Τυπικά και άτυπα μέταλλα. Γενικές ιδιότητες των μετάλλων. Μεταλλική σύνδεση. Αντιδράσεις μετάλλων με οξέα

Υπάρχουν τεχνολογικές, φυσικές, μηχανικές και χημικές ιδιότητες των μετάλλων. Οι φυσικές περιλαμβάνουν το χρώμα, την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Τα χαρακτηριστικά αυτής της ομάδας περιλαμβάνουν επίσης τη θερμική αγωγιμότητα, την τήξη και την πυκνότητα του μετάλλου.

Τα μηχανικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν πλαστικότητα, ελαστικότητα, σκληρότητα, αντοχή, ιξώδες.

Χημικές ιδιότητεςΤα μέταλλα περιλαμβάνουν αντοχή στη διάβρωση, διαλυτότητα και οξειδωσιμότητα.

Χαρακτηριστικά όπως «ρευστότητα», σκληρυνσιμότητα, συγκολλησιμότητα, ολκιμότητα, είναι τεχνολογικά.

Φυσικές ιδιότητες

1. Χρώμα. Τα μέταλλα δεν μεταδίδουν φως μέσω του εαυτού τους, είναι δηλαδή αδιαφανή. Στο ανακλώμενο φως, κάθε στοιχείο έχει τη δική του απόχρωση - ένα χρώμα. Μεταξύ των τεχνικών μετάλλων, μόνο ο χαλκός και τα κράματα μαζί του έχουν χρώμα. Τα υπόλοιπα στοιχεία χαρακτηρίζονται από μια απόχρωση από ασημί-λευκό έως γκρι-ατσάλι.
2. Εύτηκτο. Αυτό το χαρακτηριστικό υποδεικνύει την ικανότητα του στοιχείου υπό την επίδραση της θερμοκρασίας να περάσει σε υγρή κατάσταση από ένα στερεό. Η τήξη θεωρείται η πιο σημαντική ιδιότητα των μετάλλων. Κατά τη διαδικασία της θέρμανσης, όλα τα μέταλλα από στερεά κατάσταση περνούν σε υγρή κατάσταση. Όταν η τετηγμένη ουσία ψύχεται, συμβαίνει μια αντίστροφη μετάβαση - από υγρή σε στερεή κατάσταση.
3. Ηλεκτρική αγωγιμότητα. Αυτό το χαρακτηριστικό δείχνει την ικανότητα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας από ελεύθερα ηλεκτρόνια. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των μεταλλικών σωμάτων είναι χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή των μη μεταλλικών. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η αγωγιμότητα του ηλεκτρισμού μειώνεται και όσο μειώνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται αντίστοιχα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η ηλεκτρική αγωγιμότητα των κραμάτων θα είναι πάντα χαμηλότερη από αυτή οποιουδήποτε μετάλλου που αποτελεί το κράμα.
4. Μαγνητικές ιδιότητες. Τα καθαρά μαγνητικά (σιδηρομαγνητικά) στοιχεία περιλαμβάνουν μόνο κοβάλτιο, νικέλιο, σίδηρο, καθώς και ορισμένα από τα κράματά τους. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία θέρμανσης σε μια ορισμένη θερμοκρασία, αυτές οι ουσίες χάνουν τον μαγνητισμό τους. Τα μεμονωμένα κράματα σιδήρου σε θερμοκρασία δωματίου δεν είναι σιδηρομαγνητικά.
5. Θερμική αγωγιμότητα. Αυτό το χαρακτηριστικό υποδεικνύει την ικανότητα μεταφοράς θερμότητας σε ένα λιγότερο θερμαινόμενο σώμα από ένα πιο θερμαινόμενο σώμα χωρίς ορατή κίνηση των σωματιδίων που το αποτελούν. Το υψηλό επίπεδο θερμικής αγωγιμότητας επιτρέπει την ομοιόμορφη και γρήγορη θέρμανση και ψύξη των μετάλλων. Μεταξύ των τεχνικών στοιχείων, ο χαλκός έχει τον υψηλότερο δείκτη.

Τα μέταλλα καταλαμβάνουν ξεχωριστή θέση στη χημεία. Η παρουσία των κατάλληλων χαρακτηριστικών επιτρέπει τη χρήση μιας συγκεκριμένης ουσίας σε μια συγκεκριμένη περιοχή.

Χημικές ιδιότητες μετάλλων

1. Αντοχή στη διάβρωση. Διάβρωση είναι η καταστροφή μιας ουσίας ως αποτέλεσμα ηλεκτροχημικής ή χημικής σχέσης με το περιβάλλον. Το πιο συνηθισμένο παράδειγμα είναι η σκουριά του σιδήρου. Η αντοχή στη διάβρωση είναι ένα από τα πιο σημαντικά φυσικά χαρακτηριστικά πολλών μετάλλων. Από αυτή την άποψη, ουσίες όπως το ασήμι, ο χρυσός, η πλατίνα ονομάζονται ευγενείς. Έχει υψηλή αντοχή στη διάβρωση Το νικέλιο και άλλα μη σιδηρούχα μέταλλα υπόκεινται σε καταστροφή ταχύτερα και ισχυρότερα από τα μη σιδηρούχα μέταλλα.
2. Οξειδωσιμότητα. Αυτό το χαρακτηριστικό υποδεικνύει την ικανότητα του στοιχείου να αντιδρά με το O2 υπό την επίδραση οξειδωτικών παραγόντων.
3. Διαλυτότητα. Μέταλλα που έχουν απεριόριστη διαλυτότητα στην υγρή κατάσταση μπορούν να σχηματίσουν στερεά διαλύματα όταν στερεοποιηθούν. Σε αυτά τα διαλύματα, άτομα από ένα συστατικό ενσωματώνονται σε ένα άλλο συστατικό μόνο εντός ορισμένων ορίων.

Πρέπει να σημειωθεί ότι οι φυσικές και χημικές ιδιότητες των μετάλλων είναι ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά αυτών των στοιχείων.

Εάν σχεδιάσουμε μια διαγώνιο από το βηρύλλιο στην αστατίνη στον περιοδικό πίνακα στοιχείων του D.I. Mendeleev, τότε θα υπάρχουν μεταλλικά στοιχεία στη διαγώνιο κάτω αριστερά (περιλαμβάνουν επίσης στοιχεία δευτερευουσών υποομάδων, τονισμένα με μπλε χρώμα) και μη μεταλλικά στοιχεία επάνω δεξιά (επισημαίνονται κίτρινος). Στοιχεία που βρίσκονται κοντά στη διαγώνιο - ημιμέταλλα ή μεταλλοειδή (B, Si, Ge, Sb κ.λπ.) έχουν διπλό χαρακτήρα (τονίζεται με ροζ).

Όπως φαίνεται από το σχήμα, η συντριπτική πλειοψηφία των στοιχείων είναι μέταλλα.

Με τον δικό του τρόπο χημική φύσηΤα μέταλλα είναι χημικά στοιχεία των οποίων τα άτομα δίνουν ηλεκτρόνια από τα εξωτερικά ή προ-εξωτερικά επίπεδα ενέργειας, σχηματίζοντας έτσι θετικά φορτισμένα ιόντα.

