадми:

Дулааны ба гидрометаллургийн аргаар кадмийг гарган авдаг.

1. Цайрын хүдэрт кадми нь дагалдах байдлаар хамт тохиолддог. Иймээс хүдрээс кадмийг

ялгахдаа металуудын буцлах температурын ялгаан дээр үндэслэгдэнэ. Цайрын буцлах

температур 906 оС –д, кадмийн 768 оС –д кадмийн буцлана. Иймээс эхлэж кадми дэгддэг

учир түүнийг түүнийг ялгаж авдаг.

2. Цайрын үйлдвэрлэлийн хаягдлыг хүхрийн хүчлээр боловсруулж, метал цайраар түрэх

замаар кадмийг ялгаж авна.

CdSO4 + Zn = ZnSO4 + Cd

3. Кадмийг гарган авах гидрометаллургийн арга. Хүчтэй исэлдүүлэгч (MnO2)

оролцоотойгоор кадмийн сульфатыг электролизд оруулж цэвэр кадмийг гаргадаг.

Электролизийн дүнд дараах процесс явагдана.

Cd2+ + 2e- = Cdo

(катод дээр)

SO42- + H2O -2e- = H2SO4 + 1/2O2 (анод дээр)

Мөнгөн усыг пирометаллургийн аргаар хүдрээс нь гаргадаг.

HgS + O2 = Hg +SO2

Физик химийн шинж чанар: Цайр, кадми нь мөнгөлөг цагаан өнгөтэй зөөлөн металл.

Харин мөнгөн ус нь шингэн метал. Эдгээр нь чийгтэй агаарт аажим исэлдэж ислийн

бүрхүүлээр хучигдан өнгө нь бүдэг саарал болдог. Цайр нь ердийн температурт хэврэг,

бутрамтгай 110 оC орчимд зөөлөрч давтагдах сунгагдах чанартай болдог. Үүнээс дээш

халаавал 200 оС –д хэврэг болдог [1]. Энэ бүлгийн элементүүдийн физик ба химийн

үзүүлэлтүүдийг 16.2-р хүснэгт харуулав [2-3].

Хүснэгт 16.2

IIБ бүлгийн металуудын зарим үзүүлэлт

Тэмдэг Атом

масс

Атомын

радиус, нм

Ионы

радиус, нм

Иончлолын энерги,

эВ

Нягт,

г/см3

Тхайл,

Co

Меo→

Mе+

Ме+→

Mе2+

Zn 65.38 0.139 0.083 9.39 17.91 7.13 419

Cd 112.41 0.156 0.099 8.99 16.91 8.65 321

Hg 200.5 0.160 0.112 10.43 18.75 13.55 -39

Хүснэгтээс үзэхэд цайрын атомын эхний ба хоёр дахь иончлолын энерги кадмийнхаас их

байгаа нь кадмийн атомд гол квантын тооны утга их байдагтай холбоотой. Харин энэ шинж

нь мөнгөн усны атомд их байна. Ийм учраас мөнгөн ус цайр ба кадмийгаас шинж

чанараараа ялгаатай байдаг.

Цайрын бүлгийн элементүүд химийн идэвхи сайтай. Цайр нь металын идэвхийн эгнээнд

устөрөгчөөс өмнө байрласан учир хүчлээс устөрөгчийг түрдэг. Цайр нь амфотер шинжийг

үзүүлнэ.

Zn + 2HCI = ZnCI2 + H2

Zn + NaOH = Na2ZnO2 + H2O

Харин кадми, мөнгөн ус шүлтэнд уусахгүй, исэлдүүлэгч шинжтэй хүчилд уусдаг.

Me2+ + HNO3(конц) = Me(NO3)2 + 2NO2 + H2O

Мөнгөн ус нь металтай нэгдэж шингэн ба хатуу амальгамыг (HgMe) үүсгэдэг.

Чухал нэгдлүүд:

Оксид: Цайр, кадми, мөнгөн усыг бага температурт халаахад хүчилтөрөгчтэй нэгдэж

оксидыг үүсгэнэ.

