Tipični i atipični metali. Opća svojstva metala. Metalni spoj. Reakcije metala s kiselinama

Postoje tehnološka, ​​fizikalna, mehanička i kemijska svojstva metala. Fizičke uključuju boju, električnu vodljivost. Karakteristike ove skupine također uključuju toplinsku vodljivost, topljivost i gustoću metala.

Mehanička svojstva uključuju plastičnost, elastičnost, tvrdoću, čvrstoću, viskoznost.

Kemijska svojstva metali uključuju otpornost na koroziju, topljivost i sposobnost oksidacije.

Karakteristike kao što su "fluidnost", kaljivost, zavarljivost, duktilnost, su tehnološke.

Fizička svojstva

1. Boja. Metali ne propuštaju svjetlost kroz sebe, odnosno neprozirni su. U reflektiranoj svjetlosti svaki element ima svoju nijansu – boju. Među tehničkim metalima boju imaju samo bakar i njegove legure. Preostale elemente karakterizira nijansa od srebrno-bijele do sivo-čelične.
2. Topljivost. Ova karakteristika ukazuje na sposobnost elementa da pod utjecajem temperature prijeđe iz krutog u tekuće stanje. Topljivost se smatra najvažnijim svojstvom metala. U procesu zagrijavanja svi metali iz čvrstog stanja prelaze u tekuće stanje. Kada se rastaljena tvar ohladi, dolazi do obrnutog prijelaza - iz tekućeg u kruto stanje.
3. Električna provodljivost. Ova karakteristika ukazuje na sposobnost prijenosa električne energije slobodnim elektronima. Električna vodljivost metalnih tijela tisućama je puta veća od one nemetalnih. S porastom temperature smanjuje se vodljivost elektriciteta, a sniženjem temperature, sukladno tome, raste. Treba napomenuti da će električna vodljivost legura uvijek biti niža od one bilo kojeg metala koji čini leguru.
4. Magnetska svojstva. Jasno magnetski (feromagnetski) elementi uključuju samo kobalt, nikal, željezo, kao i niz njihovih legura. Međutim, u procesu zagrijavanja do određene temperature te tvari gube svoj magnetizam. Pojedine legure željeza na sobnoj temperaturi nisu feromagnetske.
5. Toplinska vodljivost. Ova karakteristika ukazuje na sposobnost prijenosa topline na manje zagrijano s jače zagrijanog tijela bez vidljivog pomicanja njegovih sastavnih čestica. Visoka razina toplinske vodljivosti omogućuje ravnomjerno i brzo zagrijavanje i hlađenje metala. Među tehničkim elementima, bakar ima najveći pokazatelj.

Metali zauzimaju posebno mjesto u kemiji. Prisutnost odgovarajućih karakteristika omogućuje korištenje određene tvari u određenom području.

Kemijska svojstva metala

1. Otpornost na koroziju. Korozija je uništavanje tvari kao rezultat elektrokemijskog ili kemijskog odnosa s okolinom. Najčešći primjer je hrđanje željeza. Otpornost na koroziju jedno je od najvažnijih prirodnih svojstava niza metala. U tom smislu, tvari kao što su srebro, zlato, platina nazivaju se plemenitim. Ima visoku otpornost na koroziju. Nikal i drugi obojeni metali podložni su bržem i jačem uništavanju od obojenih metala.
2. Oksidabilnost. Ova karakteristika ukazuje na sposobnost elementa da reagira s O2 pod utjecajem oksidirajućih sredstava.
3. Topljivost. Metali koji imaju neograničenu topljivost u tekućem stanju mogu u skrućivanju tvoriti čvrste otopine. U tim otopinama atomi jedne komponente ugrađeni su u drugu komponentu samo unutar određenih granica.

Treba napomenuti da su fizikalna i kemijska svojstva metala jedna od glavnih karakteristika ovih elemenata.

Ako povučemo dijagonalu od berilija do astatina u periodnom sustavu elemenata D. I. Mendelejeva, tada će na dijagonali dolje lijevo biti metalni elementi (oni također uključuju elemente sekundarnih podskupina, označene plavom bojom), a nemetalni elementi gore desno (istaknuti žuta boja). Elementi koji se nalaze u blizini dijagonale - polumetali ili metaloidi (B, Si, Ge, Sb, itd.) Imaju dvostruki karakter (istaknuti ružičastom bojom).

Kao što se može vidjeti sa slike, velika većina elemenata su metali.

Na svoj način kemijske prirode Metali su kemijski elementi čiji atomi doniraju elektrone s vanjske ili predvanjske energetske razine, tvoreći tako pozitivno nabijene ione.