Σχεδόν όλα τα μέταλλα έχουν σχετικά μεγάλες ακτίνες και μικρό αριθμό ηλεκτρονίων (από 1 έως 3) στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο. Τα μέταλλα χαρακτηρίζονται από χαμηλές τιμές ηλεκτραρνητικότητας και αναγωγικές ιδιότητες.

Τα πιο τυπικά μέταλλα εντοπίζονται στην αρχή των περιόδων (ξεκινώντας από τη δεύτερη), πιο μακριά από αριστερά προς τα δεξιά, οι μεταλλικές ιδιότητες εξασθενούν. Σε μια ομάδα από πάνω προς τα κάτω, οι μεταλλικές ιδιότητες ενισχύονται, επειδή η ακτίνα των ατόμων αυξάνεται (λόγω αύξησης του αριθμού των ενεργειακών επιπέδων). Αυτό οδηγεί σε μείωση της ηλεκτραρνητικότητας (την ικανότητα έλξης ηλεκτρονίων) των στοιχείων και σε αύξηση των ιδιοτήτων αναγωγής (ικανότητα δωρεάς ηλεκτρονίων σε άλλα άτομα σε χημικές αντιδράσεις).

τυπικόςτα μέταλλα είναι s-στοιχεία (στοιχεία της ομάδας IA από Li έως Fr. στοιχεία της ομάδας PA από Mg έως Ra). Ο γενικός ηλεκτρονικός τύπος των ατόμων τους είναι ns 1-2. Χαρακτηρίζονται από καταστάσεις οξείδωσης + I και + II, αντίστοιχα.

Ο μικρός αριθμός ηλεκτρονίων (1-2) στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας των τυπικών ατόμων μετάλλου υποδηλώνει ότι αυτά τα ηλεκτρόνια χάνονται εύκολα και παρουσιάζουν ισχυρές αναγωγικές ιδιότητες, οι οποίες αντανακλούν χαμηλές τιμές ηλεκτραρνητικότητας. Αυτό συνεπάγεται τις περιορισμένες χημικές ιδιότητες και μεθόδους για τη λήψη τυπικών μετάλλων.

Χαρακτηριστικό γνώρισμα των τυπικών μετάλλων είναι η τάση των ατόμων τους να σχηματίζουν κατιόντα και ιοντικούς χημικούς δεσμούς με άτομα μη μετάλλων. Ενώσεις τυπικών μετάλλων με αμέταλλα είναι ιοντικοί κρύσταλλοι "μεταλλικό κατιόν ανιόν μη μετάλλου", για παράδειγμα, K + Br -, Ca 2 + O 2 -. Τυπικά μεταλλικά κατιόντα περιλαμβάνονται επίσης σε ενώσεις με σύμπλοκα ανιόντα - υδροξείδια και άλατα, για παράδειγμα, Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-.

Τα μέταλλα της ομάδας Α που σχηματίζουν την αμφοτερική διαγώνιο στον Περιοδικό Πίνακα Be-Al-Ge-Sb-Po, καθώς και τα μέταλλα που γειτνιάζουν με αυτά (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) δεν παρουσιάζουν τυπικές μεταλλικές ιδιότητες . Ο γενικός ηλεκτρονικός τύπος των ατόμων τους ns 2 np 0-4 συνεπάγεται μεγαλύτερη ποικιλία καταστάσεων οξείδωσης, μεγαλύτερη ικανότητα να συγκρατούν τα δικά τους ηλεκτρόνια, σταδιακή μείωση της αναγωγικής τους ικανότητας και εμφάνιση οξειδωτικής ικανότητας, ιδιαίτερα σε καταστάσεις υψηλής οξείδωσης (τυπικά παραδείγματα είναι οι ενώσεις Tl III, Pb IV, Bi v ). Μια παρόμοια χημική συμπεριφορά είναι επίσης χαρακτηριστική για τα περισσότερα (στοιχεία d, δηλ. στοιχεία των Β-ομάδων του Περιοδικού Πίνακα (τυπικά παραδείγματα είναι τα αμφοτερικά στοιχεία Cr και Zn).

Αυτή η εκδήλωση δυαδικών (αμφοτερικών) ιδιοτήτων, τόσο μεταλλικών (βασικών) όσο και μη μεταλλικών, οφείλεται στη φύση του χημικού δεσμού. Στη στερεά κατάσταση, οι ενώσεις άτυπων μετάλλων με αμέταλλα περιέχουν κυρίως ομοιοπολικούς δεσμούς (αλλά λιγότερο ισχυρούς από τους δεσμούς μεταξύ μη μετάλλων). Σε διάλυμα, αυτοί οι δεσμοί σπάνε εύκολα και οι ενώσεις διασπώνται σε ιόντα (εν όλω ή εν μέρει). Για παράδειγμα, το μέταλλο γαλλίου αποτελείται από μόρια Ga 2, στη στερεά κατάσταση τα χλωρίδια αλουμινίου και υδραργύρου (II) AlCl 3 και HgCl 2 περιέχουν ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς, αλλά σε ένα διάλυμα το AlCl 3 διασπάται σχεδόν πλήρως και το HgCl 2 - σε πολύ μικρό έκταση (και στη συνέχεια σε ιόντα HgCl + και Cl -).

Γενικές φυσικές ιδιότητες των μετάλλων

Λόγω της παρουσίας ελεύθερων ηλεκτρονίων ("αέριο ηλεκτρονίων") στο κρυσταλλικό πλέγμα, όλα τα μέταλλα παρουσιάζουν τις ακόλουθες χαρακτηριστικές γενικές ιδιότητες:

1) Πλαστική ύλη- την ικανότητα να αλλάζεις εύκολα σχήμα, να τεντώνεις σε σύρμα, να κυλάς σε λεπτά φύλλα.

2) μεταλλική λάμψηκαι αδιαφάνεια. Αυτό οφείλεται στην αλληλεπίδραση των ελεύθερων ηλεκτρονίων με το φως που προσπίπτει στο μέταλλο.

3) Ηλεκτρική αγωγιμότητα. Εξηγείται από την κατευθυνόμενη κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων από τον αρνητικό στον θετικό πόλο υπό την επίδραση μιας μικρής διαφοράς δυναμικού. Όταν θερμαίνεται, η ηλεκτρική αγωγιμότητα μειώνεται, επειδή. καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, οι δονήσεις των ατόμων και των ιόντων στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος αυξάνονται, γεγονός που δυσχεραίνει την κατευθυνόμενη κίνηση του «αερίου ηλεκτρονίου».

4) Θερμική αγωγιμότητα.Οφείλεται στην υψηλή κινητικότητα των ελεύθερων ηλεκτρονίων, λόγω της οποίας η θερμοκρασία εξισώνεται γρήγορα από τη μάζα του μετάλλου. Η υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα είναι στο βισμούθιο και στον υδράργυρο.

5) Σκληρότητα.Το πιο δύσκολο είναι το χρώμιο (κόβει γυαλί). τα πιο μαλακά - αλκαλικά μέταλλα - κάλιο, νάτριο, ρουβίδιο και καίσιο - κόβονται με ένα μαχαίρι.