2Мe + O2 = 2MeO

Мөнгөн усны оксид нь батжилгүй хялбархан задарна. Цайрын оксид (ZnO) цагаан, кадмийн

оксид (CdO) бор шар, мөнгөн усны оксид (HgO) улаан өнгөтэй нунтаг бодисууд юм. Эдгээр

оксид нь усанд уусахгүй, хүчил шүлтэнд уусч давс үүсгэдэг. Эдгээр оксид нь усанд

уусахгүй, хүчил шүлтэнд уусч давс үүсгэдэг.

MeO + HCI = MeCI2 + H2O

MeO +MeOH = Me2MeO2 + H2O

Гидроксид: Оксидууд нь усанд уусахгүй учраас давсуудыг нь шүлтээр үйлчилж

гидроксидуудыг гарган авна.

MeSO4 + NaOH = Me(OH)2↓ + Na2SO4

Тэдгээрийг халаахад ус ялгаруулдаг.

Me(OH)2 =MeO + H2O

Цайр, кадмийн гидроксидууд аммиакад хялбархан уусч комплекс нэгдлүүдийг үүсгэдэг.

Me(OH)2 + NH3 = [Me(NH3)4](OH)2

Цайрын гидроксид амфотер, кадмийн гидроксид суурийн шинжийг үзүүлдэг. Энэ

шинжээрээ цайрын гидроксидоос ялгаатай.

Галид: Цайр, кадми, мөнгөн ус нь бүгд галидыг үүсгэнэ. Цайрын хлорид, мөнгөн усны

хлорид нь халдвар эсэргүүцэгч шинжтэй. Эдгээр галид нь аммиактай харилцан

үйлчлэлцэж тунадас буюу муу уусдаг комплекс давс үүсгэнэ.

HgCI2 + 2NH3(шин) = [Hg(NH3)2]CI2

HgCI2 + 2NH3(шин) = HgNH2CI + NH4CI

Энэ металын галидууд шүлтийн металын галидтай олон тооны комплекс (K[MeHaI3],

K2[MeHaI4], K4[MeHaI6]) нэгдэл үүсгэнэ.

Мөнгөний иодид нь усанд муу уусдаг. Харин калийн иодид нь сайн уусч

тетраиодогидраргираткалийг үүсгэх буюу несслерийн урвалж гэж нэрлэнэ.

HgI2 + 2KI = K2[HgI4]

Сульфид: Энэ бүлгийн металууд нь хүхэртэй хялбархан нэгдэж сульфидүүдийг үүсгэдэг.

Me + S = MeS

ZnS - цагаан, CdS – шар, HgS – тод улаан ба хар өнгөтэй, усанд уусдаггүй талст бодисууд

юм.

Хэрэглээ: Цайрын бүлгийн металуудыг улс ард аж ахуй бүхий л салбарт өргөн хэрэглэдэг.

Цайрыг хар ба цагаан тугалгатай, кадмийг 20% нэмж хольсон хайлшийг хэвлэх үйлдвэрт

хэвлэлийн бар хийх, мельхиор (Zn, Ni, Cu) хайлшийг машины үйлдвэрт, төмөр замын

тээвэрт, гальваны элемент хийх, техникт төрөл бүрийн эд ангиудыг хийхэд ашиглана. 60%

цайрын оксид агуулсан резиныг автомашины зарим эдлэлийг хийхэд өргөн ашиглаж байна.

Кадмийг сайн чанарын ган хийх машины үйлдвэрийн тоног төхөөрөмж хийх, шүлтийн

аккулятор бэлтгэх, кадмийн электродууд хийх, кадмийн сульфидыг цөмийн реакторын

төхөөрөмж бэлтгэхэд, шар болон бусанд тод өнгийн будаг үйлдвэрлэхэд ашиглана.

Мөнгөн усыг цөмийн реакторт дулааныг зайлуулагч болгох, хлор, натрийн шүлтийг гарган

авахад шингэн катодоор ашиглаж байна. Мөнгөн ус нь алт, мөнгө, цайр зэрэг металуудтай

нэгдэж үүсгэсэн амальгамыг физикийн багаж төхөөрөмжинд өргөн ашигладаг. Мөнгөн

усыг ашиглан техникийн ба физикийн янз бүрийн хэмжилтийн багаж хийхэд ашиглагдаж

байна.