Gotovo svi metali imaju relativno velike radijuse i mali broj elektrona (od 1 do 3) na vanjskoj energetskoj razini. Metale karakteriziraju niske vrijednosti elektronegativnosti i redukcijska svojstva.

Najtipičniji metali nalaze se na početku perioda (počevši od drugog), dalje slijeva nadesno, metalna svojstva slabe. U skupini od vrha prema dolje pojačavaju se metalna svojstva jer se povećava radijus atoma (zbog povećanja broja energetskih razina). To dovodi do smanjenja elektronegativnosti (sposobnosti privlačenja elektrona) elemenata i povećanja redukcijskih svojstava (sposobnosti doniranja elektrona drugim atomima u kemijske reakcije).

tipičan metali su s-elementi (elementi IA skupine od Li do Fr. elementi PA skupine od Mg do Ra). Opća elektronska formula njihovih atoma je ns 1-2. Karakterizirani su oksidacijskim stanjima + I, odnosno + II.

Mali broj elektrona (1-2) u vanjskoj energetskoj razini tipičnih metalnih atoma sugerira da se ti elektroni lako gube i pokazuju jaka redukcijska svojstva, koja odražavaju niske vrijednosti elektronegativnosti. To podrazumijeva ograničena kemijska svojstva i metode za dobivanje tipičnih metala.

Karakteristična značajka tipičnih metala je sklonost njihovih atoma stvaranju kationa i ionskih kemijskih veza s atomima nemetala. Spojevi tipičnih metala s nemetalima su ionski kristali "metalni kation anion nemetala", na primjer, K + Br -, Ca 2+ O 2-. Tipični metalni kationi također su uključeni u spojeve s kompleksnim anionima - hidroksidi i soli, na primjer, Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-.

Metali A-skupine koji tvore amfoternu dijagonalu u Be-Al-Ge-Sb-Po periodnom sustavu, kao i metali uz njih (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) ne pokazuju tipična metalna svojstva . Opća elektronska formula njihovih atoma ns 2 np 0-4 podrazumijeva veću raznolikost oksidacijskih stanja, veću sposobnost zadržavanja vlastitih elektrona, postupno smanjenje njihove redukcijske sposobnosti i pojavu oksidacijske sposobnosti, osobito u visokim oksidacijskim stanjima (tipični primjeri su spojevi Tl III, Pb IV, Bi v ). Slično kemijsko ponašanje svojstveno je i većini (d-elementi, tj. elementi B-skupine periodnog sustava (tipični primjeri su amfoterni elementi Cr i Zn).

Ova manifestacija dualnosti (amfoternih) svojstava, i metalnih (bazičnih) i nemetalnih, posljedica je prirode kemijske veze. U čvrstom stanju spojevi atipičnih metala s nemetalima sadrže pretežno kovalentne veze (ali manje jake od veza između nemetala). U otopini se te veze lako kidaju, a spojevi disociraju na ione (potpuno ili djelomično). Na primjer, metalni galij sastoji se od molekula Ga 2, u krutom stanju aluminij i živa (II) kloridi AlCl 3 i HgCl 2 sadrže jake kovalentne veze, ali u otopini AlCl 3 gotovo potpuno disocira, a HgCl 2 - na vrlo malu opsegu (a zatim u ione HgCl + i Cl -).

Opća fizikalna svojstva metala

Zbog prisutnosti slobodnih elektrona ("elektronski plin") u kristalnoj rešetki, svi metali pokazuju sljedeća karakteristična opća svojstva:

1) Plastični- mogućnost lakog mijenjanja oblika, razvlačenja u žicu, motanja u tanke listove.

2) metalni sjaj i neprozirnost. To je zbog interakcije slobodnih elektrona sa svjetlošću koja pada na metal.

3) Električna provodljivost. Objašnjava se usmjerenim kretanjem slobodnih elektrona od negativnog prema pozitivnom polu pod utjecajem male razlike potencijala. Kada se zagrijava, električna vodljivost se smanjuje, jer. s porastom temperature pojačavaju se vibracije atoma i iona u čvorovima kristalne rešetke, što otežava usmjereno kretanje "elektronskog plina".

4) Toplinska vodljivost. To je zbog velike pokretljivosti slobodnih elektrona, zbog čega se temperatura brzo izjednačava s masom metala. Najveću toplinsku vodljivost imaju bizmut i živa.

5) Tvrdoća. Najtvrđi je krom (reže staklo); najmekši - alkalijski metali - kalij, natrij, rubidij i cezij - režu se nožem.