6) Πυκνότητα.Είναι όσο μικρότερη, τόσο μικρότερη είναι η ατομική μάζα του μετάλλου και τόσο μεγαλύτερη είναι η ακτίνα του ατόμου. Το ελαφρύτερο είναι το λίθιο (ρ=0,53 g/cm3). το βαρύτερο είναι το όσμιο (ρ=22,6 g/cm3). Μέταλλα με πυκνότητα μικρότερη από 5 g/cm3 θεωρούνται «ελαφριά μέταλλα».

7) Σημεία τήξης και βρασμού.Το πιο εύτηκτο μέταλλο είναι ο υδράργυρος (σ.τ. = -39°C), το πιο πυρίμαχο μέταλλο είναι το βολφράμιο (t°m. = 3390°C). Μέταλλα με t°pl. πάνω από 1000°C θεωρούνται πυρίμαχα, κάτω - χαμηλό σημείο τήξης.

Γενικές χημικές ιδιότητες των μετάλλων

Ισχυροί αναγωγικοί παράγοντες: Me 0 – nē → Me n +

Ένας αριθμός τάσεων χαρακτηρίζει τη συγκριτική δραστηριότητα των μετάλλων σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής σε υδατικά διαλύματα.

I. Αντιδράσεις μετάλλων με αμέταλλα

1) Με οξυγόνο:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Με θείο:
Hg + S → HgS

3) Με αλογόνα:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) Με άζωτο:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) Με φώσφορο:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) Με υδρογόνο (αντιδρούν μόνο τα μέταλλα αλκαλίων και αλκαλικών γαιών):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Αντιδράσεις μετάλλων με οξέα

1) Τα μέταλλα που βρίσκονται στην ηλεκτροχημική σειρά τάσεων μέχρι Η ανάγουν τα μη οξειδωτικά οξέα σε υδρογόνο:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) Με οξειδωτικά οξέα:

Στην αλληλεπίδραση νιτρικού οξέος οποιασδήποτε συγκέντρωσης και πυκνού θειικού οξέος με μέταλλα υδρογόνο δεν απελευθερώνεται ποτέ!

Zn + 2H 2 SO 4 (K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2 SO 4 (c) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (c) + Сu → Сu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Αλληλεπίδραση μετάλλων με νερό

1) Τα ενεργά (μετάλλα αλκαλίων και αλκαλικών γαιών) σχηματίζουν διαλυτή βάση (αλκάλι) και υδρογόνο:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) Μέταλλα μέσης δραστικότητας οξειδώνονται με νερό όταν θερμαίνονται σε οξείδιο:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Ανενεργό (Au, Ag, Pt) - μην αντιδράτε.

IV. Μετατόπιση από πιο ενεργά μέταλλα λιγότερο ενεργών μετάλλων από διαλύματα των αλάτων τους:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

Στη βιομηχανία, δεν χρησιμοποιούνται συχνά καθαρά μέταλλα, αλλά τα μείγματά τους - κράματαστο οποίο οι ευεργετικές ιδιότητες ενός μετάλλου συμπληρώνονται από τις ευεργετικές ιδιότητες ενός άλλου. Έτσι, ο χαλκός έχει χαμηλή σκληρότητα και είναι ελάχιστα χρήσιμος για την κατασκευή εξαρτημάτων μηχανών, ενώ τα κράματα χαλκού με ψευδάργυρο ( ορείχαλκος) είναι ήδη αρκετά σκληρά και χρησιμοποιούνται ευρέως στη μηχανολογία. Το αλουμίνιο έχει υψηλή ολκιμότητα και επαρκή ελαφρότητα (χαμηλή πυκνότητα), αλλά είναι πολύ μαλακό. Στη βάση του, παρασκευάζεται ένα κράμα με μαγνήσιο, χαλκό και μαγγάνιο - duralumin (duralumin), το οποίο, χωρίς να χάσει χρήσιμες ιδιότητεςαλουμίνιο, αποκτά υψηλή σκληρότητα και γίνεται κατάλληλο στην αεροναυπηγική. Τα κράματα σιδήρου με άνθρακα (και προσθήκες άλλων μετάλλων) είναι ευρέως γνωστά χυτοσίδηροςκαι ατσάλι.

Τα μέταλλα σε ελεύθερη μορφή είναι αναγωγικούς παράγοντες.Ωστόσο, η αντιδραστικότητα ορισμένων μετάλλων είναι χαμηλή λόγω του γεγονότος ότι καλύπτονται με επιφανειακή μεμβράνη οξειδίου, σε ποικίλους βαθμούςανθεκτικό στη δράση χημικών αντιδραστηρίων όπως νερό, διαλύματα οξέων και αλκαλίων.

Για παράδειγμα, ο μόλυβδος καλύπτεται πάντα με μια μεμβράνη οξειδίου· η μετάβασή του σε διάλυμα απαιτεί όχι μόνο έκθεση σε αντιδραστήριο (για παράδειγμα, αραιό νιτρικό οξύ), αλλά και θέρμανση. Το φιλμ οξειδίου στο αλουμίνιο εμποδίζει την αντίδρασή του με το νερό, αλλά καταστρέφεται υπό τη δράση οξέων και αλκαλίων. Χαλαρό φιλμ οξειδίου (σκουριά), που σχηματίζεται στην επιφάνεια του σιδήρου σε υγρό αέρα, δεν παρεμποδίζει την περαιτέρω οξείδωση του σιδήρου.

Υπό την επίδραση συμπυκνωμένοςοξέα σχηματίζονται στα μέταλλα βιώσιμοςμεμβράνη οξειδίου. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται παθητικοποίηση. Έτσι, σε συμπυκνωμένη θειικό οξύπαθητικοποιημένα (και στη συνέχεια δεν αντιδρούν με οξύ) τέτοια μέταλλα όπως Be, Bi, Co, Fe, Mg και Nb, και σε συμπυκνωμένο νιτρικό οξύ - μέταλλα A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th και U.

Όταν αλληλεπιδρούν με οξειδωτικά μέσα σε όξινα διαλύματα, τα περισσότερα μέταλλα μετατρέπονται σε κατιόντα, το φορτίο των οποίων καθορίζεται από τη σταθερή κατάσταση οξείδωσης ενός δεδομένου στοιχείου σε ενώσεις (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ και Fe 3 +)

Η αναγωγική δραστηριότητα των μετάλλων σε ένα όξινο διάλυμα μεταδίδεται με μια σειρά τάσεων. Τα περισσότερα μέταλλα μετατρέπονται σε διάλυμα υδροχλωρικών και αραιών θειικών οξέων, αλλά Cu, Ag και Hg - μόνο θειικά (συμπυκνωμένα) και νιτρικά οξέα, και Pt και Au - "aqua regia".

Διάβρωση μετάλλων

Μια ανεπιθύμητη χημική ιδιότητα των μετάλλων είναι η ενεργός καταστροφή τους (οξείδωση) κατά την επαφή με το νερό και υπό την επίδραση του οξυγόνου που έχει διαλυθεί σε αυτό. (διάβρωση οξυγόνου).Για παράδειγμα, η διάβρωση προϊόντων σιδήρου στο νερό είναι ευρέως γνωστή, ως αποτέλεσμα της οποίας σχηματίζεται σκουριά και τα προϊόντα θρυμματίζονται σε σκόνη.