16.3 YIIIБ бүлгийн d-элементүүд

Элементүүдийн үелэх системийн YIII Б бүлгийн дэд бүлэг (төмөр-Fe, рутени-Ru,

осми-Os), кобальтын дэд бүлэг (кобальт-Co, роди-Rh, ириди-Ir), никелийн дэд бүлэг

(никелийн-Ni, паллади-Pd, цагаан алт-Pt) гэсэн 9 элемент бүрдүүлдэг. Эдгээр элементийн

шинж чанарын төсөөтэй байдлаар нь төмрийн (Fe, Co, Ni) ба цагаан алтны (Ru, Rh, Pd,

Os, Ir, Pt) бүлийн элементүүд гэж 2 ангилна [1].

Төмрийн бүлийн d- элементүүд:

Төмөр манай эриний 3000 – 2500 жилийн тэртээд мэдэгдэж байсан элемент юм. Эртний

Египетэд анх зэс, алт хартугалга, төмөр, цагаан тугалга хэрэглэгдэж байжээ. 1735 онд

Шведийн химич Георг Брандт кобальтийг нээжээ. 1751 онд шведийн металлургич

Кронстедт никелийг нээжээ [5].

Эдгээр элементүүд нь 3d64s2 - Fe, 3d74s2 - Co, 3d84s2 – Ni гэсэн валентын электронт

байгууламжтай. Энэ 3 элементрүүдэд дараах хэдэн онцлог шинж ажиглагддаг.

Элементийн валентын электроны тоо нь бүлгийн дугаартай тохирдоггүй.

Нэг ч нэгдэлдээ бүлгийн дугаартай тохирсон валент чанар буюу исэлдэлтийн

зэргийг үзүүлдэггүй.

Эдгээр нь нэг дэд бүлгийн дотор, эгнээний дагуу (хөндлөн) дараалан байрласан

элементүүд юм. Үүний үндсэн шалтгаан нь элементүүдийн дотоод бүтэцтэй холбоотойгоор

илэрч буй шинж чанарын ижил төсөөтэй байдал. Үүнд: элементүүдийн ионжилтын

энергийн утга бараг ижил (7.89, 7.87, 7.63 B), атомын радиус (0.126, 0.125, 0.124 нм),

цахилгаан сөрөг чанарын холбогдол нь (1.8, 1.7, 1.8) бараг ижил юм.

Тархалт, байгалийн эрдсүүд:

Газрын царцдас дахь төмрийн агуулга 5.1% буюу байгаль дахь тархацаараа хүчилтөрөгч,

цахиур, хөнгөнцагааны дараа 4 –рт орно. Харин кобальт (3∙10-3%), никель (8∙10-3%)

харьцангуй бага хэмжээгээр агуулагдана. Төмрийн гол эрдсүүд нь магнетит /соронзон гүр/

(Fe3O4), гематит /улаан гүр/ (Fe2O3), лимонит (Fe2O3∙nH2O), пирротин (FeS), пирит

(FeS2), сидерит (FeCO3) зэрэг болно.

Гарган авах арга:

Төмрийн үйлдвэрлэл нь уг металлыг агуулсан оксидын хүдрийг карботермийн аргаар

ангижруулах процесс дээр үндэслэгдэнэ. Сульфидын, арсенидын болон бусад металлын

хүдрийг исэлдүүлэн шатааж, дараа нь домен зууханд нүүрс (кокс), нүүрстөрөгчийн

оксидоор ангижруулна. 16.8.1-р Зурагт төмрийн хүдэр ангижруулах Домен зуухны ерөнхий

бүдүүвч зургийг харуулав.

Домен зууханд дараах шат дараалсан

үндсэн урвалууд явагдана.