6) Gustoća. Ono je manje, što je manja atomska masa metala i što je veći radijus atoma. Najlakši je litij (ρ=0,53 g/cm3); najteži je osmij (ρ=22,6 g/cm3). Metali gustoće manje od 5 g/cm3 smatraju se "lakim metalima".

7) Tališta i vrelišta. Najtaljiviji metal je živa (t.t. = -39°C), najvatrostalniji metal je volfram (t°m. = 3390°C). Metali s t°pl. iznad 1000 ° C smatraju se vatrostalnim, ispod - niske točke taljenja.

Opća kemijska svojstva metala

Jaki redukcijski agensi: Me 0 – nē → Me n +

Brojni stresovi karakteriziraju usporednu aktivnost metala u redoks reakcijama u vodenim otopinama.

I. Reakcije metala s nemetalima

1) S kisikom:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Sa sumporom:
Hg + S → HgS

3) S halogenima:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) S dušikom:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) S fosforom:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) S vodikom (reagiraju samo alkalijski i zemnoalkalijski metali):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Reakcije metala s kiselinama

1) Metali koji stoje u elektrokemijskom nizu napona do H reduciraju neoksidirajuće kiseline u vodik:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) S oksidirajućim kiselinama:

U interakciji dušične kiseline bilo koje koncentracije i koncentrirane sumporne kiseline s metalima vodik se nikada ne oslobađa!

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) + Su → Su (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Međudjelovanje metala s vodom

1) Aktivni (alkalijski i zemnoalkalijski metali) tvore topljivu bazu (alkalije) i vodik:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) Metali srednje aktivnosti oksidiraju vodom kada se zagrijavaju do oksida:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Neaktivno (Au, Ag, Pt) - ne reagiraju.

IV. Istiskivanje aktivnijim metalima manje aktivnih metala iz otopina njihovih soli:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

U industriji se često ne koriste čisti metali, već njihove mješavine - legure u kojem se korisna svojstva jednog metala nadopunjuju korisnim svojstvima drugog. Dakle, bakar ima malu tvrdoću i malo se koristi za izradu strojnih dijelova, dok su legure bakra s cinkom ( mjed) već su prilično tvrdi i naširoko se koriste u strojogradnji. Aluminij ima visoku duktilnost i dovoljnu lakoću (niska gustoća), ali je previše mekan. Na njegovoj osnovi priprema se legura s magnezijem, bakrom i manganom - duraluminij (duraluminij), koji bez gubitka korisna svojstva aluminij, dobiva visoku tvrdoću i postaje pogodan za zrakoplovnu industriju. Legure željeza s ugljikom (i dodacima drugih metala) nadaleko su poznate lijevano željezo i željezo.

Metali u slobodnom obliku su redukciona sredstva. Međutim, reaktivnost nekih metala je niska zbog činjenice da su prekriveni površinski oksidni film, u različitim stupnjevima otporan na djelovanje takvih kemijskih reagensa kao što su voda, otopine kiselina i lužina.

Na primjer, olovo je uvijek prekriveno oksidnim filmom, njegov prijelaz u otopinu zahtijeva ne samo izlaganje reagensu (na primjer, razrijeđenoj dušičnoj kiselini), već i zagrijavanje. Oksidni film na aluminiju sprječava njegovu reakciju s vodom, ali se uništava pod djelovanjem kiselina i lužina. Labavi oksidni film (hrđa), koji nastaje na površini željeza u vlažnom zraku, ne ometa daljnju oksidaciju željeza.

Pod utjecajem koncentrirana na metalima nastaju kiseline održivi oksidni film. Ova pojava se zove pasivizacija. Dakle, u koncentriranom sumporne kiseline pasivizirani (i tada ne reagiraju s kiselinom) metali kao što su Be, Bi, Co, Fe, Mg i Nb, te u koncentriranoj dušičnoj kiselini - metali A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th i U.

U interakciji s oksidacijskim sredstvima u kiselim otopinama, većina metala pretvara se u katione, čiji je naboj određen stabilnim oksidacijskim stanjem danog elementa u spojevima (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ i Fe 3 +)

Redukcijska aktivnost metala u kiseloj otopini prenosi se nizom naprezanja. Većina metala se pretvara u otopinu klorovodične i razrijeđene sumporne kiseline, ali Cu, Ag i Hg - samo sumporna (koncentrirana) i dušična kiselina, a Pt i Au - "aqua regia".

Korozija metala

Nepoželjno kemijsko svojstvo metala je njihovo, odnosno aktivno razaranje (oksidacija) u dodiru s vodom i pod utjecajem u njoj otopljenog kisika. (kisikova korozija). Na primjer, nadaleko je poznata korozija željeznih proizvoda u vodi, uslijed čega nastaje hrđa, a proizvodi se raspadaju u prah.

