Сегодня мы с вами изучим тему, которая не представлена явно в кодификаторах ЕГЭ по химии, но может попасться в 32 или 34 задании ЕГЭ по химии, мы с вами познакомимся с интерметаллическими соединениями, узнаем что это такое, какие у них особенности, химические свойства и методы получения.
Интерметаллические соединения (ИМС) – соединения, образуемые между собой элементами –металлами. Второе название ИМС – интерметаллиды. Из такого определения непонятно, конечно, какие соединения мы относим к интерметаллидам. Простые вещества могут показывать промежуточные свойства между типичными металлическими и типичными неметаллическими, а также один и тот же элемент может образовывать простые вещества с разными свойствами. К соединениям, подобным по свойствам металлам иногда применяют термин «металлиды».
Так как одна пара металлов образует всегда больше одного интерметаллических соединений, то число таких ИМС очень большое. Если мы будем говорить о продуктах взаимодействия одних металлов с иными в целом, то такие продукты можно разместить в следующий ряд:
- Непрерывный ряд твердых растворов
- Малоустойчивые интреметаллиды (речь идет о типичных металлах с близкими свойствами, к примеру калий и натрий)
- Более устойчивые интерметаллиды (это типичные металлы, отличающиеся электронно-адонорными свойствами)
- Валентные интерметаллические соединения (металлы с геометрально противоположными электронно-донорными свойствами, соединения типичного металла и элемента со свойствами близкими к неметаллическим.
Список наглядно демонстрирует переходы от полного сохранения индивидуальных свойств простых веществ до образования прочного соединения, со свойствами близкими к ионно-ковалентным соединениям. Связь в валентных интерметаллидах близка в определенной степени к ионной, это особенно заметно в их поведении при пропускании электрического тока постоянного через расплавы или растворы этих соединений в жидком аммиаке. При этом один металл оседает на катоде, а другой на аноде. Валентные соединения ИМС подчинены закону постоянства состава.
В иных вариантах состав интерметаллидов не соответствует обычным степеням окисления элементов, образующих эти соединения. Например, CuBe, CoZn3, Cu31Sn8, Co5Zn21, Au5Al3. Мы видим, что в указанных соединениях нельзя приписать атомам металлов значения, соответствующие их стандартным валентностям. Но все эти соединения объединены двумя общими свойствами.
– во всех соединениях, относящихся к одной из приведенных выше групп, структуры подобны.
– если принять, что все электроны атомов элементов побочной подгруппы восьмой группы и всех d-электронов атомов элементов не участвуют в образовании соединений, то отношение числа валентных электронов к числу атомов в структурной единице равно 21/14, 21/13, 21/12, 3/2, 21/13, 7/4. Правило образования формулы ИМС подвергается правилу Юм-Розери: отношение числа валентных электронов к числу атомов в формуле для бета- гамма-фаз составляет 21/14, 21/13,21/12 соответственно. Валентными электронами считают электроны с максимальным значением главного квантового числа.
Такие ИМС называют электронными соединениями либо фазами Юм-Розери. Образование таких соединений возможно при близких атомных объемах и электрон-донорных свойств исходных металлов.
Возможность образования интерметаллидов определяется возможностью распределения электронов по энергетическим зонам, образующимся в результате перекрывания электронных облаков атомов, составляющих кристалл. Характер перекрывания, то есть характер и степень заполненности энергетических зон зависят от структуры кристалла. Структура кристалл должна находится в соответствии со стехиометрией. То есть отношением числа атомов, составляющих данный кристалл. Это отношение числа атомов и выражается формулой. Таким образом, и состав, и следующая из него электронная концентрация, и структурный тип фазы находятся во взаимной зависимости.
В интерметаллических соединениях, с одной стороны, сохраняются большинство свойств исходных металлов – электропроводимость, металлический блеск, зачастую цветовой оттенок, характерные химические свойства. С другой стороны, свойства интерметаллидов значительно отличаются от свойств исходных металлов, что, в частности, сказывается на свойствах сплавов металлов, в которых имеются такие ИМС.
Интерметаллические соединения чаще всего получают при непосредственном сплавлении исходных металлов. При большой разнице в температурах плавления используются и иные методы. В том числе, интерметаллид натрия с другими металлами зачастую получают, восстанавливая металлическим натрием соединения соответствующих металлов. К примеру, Na3Bi5, Na4Рb9, NaZn4. Интерметаллические соединения могут быть образованы более чем двумя соединениями. К примеру, синтезированы такие препараты как: CdHgNa, Hg2KNa. ИМС могут быть представлены не только в твердом виде. Есть ряд исследований газовых равновесий, установленных при испарении смесей металлов. В этих случаях очень часто имеет место образование газообразных молекул интерметаллидов. Молекулы весьма устойчивы. В целом продолжаются исследования ИМС и мы еще узнаем много интересного.
Ответы