3Fe2O3 + CO = CO2 + 2Fe3O4

Fe3O4 + CO = CO2 + 3FeO

FeO + CO = Fe + CO2

FeO + C = Fe + CO

Домен зуухнаас гарах төмөр нь 4%

хүртэл нүүрстөрөгч агуулах ба

үүнийг ширэм гэж нэрлэнэ. Төмөр ба

түүнийг хайлшуудыг үйлдвэрийн

хоёрдугаар шатанд ширэм дэх

нүүрстөрөгчийн агуулгыг бууруулж

ганг гарган авна.

Физик химийн шинж чанар: Төмөр,

кобальт, никель нь мөнгөлөг цагаан

өнгөтэй муу хайлдаг металууд юм. Fe

-1536, Co – 1493, Ni – 1453 oC –д

хайлах бөгөөд бүгд ферро соронзон

шинж чанартай.

Зураг. 16.8.1 Төмрийн хүдэр ангижруулах домен Кобальт α ба β гэсэн хоёр полиморф

зуухны ерөнхий бүдүүвч дүрс хувирлыг үүсгэдэг бол төмөр α,

β, σ –гэсэн 3 дүрс хувиралтай. Харин никель полиморфизын процесс орддоггүй.

Чухал нэгдлүүд:

Оксидууд ба гидроксидууд: Элумент (Fe, Co, Ni) нь ЭО ба Э2O3 гэсэн оксидууд үүсгэх

бөгөөд тэдгээрийг харгалзах давс буюу гидроксидынх задрах урвалаар гарган авдаг. ЭО

хэлбэрийн оксидууд нь устай харилцан үйлчилдэггүй, хүчилтэй урвалд орж давс, ус

үүсгэнэ. Э2O3 оксидуудаас зөвхөн Fe2O3 нь тогтвортой. Эдгээр металууд нь +2, +3

исэлдэлтийн зэрэгт харгалзах Э(ОH)2, Э(ОH)3 гэсэн гидроксидуудыг үүсгэнэ. Э(ОH)3 – ууд

нь хүчилд хялбархан уусах ба халаах үед усаа алдаж харгалзах ЭО оксидыг үүсгэнэ. ЭО ба

Э(ОH)2 нь суурийн шинжтэй. Харин Э(ОH)3 сул суурийн шинж илэрдэг.

Ni(OH)2 –ыг шүлтлэг орчинд исэлдүүлэх замаар Ni(OH)3 –ыг гаргадаг.

Ni(OH)2 +NaOH + Br2 = Ni(OH)3 + NaBr

Хүчилтэй харилцан үйлчлэлцэх үед Fe(OH)3 нь төмөр (III) –ийн давс үүсгэнэ. Харин

Co(OH)3 ба Ni(OH)3 нь Э (II) –ийн нэгдлийг үүсгэдэг. Тэр тусмаа исэлдэх шинж чанартай

бодис байхгүй бол хүчилтөрөгч ялгаруулдаг. Энэ нь +3 исэлдэлтийн зэрэг Fe- Co- Ni

эгээний дагуу тогтворжилт муутай болдогтой холбоотой.

4Co(OH)3 + 4H2SO4 = 4CoSO4 + O2 +10H2O

Хэрэв уусмалд исэлдэх шинжтэй бусад ионууд агуулагдсан бол урвал өөр замаар явагдана.

2Ni(OH)3 + 6HCI =2NiCI2 + CI2 + 6H2O

Төмөр, кобальт, никель нь комплекс нэгдэл үүсгэх чадвар өндөртэй элементүүд юм. Энэ

металуудын талст гидратууд нь аквакомплексуудын гол төлөөлөгчид байдаг. Кобальтын

(II) нэгдлүүд шингэлсэн хүчлийн уусмалд уусахад улаан ягаан өнгөтэй аквакомплексууд

[Co(H2O)6]+2 үүсгэнэ.

Жишээ нь Co(NO3)2∙6H2O, CoSO4∙6H2O, CoSO4∙7H2O гэх мэт.

Никелийн (+2) катион 6, 5, ба 4 гэсэн координацын тоо үзүүлж олон тооны комплекс

нэгдлийг үүсгэдэг. Жишээ нь: [Ni(H2O)6]2+ ногоон өнгөтэй байдаг.