Korozija metala odvija se iu vodi zbog prisutnosti otopljenih plinova CO 2 i SO 2 ; stvara se kiseli okoliš, a kationi H + istiskuju se aktivnim metalima u obliku vodika H 2 ( vodikova korozija).

Točka kontakta između dva različita metala može biti posebno korozivna ( kontaktna korozija). Između jednog metala, kao što je Fe, i drugog metala, kao što je Sn ili Cu, stavljenih u vodu, pojavljuje se galvanski par. Tok elektrona ide od aktivnijeg metala, koji je lijevo u nizu napona (Re), prema manje aktivnom metalu (Sn, Cu), a aktivniji metal se uništava (korodira).

Zbog toga pokositrena površina limenki (pokositreno željezo) hrđa pri skladištenju u vlažnoj atmosferi i nepažljivom rukovanju (željezo se brzo sruši nakon čak i male ogrebotine, što omogućuje kontakt željeza s vlagom). Naprotiv, pocinčana površina željezne kante dugo ne hrđa, jer čak i ako ima ogrebotina, ne korodira željezo, već cink (aktivniji metal od željeza).

Otpornost na koroziju za određeni metal je povećana kada je obložen aktivnijim metalom ili kada su spojeni; na primjer, premazivanje željeza kromom ili izrada legure željeza s kromom eliminira koroziju željeza. Kromirano željezo i čelik koji sadrže krom ( ne hrđajući Čelik) imaju visoku otpornost na koroziju.

elektrometalurgija, tj. dobivanje metala elektrolizom talina (za najaktivnije metale) ili otopina soli;

pirometalurgija, tj. dobivanje metala iz ruda na visoka temperatura(primjerice, dobivanje željeza u procesu visoke peći);

hidrometalurgija, tj. izolacija metala iz otopina njihovih soli aktivnijim metalima (na primjer, proizvodnja bakra iz otopine CuSO 4 djelovanjem cinka, željeza ili aluminija).

Samorodni metali se ponekad nalaze u prirodi (tipični primjeri su Ag, Au, Pt, Hg), ali češće su metali u obliku spojeva ( metalne rude). Po rasprostranjenosti u zemljinoj kori metali su različiti: od najčešćih - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) do najrjeđih - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

Restorativna svojstva- Ovo su glavna kemijska svojstva karakteristična za sve metale. Oni se očituju u interakciji s raznim oksidacijskim sredstvima, uključujući oksidirajuća sredstva iz okoliš. NA opći pogled interakcija metala s oksidansima može se izraziti shemom:

Ja + oksidans" Mi(+X),

Gdje je (+X) pozitivno oksidacijsko stanje Me.

Primjeri oksidacije metala.

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

Serije aktivnosti metala

Redukcijska svojstva metala se međusobno razlikuju. Kao kvantitativna karakteristika redukcijskih svojstava metala koriste se elektrodni potencijali E.

Što je metal aktivniji, to je njegov standardni elektrodni potencijal E o negativniji.

Metali poredani u nizu kako im se smanjuje oksidativna aktivnost tvore niz aktivnosti.

Serije aktivnosti metala

Mi

Li

K

ca

Na

mg

Al

Mn

Zn

Kr

Fe

Ni

s n

Pb

H2

Cu

Ag

Au

Mez+

Li +

K+

Ca2+

Na+

Mg2+

Al 3+

Mn2+

Zn2+

Cr3+

Fe2+

Ni2+

sn 2+

Pb 2+

H+

Cu2+

Ag+

Au 3+

E o ,B

-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

Metal s negativnijom Eo vrijednošću može reducirati metalni kation s pozitivnijim potencijalom elektrode.

Redukcija metala iz otopine njegove soli s drugim metalom s višom redukcijskom aktivnošću naziva se cementacija.. Cementiranje se koristi u metalurškim tehnologijama.

Konkretno, Cd se dobiva redukcijom iz otopine njegove soli s cinkom.

Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

3.3. 1. Međudjelovanje metala s kisikom

Kisik je jako oksidacijsko sredstvo. Može oksidirati veliku većinu metala osimAuiPt . Metali u zraku dolaze u dodir s kisikom, stoga se pri proučavanju kemije metala uvijek obraća pozornost na značajke interakcije metala s kisikom.

