Tipikus és atipikus fémek. A fémek általános tulajdonságai. Fém csatlakozás. Fémek reakciói savakkal

A fémeknek vannak technológiai, fizikai, mechanikai és kémiai tulajdonságai. A fizikaiak közé tartozik a szín, az elektromos vezetőképesség. E csoport jellemzői közé tartozik a fém hővezető képessége, olvaszthatósága és sűrűsége is.

A mechanikai jellemzők közé tartozik plaszticitás, rugalmasság, keménység, szilárdság, viszkozitás.

Kémiai tulajdonságok a fémek közé tartozik a korrózióállóság, az oldhatóság és az oxidálhatóság.

Az olyan jellemzők, mint a "folyékonyság", edzhetőség, hegeszthetőség, hajlékonyság, technológiaiak.

Fizikai tulajdonságok

1. Szín. A fémek nem adják át magukon keresztül a fényt, vagyis átlátszatlanok. A visszavert fényben minden elemnek saját árnyalata van - egy szín. A műszaki fémek közül csak a réznek és a vele készült ötvözeteknek van színe. A fennmaradó elemeket az ezüst-fehértől a szürke-acélig terjedő árnyalat jellemzi.
2. Összeolvadhatóság. Ez a jellemző azt jelzi, hogy az elem a hőmérséklet hatására szilárd anyagból folyékony állapotba kerül. Az olvaszthatóság a fémek legfontosabb tulajdonsága. A hevítés során minden fém szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba kerül. Amikor az olvadt anyagot lehűtik, fordított átmenet következik be - folyékonyból szilárd állapotba.
3. Elektromos vezetőképesség. Ez a jellemző az elektromosság szabad elektronok általi átvitelének képességét jelzi. A fémes testek elektromos vezetőképessége több ezerszer nagyobb, mint a nemfémeseké. A hőmérséklet emelkedésével az elektromosság vezetőképessége csökken, és a hőmérséklet csökkenésével ennek megfelelően nő. Meg kell jegyezni, hogy az ötvözetek elektromos vezetőképessége mindig alacsonyabb lesz, mint bármely fémé, amely az ötvözetet alkotja.
4. Mágneses tulajdonságok. Az egyértelműen mágneses (ferromágneses) elemek közé csak a kobalt, a nikkel, a vas, valamint ezek számos ötvözete tartozik. Egy bizonyos hőmérsékletre való melegítés során azonban ezek az anyagok elvesztik mágnesességüket. Az egyes vasötvözetek szobahőmérsékleten nem ferromágnesesek.
5. Hővezető. Ez a jellemző azt a képességet jelzi, hogy a hőt egy kevésbé felhevült testre átadja egy jobban felhevült testből anélkül, hogy az alkotórészecskék láthatóan elmozdulnának. A magas hővezető képesség lehetővé teszi a fémek egyenletes és gyors felmelegedését és hűtését. A műszaki elemek közül a réznek van a legmagasabb mutatója.

A fémek külön helyet foglalnak el a kémiában. A megfelelő jellemzők jelenléte lehetővé teszi egy adott anyag felhasználását egy bizonyos területen.

A fémek kémiai tulajdonságai

1. Korrozióállóság. A korrózió egy anyag pusztulását jelenti a környezettel való elektrokémiai vagy kémiai kapcsolat eredményeként. A leggyakoribb példa a vas rozsdásodása. A korrózióállóság számos fém egyik legfontosabb természetes tulajdonsága. Ebben a tekintetben az olyan anyagokat, mint az ezüst, az arany, a platina, nemesnek nevezik. Magas korrózióállósággal rendelkezik. A nikkel és más színesfémek gyorsabban és erősebben tönkremennek, mint a színesfémek.
2. Oxidálhatóság. Ez a jellemző azt jelzi, hogy az elem képes reagálni az O2-vel oxidálószerek hatására.
3. Oldhatóság. Azok a fémek, amelyek folyékony állapotban korlátlanul oldódnak, szilárd oldatokat képezhetnek megszilárdulva. Ezekben a megoldásokban az egyik komponens atomjai csak bizonyos határok között ágyazódnak be egy másik komponensbe.

Meg kell jegyezni, hogy a fémek fizikai és kémiai tulajdonságai ezen elemek egyik fő jellemzője.

Ha D. I. Mengyelejev elemeinek periódusos rendszerében átlót rajzolunk a berilliumtól az asztatinig, akkor a bal alsó sarokban lévő átlón fém elemek lesznek (köztük a másodlagos alcsoportok elemei is, kékkel kiemelve), és nem fém elemek. elemek a jobb felső sarokban (kiemelve sárga). Az átló közelében elhelyezkedő elemek - félfémek vagy metalloidok (B, Si, Ge, Sb stb.) kettős karakterrel rendelkeznek (rózsaszínnel kiemelve).