Ni(OH)2 ба NH3 –ийн харилцан үйлчлэлээр никелийн аммиакат комплексыг гарган авдаг.

Ni(OH)2 + 6NH3 = [Ni(NH3)6](OH)2

Жишээ нь: Төмөр ба кобальт нь шенит хэлбэрийн давхар давс (Морийн давс)

(NH4)2[Fe(SO4)2]∙6H2O ба кобальткалийн квасци K2SO4∙Co2(SO4)3∙24H2O-ыг үүсгэнэ. Төмөр,

кобальт нь [Э(OH)6]3-

октаэдр бүтэцтэй гидрооксокомплекс нэгдлүүдийг үүсгэнэ. Анионы

комплексуудын дотор ацидокомплексууд ихээхэн түгээмэл байдаг. Жишээ нь

галгоненидын (Me[Э+2HaI3], Me2[Э+2HaI4], Me3[Э+3HaI6], роданидын (Me2[Э+2CNS4],

(Me4[Э+2CNS6], (Me3[Э+3CNS6], оксалатын (Me2[Э+2(C2O4)2], (Me3[Э+3(C2O4)3] гэх мэт.

Төмрийн цианидын комплексууд нь батжил сайтай тогтвортой нэгдэл бөгөөд практикийн

чухал ач холбогдолтой нэгдлүүд байдаг. K4[Fe+2(CN)6]-ыг шар цусны давс, K3[Fe+3(CN)6]-

улаан цусны давс гэж нэрлэнэ. Калийн феррицианид (III) нь Fe+2 –ийн ионтой тод цэнхэр

өнгийн муу уусдаг тунадас үүсгэх ба үүнийг турнбуллийн цэнхэр гэж нэрлэнэ.

FeCI2 + K3[Fe+3(CN)6] = KFe+2[Fe+3(CN)6] +2KCI

Харин калийн гексацианоферрат (II) нь Fe+3 –ийн ионтой цайвар цэнхэр өнгийн, уусдаггүй

тунадас болох берлиний хөхийг үүсгэнэ.

[Fe(H2O)6]3++ K4[Fe+2(CN)6] = KFe+3[Fe+2(CN)6] +3K++6H2O

Хэрэглээ: Хар төмөрлөгийн үндэс бол ширэм ба ган юм. Ширэм нь нүүрстөрөгчийн агуулга

ихтэй (>2%) төмрийн хайлш бөгөөд техникийн зориулалтаар нь цутгуурын, дахин

боловсруулалтын, тусгай гэж 3 ангилна. Ган нь нүүрстөрөгчийн агуулга нь 2% -с бага

агуулсан төмрийн хайлш юм.

Никель ба кобалтыг гол төлөв ган, хайлшийн үйлдвэрлэл, ялангуяа төмрийн хайлшуудад

чанаржуулагч нэмэлт болгон хэрэглэж байна. Жишээ нь 67.5% Ni, 16% Fe, 15% Cr,1.5%

Mn агуулсан хайлшийг нихром гэж нэрлэх бөгөөд энэ хайлш нь дулааныг тэсвэрлэх чанар

болон цахилгаан эсэргүүцэл өндөртэй байдаг тул төрөл бүрийн халаагч багаж хэрэгсэл,

термопарын үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг.

Никелийн зэврэлт тэсвэрлэх чанарыг нь ашиглан эдлэлийн гадаргууг бүрхэх, цахилгаан

вакуумын багаж, хөнгөн ба хүнд үйлдвэрлэлд ашиглагдах тоног төхөөрөмжийг хийх өргөн

ашиглагдаж байна [4].