Η διάβρωση των μετάλλων προέρχεται στο νερό επίσης λόγω της παρουσίας διαλυμένων αερίων CO 2 και SO 2. δημιουργείται ένα όξινο περιβάλλον και τα κατιόντα H + εκτοπίζονται από ενεργά μέταλλα με τη μορφή υδρογόνου H 2 ( διάβρωση υδρογόνου).

Το σημείο επαφής μεταξύ δύο ανόμοιων μετάλλων μπορεί να είναι ιδιαίτερα διαβρωτικό ( διάβρωση επαφής).Ανάμεσα σε ένα μέταλλο, όπως ο Fe, και ένα άλλο μέταλλο, όπως το Sn ή το Cu, που τοποθετούνται στο νερό, εμφανίζεται ένα γαλβανικό ζεύγος. Η ροή των ηλεκτρονίων πηγαίνει από το πιο ενεργό μέταλλο, που βρίσκεται στα αριστερά στη σειρά τάσεων (Re), στο λιγότερο ενεργό μέταλλο (Sn, Cu) και το πιο ενεργό μέταλλο καταστρέφεται (διαβρώνεται).

Εξαιτίας αυτού, η επικασσιτερωμένη επιφάνεια των κονσερβών (επικασσιτερωμένο σίδερο) σκουριάζει όταν αποθηκεύεται σε υγρή ατμόσφαιρα και χειρίζεται απρόσεκτα (το σίδερο καταρρέει γρήγορα αφού εμφανιστεί ακόμη και μια μικρή γρατσουνιά, επιτρέποντας την επαφή του σιδήρου με την υγρασία). Αντίθετα, η γαλβανισμένη επιφάνεια ενός σιδερένιου κάδου δεν σκουριάζει για μεγάλο χρονικό διάστημα, γιατί ακόμα κι αν υπάρχουν γρατζουνιές, δεν διαβρώνεται ο σίδηρος, αλλά ο ψευδάργυρος (ένα μέταλλο πιο ενεργό από το σίδερο).

Η αντίσταση στη διάβρωση για ένα δεδομένο μέταλλο ενισχύεται όταν επικαλύπτεται με ένα πιο ενεργό μέταλλο ή όταν συντήκονται. για παράδειγμα, η επίστρωση σιδήρου με χρώμιο ή η κατασκευή ενός κράματος σιδήρου με χρώμιο εξαλείφει τη διάβρωση του σιδήρου. Επιχρωμιωμένος σίδηρος και χάλυβας που περιέχουν χρώμιο ( ανοξείδωτο ατσάλι) έχουν υψηλή αντοχή στη διάβρωση.

ηλεκτρομεταλλουργία, δηλ. λήψη μετάλλων με ηλεκτρόλυση τήγματος (για τα πιο ενεργά μέταλλα) ή διαλυμάτων αλάτων.

πυρομεταλλουργία, δηλαδή η ανάκτηση μετάλλων από μεταλλεύματα στο υψηλή θερμοκρασία(για παράδειγμα, λήψη σιδήρου σε μια διαδικασία υψικάμινου).

υδρομεταλλουργίαδηλ. η απομόνωση μετάλλων από διαλύματα των αλάτων τους από πιο ενεργά μέταλλα (για παράδειγμα, η παραγωγή χαλκού από διάλυμα CuSO 4 με τη δράση ψευδαργύρου, σιδήρου ή αλουμινίου).

Τα φυσικά μέταλλα βρίσκονται μερικές φορές στη φύση (τυπικά παραδείγματα είναι τα Ag, Au, Pt, Hg), αλλά πιο συχνά τα μέταλλα έχουν τη μορφή ενώσεων ( μεταλλεύματα μετάλλων). Ανάλογα με την επικράτηση στον φλοιό της γης, τα μέταλλα είναι διαφορετικά: από τα πιο κοινά - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) έως τα πιο σπάνια - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

Αποκαταστατικές ιδιότητες- Αυτές είναι οι κύριες χημικές ιδιότητες όλων των μετάλλων. Εκδηλώνονται σε αλληλεπίδραση με μια μεγάλη ποικιλία οξειδωτικών παραγόντων, συμπεριλαμβανομένων των οξειδωτικών παραγόντων από περιβάλλον. ΣΤΟ γενική εικόναη αλληλεπίδραση ενός μετάλλου με οξειδωτικά μέσα μπορεί να εκφραστεί με το σχήμα:

Εγώ + Οξειδωτικό" Μου(+X),

Όπου (+X) είναι η θετική κατάσταση οξείδωσης του Me.

Παραδείγματα οξείδωσης μετάλλων.

Fe + O 2 → Fe (+3) 4Fe + 3O 2 \u003d 2 Fe 2 O 3

Ti + I 2 → Ti(+4) Ti + 2I 2 = TiI 4

Zn + H + → Zn(+2) Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2

Σειρά δραστηριότητας μετάλλων

Οι αναγωγικές ιδιότητες των μετάλλων διαφέρουν μεταξύ τους. Τα δυναμικά ηλεκτροδίων Ε χρησιμοποιούνται ως ποσοτικό χαρακτηριστικό των αναγωγικών ιδιοτήτων των μετάλλων.

Όσο πιο ενεργό είναι το μέταλλο, τόσο πιο αρνητικό είναι το τυπικό δυναμικό του ηλεκτροδίου E o.

Τα μέταλλα διατάσσονται σε μια σειρά καθώς μειώνεται η οξειδωτική τους δράση σχηματίζουν μια σειρά δραστικότητας.

Σειρά δραστηριότητας μετάλλων

Μου

Li

κ

Ca

Να

mg

Ο Αλ

Mn

Zn

Cr

Fe

Ni

sn

Pb

Η2

Cu

Αγ

Au

Mez+

Li+

Κ+

Ca2+

Na+

Mg2+

Al 3+

Mn2+

Zn2+

Cr3+

Fe2+

Ni2+

sn 2+

Pb 2+

Η+

Cu2+

Αγ+

Au 3+

Ε ο, Β

-3,0

-2,9

-2,87

-2,71

-2,36

-1,66

-1,18

-0,76

-0,74

-0,44

-0,25

-0,14

-0,13

0

+0,34

+0,80

+1,50

Ένα μέταλλο με πιο αρνητική τιμή Eo μπορεί να μειώσει ένα μεταλλικό κατιόν με πιο θετικό δυναμικό ηλεκτροδίου.

Η αναγωγή ενός μετάλλου από ένα διάλυμα του άλατος του με ένα άλλο μέταλλο με μεγαλύτερη αναγωγική δράση ονομάζεται τσιμεντοποίηση.. Η τσιμεντοποίηση χρησιμοποιείται σε μεταλλουργικές τεχνολογίες.

Συγκεκριμένα, το Cd λαμβάνεται με αναγωγή του από διάλυμα του άλατος του με ψευδάργυρο.

Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

3.3. 1. Αλληλεπίδραση μετάλλων με οξυγόνο

Το οξυγόνο είναι ένας ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Μπορεί να οξειδώσει τη συντριπτική πλειονότητα των μετάλλων εκτόςAuκαιPt . Τα μέταλλα στον αέρα έρχονται σε επαφή με το οξυγόνο, επομένως, κατά τη μελέτη της χημείας των μετάλλων, δίνεται πάντα προσοχή στα χαρακτηριστικά της αλληλεπίδρασης ενός μετάλλου με το οξυγόνο.

Όλοι γνωρίζουν ότι ο σίδηρος στον υγρό αέρα καλύπτεται με σκουριά - ενυδατωμένο οξείδιο του σιδήρου. Αλλά πολλά μέταλλα σε συμπαγή κατάσταση σε όχι πολύ υψηλή θερμοκρασία παρουσιάζουν αντοχή στην οξείδωση, αφού σχηματίζουν λεπτές προστατευτικές μεμβράνες στην επιφάνειά τους. Αυτές οι μεμβράνες προϊόντων οξείδωσης δεν επιτρέπουν στον οξειδωτικό παράγοντα να έρθει σε επαφή με το μέταλλο. Το φαινόμενο του σχηματισμού προστατευτικών στρωμάτων στην επιφάνεια του μετάλλου που εμποδίζουν την οξείδωση του μετάλλου ονομάζεται παθητικοποίηση μετάλλου.

Η αύξηση της θερμοκρασίας προάγει την οξείδωση των μετάλλων από το οξυγόνο. Η δραστηριότητα των μετάλλων αυξάνεται στη λεπτώς διαιρεμένη κατάσταση. Τα περισσότερα μέταλλα σε μορφή σκόνης καίγονται σε οξυγόνο.

s-μεταλλα

Εμφανίζεται η μεγαλύτερη αναπλαστική δραστηριότηταμικρό- μέταλλα.Τα μέταλλα Na, K, Rb Cs είναι ικανά να αναφλεγούν στον αέρα και αποθηκεύονται σε σφραγισμένα δοχεία ή κάτω από ένα στρώμα κηροζίνης. Be and Mg στο χαμηλές θερμοκρασίεςπαθητικοποιημένος στον αέρα. Αλλά όταν αναφλέγεται, η λωρίδα Mg καίγεται με μια εκθαμβωτική φλόγα.

μέταλλαIIΟι Α-υποομάδες και το Li, όταν αλληλεπιδρούν με το οξυγόνο, σχηματίζουν οξείδια.

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

4 Li + O 2 \u003d 2 Li 2 O

Αλκαλικά μέταλλα, εκτός απόLi, όταν αλληλεπιδρούν με το οξυγόνο, σχηματίζουν όχι οξείδια, αλλά υπεροξείδιαΜου 2 Ο 2 και υπεροξείδιαMeO 2 .

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

K + O 2 = KO 2

π-μέταλλα

Ανήκει σε μέταλλαΠ- στο block on air παθητικοποιούνται.

Όταν καίγεται σε οξυγόνο

• Τα μέταλλα της υποομάδας IIIA σχηματίζουν οξείδια του τύπου Εγώ 2 Ο 3,
• Το Sn οξειδώνεται σε SNO 2 , και Pb - μέχρι PbO
• Ο Μπι πηγαίνει στο Bi 2 O 3.

δ-μέταλλα

Ολαρε- Τα μέταλλα περιόδου 4 οξειδώνονται με οξυγόνο. Τα Sc, Mn, Fe οξειδώνονται πιο εύκολα. Ιδιαίτερα ανθεκτικό στη διάβρωση Ti, V, Cr.

Όταν καίγεται σε οξυγόνο από όλουςρε

Όταν καίγεται σε οξυγόνο από όλουςρε- στοιχεία της 4ης περιόδου, μόνο το σκάνδιο, το τιτάνιο και το βανάδιο σχηματίζουν οξείδια στα οποία το Me βρίσκεται στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης, ίσο με τον αριθμό της ομάδας.Τα υπόλοιπα d-μέταλλα της 4ης περιόδου, όταν καίγονται σε οξυγόνο, σχηματίζουν οξείδια στα οποία το Me βρίσκεται σε ενδιάμεσες αλλά σταθερές καταστάσεις οξείδωσης.

Τύποι οξειδίων που σχηματίζονται από d-μέταλλα 4 περιόδων κατά την καύση σε οξυγόνο:

• Meoαπό Zn, Cu, Ni, Co. (στο T>1000oС το Cu σχηματίζει Cu 2 O),
• Εγώ 2 Ο 3, σχηματίζουν Cr, Fe και Sc,
• MeO 2 - Mn και Ti
• Το V σχηματίζει το υψηλότερο οξείδιο - V 2 Ο 5 .

ρε-μέταλλα 5ης και 6ης περιόδου, εκτόςΥ, Λα, περισσότερο από όλα τα άλλα μέταλλα είναι ανθεκτικά στην οξείδωση. Μην αντιδράτε με οξυγόνο Au, Pt .

Όταν καίγεται σε οξυγόνορε-μέταλλα 5 και 6 περιόδων, κατά κανόνα, σχηματίζουν υψηλότερα οξείδια, εξαιρούνται τα μέταλλα Ag, Pd, Rh, Ru.

Τύποι οξειδίων που σχηματίζονται από d-μέταλλα 5 και 6 περιόδων κατά την καύση σε οξυγόνο:

• Εγώ 2 Ο 3- μορφή Y, La; Rh;
• MeO 2- Zr, Hf; Ir:
• Εγώ 2 Ο 5- Nb, Ta;
• MeO 3- Μο, Γου
• Εγώ 2 Ο 7- Tc, Re
• Meo 4 - Οσ
• MeO- Cd, Hg, Pd;
• Εγώ 2 Ο- Αγ;

Η αλληλεπίδραση μετάλλων με οξέα

Σε όξινα διαλύματα, το κατιόν υδρογόνου είναι ένας οξειδωτικός παράγοντας.. Το κατιόν Η+ μπορεί να οξειδώσει μέταλλα της σειράς δραστηριότητας σε υδρογόνο, δηλ. με αρνητικά δυναμικά ηλεκτροδίων.

Πολλά μέταλλα, όταν οξειδωθούν, σε όξινα υδατικά διαλύματα, πολλά μετατρέπονται σε κατιόνταΜεζ + .

Τα ανιόντα ενός αριθμού οξέων είναι ικανά να επιδεικνύουν οξειδωτικές ιδιότητες που είναι ισχυρότερες από το H+. Τέτοιοι οξειδωτικοί παράγοντες περιλαμβάνουν ανιόντα και τα πιο κοινά οξέα H 2 ΕΤΣΙ 4 καιHNO 3 .

Ανιόντα NO 3 - παρουσιάζουν οξειδωτικές ιδιότητες σε οποιαδήποτε συγκέντρωση στο διάλυμα, αλλά τα προϊόντα αναγωγής εξαρτώνται από τη συγκέντρωση του οξέος και τη φύση του οξειδωμένου μετάλλου.

Τα ανιόντα SO 4 2- παρουσιάζουν οξειδωτικές ιδιότητες μόνο σε πυκνό H 2 SO 4 .