Amint az ábrán látható, az elemek túlnyomó többsége fém.

A maga módján kémiai természet A fémek olyan kémiai elemek, amelyek atomjai a külső vagy előkülső energiaszintekről elektronokat adnak át, így pozitív töltésű ionokat képeznek.

Szinte minden fémnek viszonylag nagy sugara van, és kevés elektronja van (1-től 3-ig) a külső energiaszinten. A fémeket alacsony elektronegativitás és redukáló tulajdonságok jellemzik.

A legjellemzőbb fémek a periódusok elején helyezkednek el (a másodiktól kezdve), balról jobbra tovább gyengülnek a fémes tulajdonságok. Egy csoportban fentről lefelé a fémes tulajdonságok javulnak, mivel az atomok sugara nő (az energiaszintek számának növekedése miatt). Ez az elemek elektronegativitásának (az elektronok vonzásának képességének) csökkenéséhez és a redukciós tulajdonságok növekedéséhez (az a képesség, hogy elektronokat adjanak át más atomoknak) kémiai reakciók).

tipikus a fémek s-elemek (az IA csoport elemei Li-től Fr-ig. A PA-csoport elemei Mg-től Ra-ig). Atomjaik általános elektronképlete ns 1-2. + I, illetve + II oxidációs állapot jellemzi őket.

Az elektronok kis száma (1-2) a tipikus fématomok külső energiaszintjében arra utal, hogy ezek az elektronok könnyen elvesznek, és erős redukáló tulajdonságokat mutatnak, ami alacsony elektronegativitási értékeket tükröz. Ez magában foglalja a korlátozott kémiai tulajdonságokat és a tipikus fémek előállításának módszereit.

A tipikus fémekre jellemző, hogy atomjaik kationokat és ionos kémiai kötéseket képeznek nemfém atomokkal. A tipikus fémek nemfémekkel alkotott vegyületei az ionos kristályok „nemfém fémkation-anionja”, például K + Br-, Ca 2+ O 2-. Tipikus fémkationok a komplex anionokkal - hidroxidok és sók, például Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2- - is megtalálhatók.

A Be-Al-Ge-Sb-Po periódusos rendszerben az amfoter átlót alkotó A-csoportú fémek, valamint a velük szomszédos fémek (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) nem mutatnak tipikusan fémes tulajdonságokat . Atomjaik általános elektronikus képlete ns 2 np 0-4 az oxidációs állapotok szélesebb választékát, a saját elektronok megtartásának nagyobb képességét, redukáló képességük fokozatos csökkenését és az oxidációs képesség megjelenését jelenti, különösen magas oxidációs állapotban (tipikus példák a Tl III, Pb IV, Bi v vegyületek ). Hasonló kémiai viselkedés a legtöbbre is jellemző (d-elemek, azaz a periódusos rendszer B-csoportjainak elemei (tipikus példák a Cr és a Zn amfoter elemek).

A kettős (amfoter) tulajdonságoknak ez a megnyilvánulása – mind a fémes (bázisos), mind a nemfémes – a kémiai kötés természetéből adódik. Szilárd állapotban az atipikus fémek nemfémekkel alkotott vegyületei túlnyomórészt kovalens kötéseket tartalmaznak (de kevésbé erősek, mint a nemfémek közötti kötések). Oldatban ezek a kötések könnyen felszakadnak, és a vegyületek (teljesen vagy részben) ionokká disszociálnak. Például a gallium fém Ga 2 molekulákból áll, szilárd halmazállapotú alumínium- és higany(II)-kloridokban az AlCl 3 és a HgCl 2 erősen kovalens kötéseket tartalmaznak, de oldatban az AlCl 3 szinte teljesen, a HgCl 2 pedig nagyon kicsire disszociál. mértékben (majd HgCl + és Cl - ionokba).

Fémek általános fizikai tulajdonságai

A kristályrácsban lévő szabad elektronok ("elektrongáz") jelenléte miatt minden fém a következő jellemző általános tulajdonságokkal rendelkezik:

1) Műanyag- az a képesség, hogy könnyen formát változtassunk, dróttá nyújtjuk, vékony lapokká tekerjük.

2) fémes fényűés átlátszatlanság. Ennek oka a szabad elektronok és a fémre eső fény kölcsönhatása.

