Неорганическая химия : химия d- и f-элементов

Москва
Издательство «ФЛИНТА»
Издательство Уральского университета
2017

Министерство образования и науки российской Федерации

уральский Федеральный университет  

иМени первого президента россии б. н. ельцина

неорганическая хиМия

химия d- и f-элементов

практикум

рекомендовано методическим советом урФу

в качестве учебно-методического пособия  
для студентов, обучающихся по программе бакалавриата 
по направлению подготовки 020100 «химия»,
по программе специалитета по направлению подготовки
020201 «Фундаментальная и прикладная химия»

2-е издание, стереотипное

© уральский федеральный 
   университет, 2015

с о с т а в и т е л и:

л. и. балдина, а. Ф. гусева, и. н. атманских, н. а. кочетова

под общей редакцией

н. а. кочетовой

р е ц е н з е н т ы:
лаборатория химических источников тока

института высокотемпературной электрохимии уро ран

(заведующий лабораторией кандидат химических наук н. н. баталов);

н. в. проскурнина, кандидат химических наук,
старший научный сотрудник института физики металлов уро ран

удк 546 (076.5)
ббк 24.1я7
      н526

Неорганическая химия : химия d- и f-элементов : практи- 
кум [Электронный ресурс]: [учеб.-метод. пособие] / [сост. л. и. 
балдина, а. Ф. гусева, и. н. атманских, н. а. кочетова ; под общ. 
ред. н. а. кочетовой] ; М-во образования и науки рос. Федерации, 
урал. федер. ун-т. — 2-е изд., стер. — М. : ФЛИНТА : Изд-во 
Урал. ун-та, 2017. — 68 с.

ISBN 978-5-9765-3141-3 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1384-6 (Изд-во Урал. ун-та)

приведены задания для практических занятий и самостоятельной работы 
студентов по химии d- и f-элементов; даны описания лабораторных работ по 
синтезу и изучению свойств неорганических веществ.

пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по химическим направлениям и специальностям.

н526

удк 546 (076.5)
ббк 24.1я7

ISBN 978-5-9765-3141-3 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1384-6 (Изд-во Урал. ун-та)

предисловие ................................................................................................... 4

сеМинарские занятия
 
тема 1. общие закономерности в изменении свойств химических 
элементов главных подгрупп периодической системы д. и. Менделеева, 3d-элементов и их характеристических соединений ............. 7
 
тема 2. подгруппа скандия периодической системы д. и. Менде- 
леева и 4f-элементы .................................................................................. 9
 
задания для самостоятельной работы .............................................. 9
 
тема 3. ранние 4d- и 5d-элементы ........................................................ 13
 
 
задания для самостоятельной работы ............................................ 13
 
тема 4. платиновые металлы ................................................................ 17
 
 
задания для самостоятельной работы ............................................ 18
 
тема 5. 4d- и 5d-металлы I и II групп периодической системы 
д. и. Менделеева .................................................................................... 21
 
 
задания для самостоятельной работы ............................................ 21
 
тема 6. актиниды ................................................................................... 25
 
 
задания для самостоятельной работы ............................................ 25
 
задание для итоговой домашней работы ............................................. 26

лабораторный практикуМ
 
техника проведения ряда лабораторных операций ............................ 28
 
рекомендации к оформлению отчетов по лабораторным работам .... 33
 
лабораторная работа № 1. соединения редкоземельных  
 
элементов ........................................................................................... 34
 
лабораторная работа № 2. синтез соединений циркония,  
 
ниобия, молибдена и вольфрама ..................................................... 36
лабораторная работа № 3. синтез соединений серебра,  
 
кадмия и ртути .................................................................................. 40
 
лабораторная работа № 4. синтез комплексных соединений  
 
3d-металлов ....................................................................................... 43

списки литературы ...................................................................................... 47

приложения .............................................................................................. 48