Svi znaju da je željezo u vlažnom zraku prekriveno hrđom - hidratiziranim željeznim oksidom. Ali mnogi metali u kompaktnom stanju na ne previsokoj temperaturi pokazuju otpornost na oksidaciju, budući da na svojoj površini stvaraju tanke zaštitne filmove. Ovi filmovi produkata oksidacije ne dopuštaju da oksidacijsko sredstvo dođe u kontakt s metalom. Pojava stvaranja zaštitnih slojeva na površini metala koji sprječavaju oksidaciju metala naziva se pasivizacija metala.

Povećanje temperature potiče oksidaciju metala kisikom. Aktivnost metala raste u fino usitnjenom stanju. Većina metala u obliku praha gori u kisiku.

s-metali

Ispoljena je najveća restorativna aktivnosts-metali. Metali Na, K, Rb Cs mogu se zapaliti na zraku, a čuvaju se u zatvorenim posudama ili pod slojem kerozina. Be i Mg at niske temperature pasiviran na zraku. Ali kada se zapali, Mg traka gori blistavim plamenom.

MetaliIIA-podskupine i Li, u interakciji s kisikom, tvore okside.

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

4 Li + O 2 \u003d 2 Li 2 O

Alkalijski metali, osimLi, u interakciji s kisikom ne stvaraju okside, već peroksideMi 2 O 2 i superoksidiMeO 2 .

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

K + O 2 = KO 2

p-metali

Metali u vlasništvustr- u blok on air su pasivizirani.

Pri gorenju u kisiku

• Metali IIIA-podskupine tvore okside tipa Ja 2 O 3,
• Sn se oksidira do SNO 2 , i Pb - do PbO
• Bi ide u Bi 2 O 3.

d-metali

svid- metali razdoblja 4 oksidiraju se kisikom. Najlakše se oksidiraju Sc, Mn, Fe. Posebno otporan na Ti, V, Cr koroziju.

Pri spaljivanju u kisiku od svegad

Pri spaljivanju u kisiku od svegad- elementi 4. periode, samo skandij, titan i vanadij tvore okside u kojima je Me u najvišem oksidacijskom stupnju, jednakom broju skupine. Preostali d-metali 4. perioda izgaranjem u kisiku stvaraju okside u kojima je Me u srednjim, ali stabilnim oksidacijskim stanjima.

Vrste oksida koje stvaraju d-metali 4 razdoblja tijekom izgaranja u kisiku:

• Meo oblik Zn, Cu, Ni, Co. (pri T>1000oS Cu nastaje Cu 2 O),
• Ja 2 O 3, oblik Cr, Fe i Sc,
• MeO 2 - Mn i Ti
• V tvori najviši oksid - V 2 O 5 .

d-metali 5. i 6. razdoblja, osim Y, La, više od svih drugih metala otporni su na oksidaciju. Ne reagirati s kisikom Au, Pt .

Pri spaljivanju u kisikud-metali 5 i 6 razdoblja, u pravilu, tvore više okside, izuzetak su metali Ag, Pd, Rh, Ru.

Vrste oksida koje stvaraju d-metali 5 i 6 perioda tijekom izgaranja u kisiku:

• Ja 2 O 3- oblik Y, La; Rh;
• MeO 2- Zr, Hf; Ir:
• Ja 2 O 5- Nb, Ta;
• MeO 3- Mo, W
• Ja 2 O 7- Tc, Re
• Meo 4 - Os
• MeO- Cd, Hg, Pd;
• Ja 2 O- Ag;

Međudjelovanje metala s kiselinama

U kiselim otopinama vodikov kation je oksidacijsko sredstvo.. Kation H + može oksidirati metale u seriji aktivnosti u vodik, tj. s negativnim elektrodnim potencijalom.

Mnogi metali, kada se oksidiraju, u kiselim vodenim otopinama, mnogi se pretvaraju u kationeMez + .

Anioni brojnih kiselina mogu pokazati oksidirajuća svojstva koja su jača od H+. Takva oksidacijska sredstva uključuju anione i najčešće kiseline H 2 TAKO 4 iHNO 3 .

Anioni NO 3 - pokazuju oksidirajuća svojstva pri bilo kojoj koncentraciji u otopini, ali produkti redukcije ovise o koncentraciji kiseline i prirodi oksidiranog metala.

Anioni SO 4 2- pokazuju oksidacijska svojstva samo u koncentriranoj H 2 SO 4 .