3) Elektromos vezetőképesség. Ennek magyarázata a szabad elektronok irányított mozgása a negatívból a pozitív pólusba kis potenciálkülönbség hatására. Melegítéskor az elektromos vezetőképesség csökken, mert. a hőmérséklet emelkedésével a kristályrács csomópontjaiban az atomok és ionok rezgései megnövekednek, ami megnehezíti az "elektrongáz" irányított mozgását.

4) Hővezető. Ennek oka a szabad elektronok nagy mobilitása, amelynek köszönhetően a hőmérsékletet gyorsan kiegyenlíti a fém tömege. A legnagyobb hővezető képesség a bizmutban és a higanyban van.

5) Keménység. A legkeményebb a króm (üveget vág); a legpuhábbakat - az alkálifémeket - káliumot, nátriumot, rubídiumot és céziumot - késsel vágják.

6) Sűrűség. Minél kisebb, annál kisebb a fém atomtömege és annál nagyobb az atom sugara. A legkönnyebb a lítium (ρ=0,53 g/cm3); a legnehezebb az ozmium (ρ=22,6 g/cm3). Az 5 g/cm3-nél kisebb sűrűségű fémek „könnyűfémeknek” minősülnek.

7) Olvadáspont és forráspont. A legolvadékonyabb fém a higany (olvadáspont = -39°C), a leginkább tűzálló fém a volfrám (t°m. = 3390°C). Fémek t°pl. 1000°C felett tűzállónak, alatta - alacsony olvadáspontnak számítanak.

A fémek általános kémiai tulajdonságai

Erős redukálószerek: Me 0 – nē → Me n +

Számos feszültség jellemzi a fémek összehasonlító aktivitását a vizes oldatok redoxreakcióiban.

I. Fémek reakciói nemfémekkel

1) Oxigénnel:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Kénnel:
Hg + S → HgS

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

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

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

6) Hidrogénnel (csak alkáli- és alkáliföldfémek reagálnak):
2Li + H2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Fémek reakciói savakkal

1) A H-ig terjedő elektrokémiai feszültségsorokban álló fémek a nem oxidáló savakat hidrogénné redukálják:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+6HCl → 2AlCl3+3H 2

6Na + 2H 3PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) Oxidáló savakkal:

Bármilyen koncentrációjú salétromsav és tömény kénsav fémekkel való kölcsönhatásában hidrogén soha nem szabadul fel!

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

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

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

2H 2SO 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. Fémek kölcsönhatása vízzel

1) Az aktív (alkáli és alkáliföldfémek) oldható bázist (alkáli) és hidrogént képeznek:

2Na + 2H 2O → 2NaOH + H2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) A közepes aktivitású fémeket víz oxidálja, amikor oxiddá hevítik:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Inaktív (Au, Ag, Pt) - ne reagáljon.

IV. A kevésbé aktív fémek aktívabb fémekkel történő kiszorítása sóik oldatából:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

Az iparban gyakran nem tiszta fémeket használnak, hanem ezek keverékeit - ötvözetek amelyben az egyik fém előnyös tulajdonságait egy másik fém előnyös tulajdonságai egészítik ki. Tehát a réz alacsony keménységű, és kevéssé használható gépalkatrészek gyártásához, míg a réz és cink ötvözetek ( sárgaréz) már elég kemények, és széles körben használják a gépészetben. Az alumínium nagy rugalmassággal és elegendő könnyűséggel (alacsony sűrűségű) rendelkezik, de túl puha. Ennek alapján egy magnézium-, réz- és mangánötvözet készül - duralumínium (duralumínium), amely veszteség nélkül hasznos tulajdonságait alumínium, nagy keménységűvé válik, és alkalmassá válik a repülőgépiparban. A vas és a szén ötvözete (és más fémek adalékai) széles körben ismertek öntöttvasés acél.

A fémek szabad formában vannak redukálószerek. Egyes fémek reakcióképessége azonban alacsony, mivel fedve vannak felületi oxid film, ban ben változó mértékben ellenáll az olyan kémiai reagenseknek, mint a víz, savak és lúgok oldatai.

Például az ólmot mindig oxidfilm borítja, oldatba való átmenete nemcsak reagens hatását (például híg salétromsav) teszi szükségessé, hanem melegítést is. Az alumínium oxidfilmje megakadályozza a vízzel való reakciót, de savak és lúgok hatására elpusztul. Laza oxidfilm (rozsda), nedves levegőben a vas felületén képződik, nem zavarja a vas további oxidációját.