Цагаан алтны бүлийн d –элементүүд:

Эдгээр элементүүдийн валентын электронт байгууламж нь өөр хоорондоо ихээхэн ялгаатай

байдаг. Энэ нь энергийн ялгаа багатай ns – ба (n-1)d –орбиталиудын хооронд электроны

шилжилт явагдах боломжтой байдагтай холбоотой юм. Гадаад давхрааны s- дэд түвшинд

электроны шилжилт Ru (4d75s1), Rh (4d85s1), Pt (4f145d96s1) ажиглагддаг. Харин Os

(4f145d66s2) ба Ir (4f145d76s2) валентын орбиталь нь хэвийн байдлаар (электроны

шилжилтгүй) бөглөгдсөн байдаг. Паллади (4d105s0) бол хэвийн төлөвтөө гадаад s –

давхрандаа электрон агуулаагүй үелэх системийн ганц элемент юм. Эдгээр элементүүд нь

0- ээс +8 бараг бүх исэлдэлтийн зэргийг нэгдэлдээ үзүүлдэг. Дээд исэлдэлтийн зэрэг нь Ru,

Os –д +8, Rh, Ir –д +6 байхад Pd, Pt гол төлөв +2, +4 исэлдэлтийн зэрэгүүдтэй

нэгдлүүдийг үүсгэдэг.

Тархалт байгалын эрдсүүд:

Цагаан алтны бүлийн элементүүд нь ховор металлын тоонд ордог. Газрын царцдас дахь

эдгээр элементүүдийн агуулга төдийлэн их биш (Ru - 5∙10-7, Rh - 1∙10-7, Pd – 1∙10-6, Os -

5∙10-6, Ir - 1∙10-7, Pt -5∙10-7%).

Платиноидууд гол төлөв хамтдаа эсвэл дан байдлаар, мөн төмрийн, хромын, никелийн

болон зэсийн хүдэрт хольц хэлбэрээр тохиолддог. Эдгээр нь сарнимал элементүүд тул бие

даасан эрдсийг үүсгэх нь бага байдаг.

Гол төлөв сульфид – арсенидын ба оксидын хүдрийг дагалдан оршдог.

Гарган авах аргууд:

Цагаан алтны бүлийн металуудыг хүдрээс нь ялгах, бие биеэнээс нь салгах, цэвэрлэх нь

хими технологийн төвөгтэй асуудлын нэг юм.

Платиноидуудыг агуулсан хүдрийг баяжуулах процесс оруулж, гарган авсан баяжмалаас

зэс ба никелийг хайлуулах аргаар салгадаг.

Никелийг электролизын аргаар цэвэршүүлэх үед анодын шаар (шлам)-д цагаан алтны

бүлийн металлууд хуримтлагддаг. Шаарыг хаанд дарсанд осмигаас бусад металууд

H2[PtCI6], H2[RuCI6] гэх мэт комплекс хүчил хэлбэрээ уусч, харин осми уусдаггүй оксид

(OsO4) байдалтай тунадасждаг.

Уусмалаас цагаан алт, иридийг нэгдэл хэлбэрээр тундасжуулж, паллади, рутени, родийг

цайраар ангижруулж метал байдлаар гарган авна.

Физик-химийн шинж чанар:

Цагаан алт бүлийн элементүүд нь хайлах температур өндөртэй, мөнгөлөг цагаан өнгийн

металууд. Хайлах температур нь (Pd) 1552 – 3050 oC (Os) –н хооронд мужид хэлбэлзэнэ.

Металын идэвхийн эгнээнд устөрөгчөөс баруун гар талд байрладаг, химийн идэвхи багатай

элементүүд юм.

Роди ба цагаан алтаас бусад металууд нь хэвийн нөхцөлд халаахад урвалд орно. Энэ

бүлгийн элементүүдийн зарим үзүүлэлтийг хүснэгт 16.3-д харуулав.

Хүснэгт 16.3

Цагаан алтны бүлийн металлуудын зарим үзүүлэлт

Тэмдэг Атом масс Атомын радиус, нм Ионы радиус, нм Нягт, г/см3 Тхайл, Co

Mе2+ Mе3+

Ru 101 0.134 0.080 0.073 12.5 2250

Rh 102.9 0.134 - 0.078 12.4 1960

Pd 106.4 0.137 0.088 - 12.0 1554

Os 190.2 0.135 0.089 0.081 22.6 3030

Ir 192.2 0.135 0.089 0.081 22.6 2450

Pt 195.1 0.138 0.090 - 21.5 1769

Чухал нэгдлүүд:

Оксидууд ба тэдгээрийн уламжлал нэгдлүүд:

Рутени, осми нь ЭO4 ба ЭO2 хэлбэрийн оксидууд үүсгэнэ. ЭO4 нь усанд уусдаг боловч

түүнтэй харилцан үйлчлэлцдэггүй тул харгалзах гидроксидуудыг үүсгэдэггүй. RuO2 нь

илүү тогтвортой оксид юм. ОsO2 ба RuO2 нь ус, эрдэс хүчилд уусдаггүй. Э(OH)4

гидроксидыг харгалзах металлынх нь тетрахлоридын гидролизоор гарган авч болно [3].