Produkti redukcije oksidatora: H + , NO 3 - , TAKO 4 2 -

2H + + 2e - =H 2

TAKO 4 2- iz koncentrirane H2SO4 TAKO 4 2- + 2e - + 4 H + = TAKO 2 + 2 H 2 O

(moguć i nastanak S, H 2 S)

NO 3 - iz koncentrirane HNO 3 NE 3 - + e - +2H+= NO2 + H20
NO 3 - iz razrijeđene HNO 3 NE 3 - + 3e - +4H+=NO + 2H20

(Također je moguće formirati N 2 O, N 2, NH 4 +)

Primjeri reakcija interakcija metala s kiselinama

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

8Al + 15H 2 SO 4 (c.) "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 (c.) "Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Proizvodi oksidacije metala u kiselim otopinama

Alkalijski metali tvore kation tipa Me +, s-metali druge skupine tvore katione Ja 2+.

Metali p-bloka, kada se otope u kiselinama, tvore katione navedene u tablici.

Metali Pb i Bi otapaju se samo u dušičnoj kiselini.

Mi	Al	ga	U	Tl	s n	Pb	Dvo
Mez+	Al 3+	Ga3+	U 3+	Tl +	sn 2+	Pb 2+	Bi 3+
Eo,B	-1,68	-0,55	-0,34	-0,34	-0,14	-0,13	+0,317

Svi d-metali 4 razdoblja osim Cu , može se oksidirati ionimaH+ u kiselim otopinama.

Vrste kationa formiranih od d-metala 4 perioda:

• Ja 2+(tvore d-metale u rasponu od Mn do Cu)
• Ja 3+ ( tvore Sc, Ti, V, Cr i Fe u dušičnoj kiselini).
• Ti i V također tvore katione MeO 2+

d-elementi perioda 5 i 6 su otporniji na oksidaciju od 4d- metali.

U kiselim otopinama H + može oksidirati: Y, La, Cd.

U HNO 3 mogu se otopiti: Cd, Hg, Ag. Vruća HNO 3 otapa Pd, Tc, Re.

U vrućoj H 2 SO 4 otapaju se: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg.

Metali: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W obično su otopljeni u smjesi HNO 3 + HF.

U carskoj vodici (smjese HNO 3 + HCl) teško se otapaju Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au i Os). Razlog otapanja metala u carskoj vodici ili u smjesi HNO 3 + HF je stvaranje kompleksnih spojeva.

Primjer. Otapanje zlata u carskoj vodici postaje moguće zbog stvaranja kompleksa -

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

Međudjelovanje metala s vodom

Oksidirajuća svojstva vode su zbog H(+1).

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

Budući da je koncentracija H + u vodi niska, njezina oksidacijska svojstva su niska. Metali se mogu otopiti u vodi E< - 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. svis- metali, osim Be i Mg lako topljiv u vodi.

2 Na + 2 HOH = H 2 + 2 Oh -

Na snažno reagira s vodom, oslobađajući toplinu. Emitirani H 2 može se zapaliti.

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

Mg se otapa samo u kipućoj vodi, Be je zaštićen od oksidacije inertnim netopljivim oksidom

p-blok metali su manje snažni redukcijski agensi ods.

Među p-metalima redukcijska aktivnost veća je za metale IIIA podskupine, Sn i Pb su slabi redukcijski agensi, Bi ima Eo > 0.

p-metali se u normalnim uvjetima ne otapaju u vodi. Kada se zaštitni oksid otopi s površine u alkalnim otopinama, Al, Ga i Sn se oksidiraju vodom.

Od d-metala, oni se oksidiraju vodom pri zagrijavanju Sc i Mn, La, Y. Željezo reagira s vodenom parom.

Međudjelovanje metala s otopinama alkalija

U alkalnim otopinama voda djeluje kao oksidacijsko sredstvo..

2H20 + 2e - \u003dH 2 + 2OH - Eo \u003d - 0,826 B (pH \u003d 14)

Oksidirajuća svojstva vode smanjuju se s povećanjem pH, zbog smanjenja koncentracije H +. svejedno, neki metali koji se ne otapaju u vodi otapaju se u otopinama alkalija, na primjer, Al, Zn i neki drugi. glavni razlog otapanje takvih metala u alkalnim otopinama je da oksidi i hidroksidi tih metala pokazuju amfoternost, otapaju se u alkalijama, eliminirajući barijeru između oksidirajućeg i redukcijskog agensa.

Primjer. Otapanje Al u otopini NaOH.

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

Ova lekcija posvećena je proučavanju teme „Opća svojstva metala. Metalni spoj. Tijekom lekcije razmotrit će se opća kemijska svojstva metala, značajke metalne kemijske veze. Nastavnik će objasniti sličnosti između kemijskih i fizikalnih svojstava metala koristeći njihov model unutarnja struktura.

Tema: Kemija metala

Lekcija: Opća svojstva metala. metalni spoj

Metale karakteriziraju zajednička fizikalna svojstva: imaju poseban metalni sjaj, visoku toplinsku i električnu vodljivost te duktilnost.