Προϊόντα μείωσης οξειδωτών: H + , NO 3 - , ΕΤΣΙ 4 2 -

2Η + + 2e - =H 2

ΕΤΣΙ 4 2- από συμπυκνωμένο H 2 SO 4 ΕΤΣΙ 4 2- + 2e - + 4 H + = ΕΤΣΙ 2 + 2 H 2 Ο

(πιθανός και ο σχηματισμός S, H 2 S)

NO 3 - από συμπυκνωμένο HNO 3 ΝΟ 3 - + ε - +2Η+= NO 2 + H 2 O
NO 3 - από αραιωμένο HNO 3 NO 3 - + 3e - +4Η+=ΟΧΙ + 2Η2Ο

(Είναι επίσης δυνατός ο σχηματισμός N 2 O, N 2, NH 4 +)

Παραδείγματα αντιδράσεων αλληλεπίδρασης μετάλλων με οξέα

Zn + H 2 SO 4 (razb.) "ZnSO 4 + H 2

8Al + 15H 2 SO 4 (γ.) "4Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 S + 12H 2 O

3Ni + 8HNO 3 (deb.) " 3Ni(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

Cu + 4HNO 3 (γ.) "Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Προϊόντα οξείδωσης μετάλλων σε όξινα διαλύματα

Τα αλκαλιμέταλλα σχηματίζουν ένα κατιόν του τύπου Me +, τα s-μέταλλα της δεύτερης ομάδας σχηματίζουν κατιόνταΕγώ 2+.

Τα μέταλλα του μπλοκ p, όταν διαλύονται σε οξέα, σχηματίζουν τα κατιόντα που υποδεικνύονται στον πίνακα.

Τα μέταλλα Pb και Bi διαλύονται μόνο στο νιτρικό οξύ.

Μου	Ο Αλ	Ga	Σε	Tl	sn	Pb	Bi
Mez+	Al 3+	Ga3+	Σε 3+	Tl+	sn 2+	Pb 2+	Bi 3+
Eo,B	-1,68	-0,55	-0,34	-0,34	-0,14	-0,13	+0,317

Όλα τα d-metals 4 περιόδους εκτός Cu , μπορεί να οξειδωθεί με ιόνταΗ+ σε όξινα διαλύματα.

Τύποι κατιόντων που σχηματίζονται από d-μέταλλα 4 περιόδους:

• Εγώ 2+(σχηματίζουν d-μέταλλα που κυμαίνονται από Mn έως Cu)
• εγω 3+ (από Sc, Ti, V, Cr και Fe σε νιτρικό οξύ).
• Το Ti και το V σχηματίζουν επίσης κατιόντα MeO 2+

ρε-Τα στοιχεία των περιόδων 5 και 6 είναι πιο ανθεκτικά στην οξείδωση από το 4ρε- μέταλλα.

Σε όξινα διαλύματα, το H + μπορεί να οξειδώσει: Y, La, Cd.

Στο ΗΝΟ 3 μπορούν να διαλυθούν: Cd, Hg, Ag. Το θερμό ΗΝΟ 3 διαλύει Pd, Tc, Re.

Σε ζεστό H 2 SO 4 διαλύονται: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg.

Μέταλλα: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W συνήθως διαλύονται σε μείγμα HNO 3 + HF.

Σε aqua regia (μίγματα HNO 3 + HCl) τα Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au και Os μπορούν να διαλυθούν με δυσκολία. Ο λόγος για τη διάλυση των μετάλλων σε aqua regia ή σε μείγμα HNO 3 + HF είναι ο σχηματισμός σύνθετων ενώσεων.

Παράδειγμα. Η διάλυση του χρυσού στο aqua regia καθίσταται δυνατή λόγω του σχηματισμού ενός συμπλέγματος -

Au + HNO 3 + 4HCl \u003d H + NO + 2H 2 O

Αλληλεπίδραση μετάλλων με νερό

Οφείλονται οι οξειδωτικές ιδιότητες του νερούΗ(+1).

2H 2 O + 2e -" H 2 + 2OH -

Δεδομένου ότι η συγκέντρωση του H + στο νερό είναι χαμηλή, οι οξειδωτικές του ιδιότητες είναι χαμηλές. Τα μέταλλα μπορούν να διαλυθούν στο νερόμι< - 0,413 B. Число металлов, удовлетворяющих этому условию, значительно больше, чем число металлов, реально растворяющихся в воде. Причиной этого является образование на поверхности большинства металлов плотного слоя оксида, нерастворимого в воде. Если оксиды и гидроксиды металла растворимы в воде, то этого препятствия нет, поэтому щелочные и щелочноземельные металлы энергично растворяются в воде. Ολαμικρό- μέταλλα, εκτός από Be και Mg εύκολα διαλυτό στο νερό.

2 Να + 2 HOH = H 2 + 2 Ω -

Το Na αντιδρά έντονα με το νερό, απελευθερώνοντας θερμότητα. Το εκπεμπόμενο H 2 μπορεί να αναφλεγεί.

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

Το Mg διαλύεται μόνο σε βραστό νερό, το Be προστατεύεται από την οξείδωση από ένα αδρανές αδιάλυτο οξείδιο

Τα μέταλλα p-block είναι λιγότερο ισχυροί αναγωγικοί παράγοντες από όμικρό.

Μεταξύ των p-μετάλλων, η αναγωγική δραστηριότητα είναι υψηλότερη για τα μέταλλα της υποομάδας IIIA, το Sn και το Pb είναι ασθενείς αναγωγικοί παράγοντες, το Bi έχει Eo > 0.

Τα π-μέταλλα δεν διαλύονται στο νερό υπό κανονικές συνθήκες. Όταν το προστατευτικό οξείδιο διαλύεται από την επιφάνεια σε αλκαλικά διαλύματα, τα Al, Ga και Sn οξειδώνονται με νερό.

Μεταξύ των d-μετάλλων, οξειδώνονται από το νερόόταν θερμαίνεται Sc και Mn, La, Y. Ο σίδηρος αντιδρά με υδρατμούς.

Αλληλεπίδραση μετάλλων με αλκαλικά διαλύματα

Σε αλκαλικά διαλύματα, το νερό δρα ως οξειδωτικός παράγοντας..

2H 2 O + 2e - \u003dH 2 + 2OH - Eo \u003d - 0,826 B (pH \u003d 14)

Οι οξειδωτικές ιδιότητες του νερού μειώνονται με την αύξηση του pH, λόγω της μείωσης της συγκέντρωσης του H +. Παρόλα αυτά, ορισμένα μέταλλα που δεν διαλύονται στο νερό διαλύονται σε αλκαλικά διαλύματα,για παράδειγμα, Al, Zn και μερικά άλλα. κύριος λόγοςΗ διάλυση τέτοιων μετάλλων σε αλκαλικά διαλύματα είναι ότι τα οξείδια και τα υδροξείδια αυτών των μετάλλων παρουσιάζουν αμφοτερικότητα, διαλύονται σε αλκάλια, εξαλείφοντας το φράγμα μεταξύ του οξειδωτικού και του αναγωγικού παράγοντα.

Παράδειγμα. Διάλυση του Al σε διάλυμα NaOH.