ЭСI4 + 4H2O = Э(OH)4 + 4HCI

Рутени ба осми M2[ЭO4] хэлбэрийн талст үүсгэх бөгөөд тэдгээрийг харгалзан рутенат ба

осмат гэж нэрлэдэг.

Цагаан алт нь өндөр температурт хүчилтөрөгчийг уусгаж хувьсах найрлага бүхий

оксидуудыг үүсгэдэг.

Металл бишүүдтэй үүсгэсэн нэгдлүүд:

Эдгээр металууд нь фтор ба хлортой маш олон тооны нэгдэл, бром, иодтой харицангуй цөөн

галогенидуудыг үүсгэдэг. Жишээ нь палладигаас бусад металууд ЭF3, ЭF4, ЭF5, ЭF6

хэлбэрийн, харин паллади ЭF2,ЭF3, ЭF4 фторидуудыг үүсгэдэг. Рутени ба осмийн хувьд ЭF8

–ыг гарган авсан байна. Паллади PdCI2 нь гэсэн нэг л хлорид үүсгэнэ. Бусад элементийн

хлорид нь исэлдэлтийн дээд зэрэг +4 байдаг.

Цагаан алтны бүлгийн металууд хүхэр, селен, теллуртай ЭХ ба ЭХ2 хэлбэрийн халько

генидууд үүсгэнэ.

Хүчилтөрөгчтэй хүчлийн давсууд:

Комплекс нэгдлүүд. Рутени ба осмийн хувьд хүчилтөрөгчтэй нэг ч давс байдаггүй. Харин

роди ба иридийн +3 исэлдэлтийн зэрэгт харгалзах Э2(SO4)3∙nH2O (n=14 ба 6) сульфатууд

болон кваци хэлбэрийн нэгдлүүд байдаг. Мөн паллади (II) ба цагаан алт (II) нь ЭSO4∙2H2O,

Э(NO3)2∙2H2O, Э2(CIO4)2∙4H2O, Pd(CH3COO)∙H2O гэх мэт давс хэлбэрийн олон тооны

нэгдлүүд бий.

Цагаан алтны бүлийн элементүүд нь комплекс үүсгэх чадвар өндөртэй. Эдгээр элементүүд

нь ацидокомплексууд (лиганд нь CN-, CNS-, CH3COO- зэрэг сул хүчлийн анионууд),

галогенид, түүнчлэн саармаг лигандтай (акво ба аммин) болон карбонилын комплексуудыг

үүсгэнэ. Координацийн тоо нь 4 бүхий комплексуудыг үүсгэх эрмэлзлэл Pd ба Pt –т өндөр

байдаг. Жишээ нь [ЭHaI4]2+, [Э(NH3)4]2+

, [Э(C2O4)2]2-, [Pt(CN)4]2- гэх мэт.

Хэрэглээ: Эдгээр металуудаас практикт хамгийн өргөн хэрэглэгддэг нь цагаан алт юм.

Өндөр температур, химийн хүчтэй үйлчлэл бүхий орчинд ажиллах багаж төхөөрөмжийн эд

анги болон сав суулга (тигель, аяга) –ыг цагаан алтаар хийдэг. Цагаан алт болон 10% роди

агуулсан хайлшийг өндөр температурын термопар хийхэд ихээр ашигладаг. Паллади нь

устөрөгчийг ихээр хэмжээгээр шингээдэг шинж чанарыг нь вакуумын техник өргөн

ашиглаж байна. Тухайбал: устөрөгчийн бүрэн шингээхийн тулд палладийг шүүлтүүрээр

хэрэглэх ба ириди, осми агуулсан хайлш нь онцгой хатуу, элэгдлийг даах чанар өндөртэй

байх тул өндөр технологийн багажийн эд анги, мэс заслын зориулалттай төрөл бүрийн

хутга, үзэгний хошуу зэргийг хийж байна [4 - 6].