Metali također dijele neka zajednička kemijska svojstva. Važno je zapamtiti da u kemijskim reakcijama metali djeluju kao redukcijski agensi: doniraju elektrone i povećavaju svoje oksidacijsko stanje. Razmotrimo neke reakcije u kojima sudjeluju metali.

INTERAKCIJA S KISIKOM

Mnogi metali mogu reagirati s kisikom. Obično su produkti ovih reakcija oksidi, ali postoje iznimke o kojima ćete naučiti u sljedećoj lekciji. Razmotrimo interakciju magnezija s kisikom.

Magnezij izgara u kisiku stvarajući magnezijev oksid:

2Mg + O 2 \u003d 2MgO

Riža. 1. Izgaranje magnezija u kisiku

Atomi magnezija doniraju svoje vanjske elektrone atomima kisika: dva atoma magnezija doniraju po dva elektrona dvama atomima kisika. U ovom slučaju magnezij djeluje kao redukcijsko sredstvo, a kisik kao oksidacijsko sredstvo.

Metali reagiraju s halogenima. Produkt ove reakcije je metalni halid, poput klorida.

Riža. 2. Izgaranje kalija u kloru

Kalij izgara u kloru i nastaje kalijev klorid:

2K + Cl 2 \u003d 2KCl

Dva atoma kalija daju jedan elektron molekuli klora. Kalij, povećavajući stupanj oksidacije, igra ulogu redukcijskog sredstva, a klor, snižavajući stupanj oksidacije, igra ulogu oksidacijskog sredstva.

Mnogi metali reagiraju sa sumporom stvarajući sulfide. U tim reakcijama metali također djeluju kao redukcijski agensi, dok će sumpor djelovati kao oksidacijski agens. Sumpor je u sulfidima u oksidacijskom stanju -2, tj. snižava mu oksidacijski stupanj s 0 na -2. Na primjer, kada se zagrije, željezo reagira sa sumporom da nastane željezov (II) sulfid:

Riža. 3. Interakcija željeza sa sumporom

Metali također mogu reagirati s vodikom, dušikom i drugim nemetalima pod određenim uvjetima.

Samo aktivni metali, kao što su alkalijski i zemnoalkalijski, reagiraju s vodom bez zagrijavanja. Tijekom tih reakcija nastaje lužina i oslobađa se plin vodik. Na primjer, kalcij reagira s vodom stvarajući kalcijev hidroksid i vodik, oslobađajući veliki broj toplina:

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

Manje aktivni metali, poput željeza i cinka, reagiraju s vodom tek kada se zagriju i tvore metalni oksid i vodik. Na primjer:

Zn + H 2 O \u003d ZnO + H 2

U tim reakcijama oksidacijsko sredstvo je atom vodika, koji je dio vode.

Metali desno od vodika u nizu napona ne reagiraju s vodom.

Već znate da metali koji se nalaze u nizu napona lijevo od vodika reagiraju s kiselinama. U tim reakcijama metali doniraju elektrone i djeluju kao redukcijsko sredstvo. Oksidacijsko sredstvo su vodikovi kationi nastali u kiselim otopinama. Na primjer, cink reagira s klorovodičnom kiselinom:

Zn + 2HCl \u003d ZnCl2 + H2

Inače se odvijaju reakcije metala s dušičnom i koncentriranom sumpornom kiselinom. U tim se reakcijama gotovo uopće ne oslobađa vodik. O takvim interakcijama ćemo govoriti u sljedećim lekcijama.

Metal može reagirati s otopinom soli ako je aktivniji od metala u soli. Na primjer, željezo zamjenjuje bakar iz bakrovog (II) sulfata:

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu

Željezo je redukcijsko sredstvo, kationi bakra su oksidacijsko sredstvo.

Pokušajmo objasniti zašto metali imaju zajednička fizikalna i kemijska svojstva. Da biste to učinili, razmotrite model unutarnje strukture metala.

Atomi metala imaju relativno velike radijuse i mali broj vanjskih elektrona. Ovi elektroni su slabo privučeni jezgri, stoga u kemijskim reakcijama metali djeluju kao redukcijski agensi, donirajući elektrone s vanjske energetske razine.

U čvorovima kristalne rešetke metala nalaze se ne samo neutralni atomi, već i metalni kationi, jer vanjski elektroni se slobodno kreću u kristalnoj rešetki. U tom slučaju atomi koji predaju elektrone postaju kationi, a kationi koji prihvaćaju elektrone pretvaraju se u električki neutralne atome.