2Al + 3H 2 O + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na + 3H 2

Αυτό το μάθημα είναι αφιερωμένο στη μελέτη του θέματος «Γενικές ιδιότητες των μετάλλων. Μεταλλική σύνδεση. Κατά τη διάρκεια του μαθήματος θα εξεταστούν οι γενικές χημικές ιδιότητες των μετάλλων, τα χαρακτηριστικά του μεταλλικού χημικού δεσμού. Ο δάσκαλος θα εξηγήσει τις ομοιότητες μεταξύ των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων των μετάλλων χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο τους εσωτερική δομή.

Θέμα: Χημεία μετάλλων

Μάθημα: Γενικές ιδιότητες των μετάλλων. μεταλλική σύνδεση

Τα μέταλλα χαρακτηρίζονται από κοινές φυσικές ιδιότητες: έχουν ιδιαίτερη μεταλλική λάμψη, υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα και ολκιμότητα.

Τα μέταλλα έχουν επίσης κοινές χημικές ιδιότητες. Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι στις χημικές αντιδράσεις, τα μέταλλα δρουν ως αναγωγικοί παράγοντες: δίνουν ηλεκτρόνια και αυξάνουν την κατάσταση οξείδωσής τους. Εξετάστε μερικές αντιδράσεις στις οποίες συμμετέχουν μέταλλα.

ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΕ ΟΞΥΓΟΝΟ

Πολλά μέταλλα μπορούν να αντιδράσουν με το οξυγόνο. Συνήθως τα προϊόντα αυτών των αντιδράσεων είναι οξείδια, αλλά υπάρχουν και εξαιρέσεις, για τις οποίες θα μάθετε στο επόμενο μάθημα. Εξετάστε την αλληλεπίδραση του μαγνησίου με το οξυγόνο.

Το μαγνήσιο καίγεται σε οξυγόνο για να σχηματίσει οξείδιο του μαγνησίου:

2Mg + O 2 \u003d 2MgO

Ρύζι. 1. Καύση μαγνησίου σε οξυγόνο

Τα άτομα μαγνησίου δωρίζουν τα εξωτερικά τους ηλεκτρόνια στα άτομα οξυγόνου: δύο άτομα μαγνησίου δίνουν δύο ηλεκτρόνια το καθένα σε δύο άτομα οξυγόνου. Στην περίπτωση αυτή, το μαγνήσιο δρα ως αναγωγικός παράγοντας και το οξυγόνο ως οξειδωτικός παράγοντας.

Τα μέταλλα αντιδρούν με αλογόνα. Το προϊόν αυτής της αντίδρασης είναι ένα αλογονίδιο μετάλλου, όπως το χλωρίδιο.

Ρύζι. 2. Καύση καλίου σε χλώριο

Το κάλιο καίγεται σε χλώριο για να σχηματίσει χλωριούχο κάλιο:

2K + Cl 2 \u003d 2KCl

Δύο άτομα καλίου δίνουν ένα ηλεκτρόνιο στο μόριο του χλωρίου. Το κάλιο, αυξάνοντας την κατάσταση οξείδωσης, παίζει το ρόλο του αναγωγικού παράγοντα και το χλώριο, μειώνοντας την κατάσταση οξείδωσης, παίζει το ρόλο ενός οξειδωτικού παράγοντα.

Πολλά μέταλλα αντιδρούν με το θείο για να σχηματίσουν σουλφίδια. Σε αυτές τις αντιδράσεις, τα μέταλλα δρουν επίσης ως αναγωγικοί παράγοντες, ενώ το θείο θα ενεργήσει ως οξειδωτικός παράγοντας. Το θείο στα σουλφίδια βρίσκεται σε κατάσταση οξείδωσης -2, δηλ. μειώνει την οξειδωτική του κατάσταση από 0 σε -2. Για παράδειγμα, όταν θερμαίνεται, ο σίδηρος αντιδρά με το θείο για να σχηματίσει θειούχο σίδηρο (II):

Ρύζι. 3. Αλληλεπίδραση σιδήρου με θείο

Τα μέταλλα μπορούν επίσης να αντιδράσουν με υδρογόνο, άζωτο και άλλα αμέταλλα υπό ορισμένες συνθήκες.

Μόνο ενεργά μέταλλα, όπως το αλκάλιο και η αλκαλική γη, αντιδρούν με το νερό χωρίς θέρμανση. Κατά τη διάρκεια αυτών των αντιδράσεων, σχηματίζεται αλκάλιο και απελευθερώνεται αέριο υδρογόνο. Για παράδειγμα, το ασβέστιο αντιδρά με το νερό για να σχηματίσει υδροξείδιο ασβεστίου και υδρογόνο, απελευθερώνοντας ένας μεγάλος αριθμός απόθερμότητα:

Ca + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2

Τα λιγότερο ενεργά μέταλλα, όπως ο σίδηρος και ο ψευδάργυρος, αντιδρούν με το νερό μόνο όταν θερμαίνονται για να σχηματίσουν οξείδιο μετάλλου και υδρογόνο. Για παράδειγμα:

Zn + H 2 O \u003d ZnO + H 2

Σε αυτές τις αντιδράσεις, ο οξειδωτικός παράγοντας είναι το άτομο υδρογόνου, το οποίο είναι μέρος του νερού.

Τα μέταλλα στα δεξιά του υδρογόνου στη σειρά τάσης δεν αντιδρούν με το νερό.

Γνωρίζετε ήδη ότι τα μέταλλα που βρίσκονται στη σειρά τάσεων στα αριστερά του υδρογόνου αντιδρούν με οξέα. Σε αυτές τις αντιδράσεις, τα μέταλλα δίνουν ηλεκτρόνια και λειτουργούν ως αναγωγικός παράγοντας. Ο οξειδωτικός παράγοντας είναι κατιόντα υδρογόνου που σχηματίζονται σε όξινα διαλύματα. Για παράδειγμα, ο ψευδάργυρος αντιδρά με το υδροχλωρικό οξύ:

Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2

Διαφορετικά προχωρούν οι αντιδράσεις των μετάλλων με νιτρικό και πυκνό θειικό οξύ. Σχεδόν δεν απελευθερώνεται υδρογόνο σε αυτές τις αντιδράσεις. Θα μιλήσουμε για τέτοιες αλληλεπιδράσεις στα επόμενα μαθήματα.

Ένα μέταλλο μπορεί να αντιδράσει με ένα διάλυμα άλατος εάν είναι πιο ενεργό από το μέταλλο στο αλάτι. Για παράδειγμα, ο σίδηρος αντικαθιστά τον χαλκό από τον θειικό χαλκό (II):

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu

Ο σίδηρος είναι αναγωγικός παράγοντας, τα κατιόντα του χαλκού είναι οξειδωτικός παράγοντας.

Ας προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε γιατί τα μέταλλα έχουν κοινές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Για να το κάνετε αυτό, εξετάστε ένα μοντέλο της εσωτερικής δομής του μετάλλου.

Τα άτομα μετάλλου έχουν σχετικά μεγάλες ακτίνες και μικρό αριθμό εξωτερικών ηλεκτρονίων. Αυτά τα ηλεκτρόνια έλκονται ασθενώς στον πυρήνα, επομένως, σε χημικές αντιδράσεις, τα μέταλλα λειτουργούν ως αναγωγικοί παράγοντες, δωρίζοντας ηλεκτρόνια από το εξωτερικό επίπεδο ενέργειας.

Στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος των μετάλλων δεν υπάρχουν μόνο ουδέτερα άτομα, αλλά και μεταλλικά κατιόντα, γιατί Τα εξωτερικά ηλεκτρόνια κινούνται ελεύθερα στο κρυσταλλικό πλέγμα. Στην περίπτωση αυτή, τα άτομα, δωρίζοντας ηλεκτρόνια, γίνονται κατιόντα και τα κατιόντα, που δέχονται ηλεκτρόνια, μετατρέπονται σε ηλεκτρικά ουδέτερα άτομα.

Ρύζι. 4. Μοντέλο της εσωτερικής δομής του μετάλλου

Ένας χημικός δεσμός που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της έλξης κατιόντων μετάλλων σε ελεύθερα κινούμενα ηλεκτρόνια ονομάζεται μεταλλικός.

Η ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα των μετάλλων εξηγείται από την παρουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων, τα οποία μπορούν να είναι φορείς ηλεκτρικό ρεύμακαι φορείς θερμότητας. Η πλαστικότητα του μετάλλου εξηγείται από το γεγονός ότι υπό μηχανική δράση ο χημικός δεσμός δεν σπάει, γιατί. Ένας χημικός δεσμός δεν δημιουργείται μεταξύ συγκεκριμένων ατόμων και κατιόντων, αλλά μεταξύ όλων των μεταλλικών κατιόντων με όλα τα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε έναν μεταλλικό κρύσταλλο.

1. Mikityuk A.D. Συλλογή εργασιών και ασκήσεων στη χημεία. Τάξεις 8-11 / Α.Δ. Μικιτιούκ. - Μ.: Εκδ. "Εξεταστική", 2009.

2. Orzhekovsky P.A. Χημεία: 9η τάξη: σχολικό βιβλίο. για στρατηγό ενστ. / Π.Α. Orzhekovsky, L.M. Meshcheryakova, L.S. Ποντάκ. - M.: AST: Astrel, 2007. (§23)

3. Orzhekovsky P.A. Χημεία: 9η τάξη: εγχειρίδιο γενικής αγωγής. ενστ. / Π.Α. Orzhekovsky, L.M. Meshcheryakova, M.M. Shalashova. - Μ.: Astrel, 2013. (§6)

4. Ρουτζίτης Γ.Ε. Χημεία: ανόργανη. χημεία. Οργανο. χημεία: σχολικό βιβλίο. για 9 κύτταρα. / Γ.Ε. Ρουτζίτης, Φ.Γ. Φέλντμαν. - M .: Εκπαίδευση, JSC "Εγχειρίδια της Μόσχας", 2009.

5. Khomchenko I.D. Συλλογή προβλημάτων και ασκήσεων στη χημεία για το λύκειο. - Μ.: RIA" Νέο κύμα": Εκδότης Umerenkov, 2008.

6. Εγκυκλοπαίδεια για παιδιά. Τόμος 17. Χημεία / Κεφ. εκδ. V.A. Volodin, επικεφαλής. επιστημονικός εκδ. I. Leenson. - Μ.: Avanta +, 2003.

Πρόσθετοι πόροι ιστού

1. Μια ενιαία συλλογή ψηφιακών εκπαιδευτικών πόρων (βιντεοεμπειρίες σχετικά με το θέμα) ().

2. Ηλεκτρονική έκδοση του περιοδικού "Chemistry and Life" ().

Εργασία για το σπίτι

σελ.41 Αρ. Α1, Α2 από το P.A. Orzhekovsky’s Textbook. «Χημεία: 9η τάξη» (Μ.: Astrel, 2013).

Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να θυμόμαστε ότι τα μέταλλα χωρίζονται γενικά σε τρεις ομάδες:

1) Ενεργά μέταλλα: Αυτά τα μέταλλα περιλαμβάνουν όλα τα μέταλλα αλκαλίων, τα μέταλλα των αλκαλικών γαιών, καθώς και το μαγνήσιο και το αλουμίνιο.

2) Μέταλλα μέσης δραστικότητας: περιλαμβάνουν μέταλλα που βρίσκονται μεταξύ αλουμινίου και υδρογόνου στη σειρά δραστηριότητας.

3) Ανενεργά μέταλλα: μέταλλα που βρίσκονται στη σειρά δραστηριότητας στα δεξιά του υδρογόνου.

Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να θυμάστε ότι τα μέταλλα χαμηλής δράσης (δηλαδή αυτά που βρίσκονται μετά το υδρογόνο) δεν αντιδρούν με το νερό σε καμία περίπτωση.

Τα μέταλλα αλκαλίων και αλκαλικών γαιών αντιδρούν με το νερό υπό οποιεσδήποτε συνθήκες (ακόμη και σε κανονική θερμοκρασία και στο κρύο), ενώ η αντίδραση συνοδεύεται από έκλυση υδρογόνου και σχηματισμό υδροξειδίου μετάλλου. Για παράδειγμα:

2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2

Το μαγνήσιο, λόγω του ότι είναι καλυμμένο με προστατευτική μεμβράνη οξειδίου, αντιδρά με το νερό μόνο όταν βράσει. Όταν θερμαίνεται σε νερό, το φιλμ οξειδίου που αποτελείται από MgO καταστρέφεται και το μαγνήσιο που βρίσκεται κάτω από αυτό αρχίζει να αντιδρά με το νερό. Στην περίπτωση αυτή, η αντίδραση συνοδεύεται επίσης από την έκλυση υδρογόνου και το σχηματισμό υδροξειδίου μετάλλου, το οποίο όμως είναι αδιάλυτο στην περίπτωση του μαγνησίου:

Mg + 2H 2 O \u003d Mg (OH) 2 ↓ + H 2

Το αλουμίνιο, όπως και το μαγνήσιο, καλύπτεται με μια προστατευτική μεμβράνη οξειδίου, αλλά σε αυτή την περίπτωση δεν μπορεί να καταστραφεί με το βράσιμο. Για την αφαίρεσή του απαιτείται είτε μηχανικός καθαρισμός (με κάποιο είδος λειαντικού) είτε χημική καταστροφή του με αλκάλια, διαλύματα αλάτων υδραργύρου ή αλάτων αμμωνίου:

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2

Μέταλλα μέσης δραστικότητας αντιδρούν με το νερό μόνο όταν αυτό βρίσκεται σε κατάσταση υπερθερμασμένου υδρατμού. Σε αυτή την περίπτωση, το ίδιο το μέταλλο πρέπει να θερμανθεί σε θερμή θερμοκρασία (περίπου 600-800 ° C). Σε αντίθεση με τα ενεργά μέταλλα, τα μέταλλα ενδιάμεσης δραστικότητας, όταν αντιδρούν με το νερό, σχηματίζουν οξείδια μετάλλων αντί για υδροξείδια. Το προϊόν αναγωγής σε αυτή την περίπτωση είναι το υδρογόνο:

Zn + H 2 O \u003d ZnO + H 2

3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2 ή

Fe + H 2 O \u003d FeO + H 2 (ανάλογα με τον βαθμό θέρμανσης)