Оглавление

неорганическая химия — наиболее объемный раздел химической науки, поскольку включает химию подавляющего большинства из известных на сегодня 118 химических элементов. данная 
область знания продолжает активно развиваться. так, непрерывно 
эволюционирует и совершенствуется методология неорганической 
химии, ее теоретический фундамент. обновляются сведения об элементах и свойствах их соединений. разрабатываются новые подходы 
к неорганическому синтезу. Материалы на основе неорганических 
соединений становятся более разнообразными и находят новые 
области применения.
современные студенты испытывают объективные трудности 
как в понимании и освоении фундаментальных закономерностей 
неорганической химии, так и в их применении для описания и прогнозирования свойств неорганических соединений. чтобы облегчить 
усвоение основных положений столь непростой науки модуль «неорганическая химия», включенный в учебные планы ряда направлений, реализуемых в институте естественных наук уральского 
федерального университета, разделен на две дисциплины: «химия 
s-, p- и 3d-элементов» и «химия d- и f-элементов».
в рамках первой дисциплины, преподаваемой во II семестре 
обучения, рассматриваются свойства элементов главных подгрупп 
периодической системы д. и. Менделеева и свойства элементов 
побочных подгрупп четвертого периода. вторая дисциплина, преподаваемая в IV семестре обучения, включает химию d-элементов 
второго и третьего переходных рядов, а также химию f-элементов.

ПредислОвие

перенос одной из дисциплин модуля «неорганическая химия» на 
IV семестр обусловлен, во-первых, тем, что возрастные особенности 
студентов первого года обучения не позволяют им в полной мере осваивать большой по объему материал курса неорганической химии, 
вследствие чего ее изучение сводится зачастую к механическому 
заучиванию фактического материала, который быстро забывается. 
во-вторых, в современной науке и практике в первую очередь востребовано знание химии элементов побочных подгрупп элементов. 
изучение этих разделов неорганической химии, понимание новых 
закономерностей в изменении свойств d- и f-элементов в группах 
и периодах периодической системы д. и. Менделеева требует от 
студентов более высокого уровня физико-химической подготовки, 
более организованного мышления и способности обобщать химические факты, свойства, методы, подходы.
дисциплина «химия d- и f-элементов» включает лекционные, 
семинарские и лабораторные занятия и строится таким образом, 
чтобы дать студентам представление о свойствах соединений химических элементов, основанное на периодическом законе д. и. Менделеева, с использованием современных сведений о строении 
вещества и других вопросов теоретической химии. в данном курсе 
уделяется внимание проблеме распространенности и распределения 
элементов в земной коре, принципам переработки минерального 
сырья, а также оценке практического значения элементов и их 
соединений. у студентов формируется представление о современном состоянии и путях развития неорганической химии, о ее роли 
в получении неорганических веществ с заданными свойствами, 
создании современных технологий, о процессах, происходящих 
в природе и повседневной жизни. дисциплины учебного модуля 
«неорганическая химия» имеют фундаментальное значение в становлении специалиста широкого профиля, химика-исследователя 
и химика-преподавателя.
настоящее учебно-методическое пособие предназначено для 
студентов второго года обучения и содержит планы семинарских 
занятий, задания для самостоятельной работы и описания лабораторных работ.

лабораторный практикум по дисциплине «химия d- и f-элементов» 
представлен лабораторными работами двух типов: по изучению 
свойств веществ и синтезу чистых неорганических веществ. так 
как работы по синтезу неорганических веществ студентами ранее не 
проводились, они требуют особого внимания. для этого в настоящем 
пособии подробно изложены методики синтеза ряда неорганических веществ, образованных 4d- и 5d-элементами, а также техника 
проведения некоторых лабораторных операций. в приложениях 
к пособию приводятся справочные данные, которые потребуются 
студентам при выполнении заданий.

тема 1

Общие закономерности в изменении свойств 
химических элементов главных подгрупп 
Периодической системы Д. И. Менделеева, 3d-элементов 
и их характеристических соединений

периодический закон д. и. Менделеева — основа химической 
систематики. химические элементы, их классификация по строению электронной оболочки (s-, p-, d-, f-элементы) и по свойствам 
изолированных атомов химических элементов (металлы, неметаллы 
и инертные элементы).
закономерности в изменении свойств атомов химических элементов, обусловленных составом ядра: атомной массы, изотопного 
состава (моноизотопные элементы) и распространенности в природе 
(редкие, рассеянные элементы).
закономерности в изменении свойств изолированных атомов 
химических элементов, обусловленных строением электронной 
оболочки: величин радиусов, ионизационных потенциалов, сродства 
к электрону. групповая и типовая аналогии. Электронная аналогия, 
кайносимметрия. внутренняя и вторичная периодичность.
закономерности в изменении свойств связанных атомов химических элементов, обусловленных строением электронной оболочки: величины электроотрицательности, характера химических 
связей в соединениях, значений валентности и характеристических 

сеМинарсКие ЗанЯТиЯ