Riža. 4. Model unutarnje strukture metala

Kemijska veza koja nastaje kao rezultat privlačenja metalnih kationa elektronima koji se slobodno kreću naziva se metalik.

Električna i toplinska vodljivost metala objašnjava se prisutnošću slobodnih elektrona koji mogu biti nositelji električna struja i nosače topline. Plastičnost metala objašnjava se činjenicom da se pod mehaničkim djelovanjem kemijska veza ne prekida, jer. kemijska veza se ne uspostavlja između specifičnih atoma i kationa, već između svih metalnih kationa sa svim slobodnim elektronima u metalnom kristalu.

1. Mikityuk A.D. Zbirka zadataka i vježbi iz kemije. Razredi 8-11 / A.D. Mikityuk. - M.: ur. "Ispit", 2009.

2. Orzhekovsky P.A. Kemija: 9. razred: udžbenik. za opće inst. / P.A. Oržekovski, L.M. Meshcheryakova, L.S. Pontak. - M.: AST: Astrel, 2007. (§23)

3. Orzhekovsky P.A. Kemija: 9. razred: udžbenik za općeobraz. inst. / P.A. Oržekovski, L.M. Meshcheryakova, M.M. Šalašova. - M.: Astrel, 2013. (§6)

4. Rudzitis G.E. Kemija: anorgan. kemija. Orgulje. kemija: udžbenik. za 9 ćelija. / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M .: Obrazovanje, JSC "Moskovski udžbenici", 2009.

5. Khomchenko I.D. Zbirka zadataka i vježbi iz kemije za srednju školu. - M .: RIA " Novi val": Izdavač Umerenkov, 2008.

6. Enciklopedija za djecu. Svezak 17. Kemija / Pogl. izd. V.A. Volodin, vodeći. znanstveni izd. I. Leenson. - M.: Avanta +, 2003.

Dodatni web resursi

1. Jedinstvena zbirka digitalnih obrazovnih izvora (video iskustva na tu temu) ().

2. Elektronička verzija časopisa "Chemistry and Life" ().

Domaća zadaća

str.41 br. A1, A2 iz udžbenika P.A.Oržekovskog. "Kemija: 9. razred" (M.: Astrel, 2013).

Prije svega, treba imati na umu da se metali općenito dijele u tri skupine:

1) Aktivni metali: Ovi metali uključuju sve alkalijske metale, zemnoalkalijske metale, kao i magnezij i aluminij.

2) Metali srednje aktivnosti: oni uključuju metale smještene između aluminija i vodika u seriji aktivnosti.

3) Neaktivni metali: metali smješteni u nizu aktivnosti desno od vodika.

Prije svega, morate zapamtiti da nisko aktivni metali (to jest, oni koji se nalaze nakon vodika) ne reagiraju s vodom ni pod kojim uvjetima.

Alkalijski i zemnoalkalijski metali reagiraju s vodom u svim uvjetima (čak i pri normalnoj temperaturi i na hladnoći), a reakciju prati razvijanje vodika i stvaranje metalnog hidroksida. Na primjer:

2Na + 2H2O \u003d 2NaOH + H2

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

Magnezij, zbog činjenice da je prekriven zaštitnim oksidnim filmom, reagira s vodom tek kada je prokuhana. Kada se zagrijava u vodi, oksidni film koji se sastoji od MgO se uništava i magnezij ispod njega počinje reagirati s vodom. U ovom slučaju, reakcija je također popraćena razvijanjem vodika i stvaranjem metalnog hidroksida, koji je, međutim, netopljiv u slučaju magnezija:

Mg + 2H 2 O \u003d Mg (OH) 2 ↓ + H 2

Aluminij je, kao i magnezij, prekriven zaštitnim oksidnim filmom, ali se u ovom slučaju ne može uništiti kuhanjem. Da biste ga uklonili, potrebno je ili mehaničko čišćenje (s nekom vrstom abraziva) ili njegovo kemijsko uništavanje lužinama, otopinama živinih soli ili amonijevih soli:

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

Metali srednje aktivnosti reagiraju s vodom samo kada je ona u stanju pregrijane vodene pare. U tom slučaju, sam metal mora se zagrijati do vruće temperature (oko 600-800 ° C). Za razliku od aktivnih metala, metali srednje aktivnosti u reakciji s vodom stvaraju metalne okside umjesto hidroksida. Produkt redukcije u ovom slučaju je vodik:

Zn + H 2 O \u003d ZnO + H 2

3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2 ili

Fe + H 2 O \u003d FeO + H 2 (ovisno o stupnju zagrijavanja)