Цагаан алтны бүлийн металын байгаль дахь тархалт бага, олборлох, гарган авах

технологи нь нарийн төвөгтэй, физик, механикийн онцгой үнэт шинж чанаруудтай зэрэг

шалтгааны улмаас энэ төрлийн дан металл ба нэгдлүүд нь маш өндөр үнэтэй байдаг.

ӨӨРИЙГӨӨ ШАЛГАХ ТЕСТ

16.1 Ямар гидроксидууд нь амфотер шинжтэй вэ?

A. NaOH, Zn(OH)2, AI(OH)3, B. Fe(OH)2, Fe(OH)3, AgOH

C. Zn(OH)2, Fe(OH)3 Al(OH)3 D. Cr(OH)2, Fe(OH)2, Zn(OH)0

16.2 Зэс нь байгаль дээр . . . . . . байдлаар . . . . . . . . . . . . . . . . хэлбэрээр тархсан байдаг.

A. хүдрийн, оксид, гидроксид, давс

B. дан, оксид, карбонат, сульфид

C. нэгдлийн, гялтан, куприт, колчедан, оюу

D. нэгдлийн, оксид, сульфид , оюу, номин

16.3 d-элемент нь үелэх системийн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . байрладаг.

A. их үе, үндсэн дэд бүлэг C. Их үе, хажуугийн бүлэгт

B. бага үе, үндсэн бүлэг D. бага үе, хажуугийн дэд бүлэгт

16.4 Төмөр бүлийн элементийн d орбитальд электроны тоо . . . байдаг.

A. 4, 5, 6 В. 6, 7, 8 C. 2, 8 D. 10

16.5 Дараах исэлдэн-ангижирах урвалаар . . .үүсэх бодисуудыг ол.

HCOH + Ag2+ + NH4OH = . . . +. . .+ NH3 +H2O

A. Ag2O, HCOOH B. CO, Ag C. CO2, Ag D. Ag, HCOOH

16.6 Никель ялтасыг доор дурьдсан давсны уусмалуудад дүржээ. Ямар давстай никель

урвалд орох вэ?

a) MgSO4 b) NaCI c) CuSO4 d) Pd(NO3)2 e) ZnCI2

A. a, b, d B. c, d C. a, b, c D. d, e

16.7 Төмөр нь байгаль дээр ямар нэгдлийн байдлаар оршдог вэ?

A. FeCI2, FeCI3, FeSO4, FeS2 C. Fe3O4, Fe2O3, Fe2O3∙nH2O, FeCO3

B. FeSO4, FeS2, FeO, Fe(NO3)2 D. Fe(OH)2, Fe(OH)3, FeO, FeCI3

16.8 Харин калийн гексацианоферрат (II) нь Fe+3 –ийн ионтой цайвар цэнхэр өнгийн,

уусдаггүй тунадас болох . . . . . үүсгэнэ.

A. турнбуллийн цэнхэр C. шар цусан давс

B. улаан цусан давс D. берлиний хөхийг

16.9 4Fe + 10HNO3 (сул)= 4Fe(NO3)2 + ? + 3H2O тэгшитгэлийнд ямар томьёо бичих вэ?

A. N2 C. NO2 B. NH4NO3 D. O2

16.10 Гахайн торойг цус багадах өвчнөөс сэргийлж 2.5 г FeSO4∙7H2O ба 1 г CuSO4∙5H2O

- ийг 1 л буцалсан усанд уусгаж 10 мл уусмал уулгадаг. 10 мл энэ уусмал дахь

төмөр ба зэсийн хэмжээг тодорхойл.

A. 0.003 г, 0.0052 г C. 0.03 г, 0.052 г

B. 0.005 г, 0.00256 г D. 0.001 г, 0.0012 г

Тестийн хариу:

16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 16.10