Befolyása alatt sűrített savak keletkeznek a fémeken fenntartható oxid film. Ezt a jelenséget az ún passziváció. Tehát koncentráltan kénsav passzivált (és ezután nem reagál savval) fémek, mint a Be, Bi, Co, Fe, Mg és Nb, valamint tömény salétromsavban - A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb fémek, Th és U.

Ha savas oldatokban oxidálószerekkel lép kölcsönhatásba, a legtöbb fém kationokká alakul, amelyek töltését az adott elem stabil oxidációs állapota határozza meg a vegyületekben (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ és Fe 3). +)

A fémek redukáló aktivitását savas oldatban feszültségek sorozata adja át. A legtöbb fémet sósav és híg kénsav oldatává alakítják, de Cu, Ag és Hg - csak kénsav (tömény) és salétromsav, valamint Pt és Au - "aqua regia".

Fémek korróziója

A fémek nemkívánatos kémiai tulajdonsága, hogy vízzel érintkezve és a benne oldott oxigén hatására aktív pusztulásuk (oxidációjuk) (oxigénkorrózió). Például széles körben ismert a vastermékek vízben történő korróziója, amelynek eredményeként rozsda képződik, és a termékek porrá morzsolódnak.

A fémek korróziója vízben is végbemegy az oldott CO 2 és SO 2 gázok jelenléte miatt; savas környezet jön létre, és a H + kationokat az aktív fémek kiszorítják hidrogén H 2 formájában ( hidrogén korrózió).

A két különböző fém érintkezési pontja különösen korrozív lehet ( érintkezési korrózió). Egy vízbe helyezett fém, például Fe, és egy másik fém, például Sn vagy Cu között galvanikus pár jelenik meg. Az elektronok áramlása az aktívabb fémtől, amely a feszültségsorban balra van (Re), a kevésbé aktív fémhez (Sn, Cu) megy, és az aktívabb fém megsemmisül (korrodálódik).

Emiatt a konzervdobozok ónozott felülete (ónozott vas) nedves légkörben tárolva és hanyag kezeléskor rozsdásodik (a vas már egy kis karcolás után is gyorsan összeesik, lehetővé téve a vas érintkezését a nedvességgel). Ellenkezőleg, a vasvödör horganyzott felülete nem rozsdásodik sokáig, mert ha vannak is karcok, nem a vas korrodál, hanem a cink (a vasnál aktívabb fém).

Egy adott fém korrózióállósága fokozódik, ha aktívabb fémmel vonják be, vagy ha összeolvasztják; például a vas krómmal való bevonása vagy a vasból krómmal való ötvözet készítése megszünteti a vas korrózióját. Krómozott vas és krómtartalmú acél ( rozsdamentes acél) magas korrózióállósággal rendelkeznek.

elektrometallurgia, azaz fémek előállítása olvadékok (a legaktívabb fémek esetében) vagy sóoldatok elektrolízisével;

pirometalurgia, azaz a fémek kinyerése ércekből at magas hőmérsékletű(például vas előállítása nagyolvasztó eljárással);

hidrometallurgia azaz fémek izolálása sóik oldatából aktívabb fémekkel (például réz előállítása CuSO 4 oldatból cink, vas vagy alumínium hatására).

A természetes fémek néha megtalálhatók a természetben (tipikus példák az Ag, Au, Pt, Hg), de gyakrabban a fémek vegyületek formájában ( fémércek). A földkéregben való előfordulásuk szerint a fémek eltérőek: a leggyakoribbaktól - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) a legritkábbakig - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

Helyreállító tulajdonságok- Ezek az összes fémre jellemző fő kémiai tulajdonságok. Sokféle oxidálószerrel kölcsönhatásban nyilvánulnak meg, beleértve az oxidálószereket is környezet. NÁL NÉL Általános nézet a fém oxidálószerekkel való kölcsönhatása a következő sémával fejezhető ki:

Én + oxidálószer" Nekem(+X),

Ahol (+X) Me pozitív oxidációs állapota.

Példák fémoxidációra.

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

Fémek tevékenységsorozata

A fémek redukáló tulajdonságai különböznek egymástól. Az E elektródpotenciálokat a fémek redukáló tulajdonságainak mennyiségi jellemzőjeként használják.

Minél aktívabb a fém, annál negatívabb a standard elektródpotenciálja E o.

Az oxidatív aktivitásuk csökkenésével sorba rendezett fémek aktivitási sort alkotnak.

Fémek tevékenységsorozata

Nekem

Li

K

kb

Na

mg

Al

Mn

Zn

Kr

Fe

Ni

sn

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

A negatívabb Eo értékű fém képes redukálni a pozitívabb elektródpotenciálú fémkationt.

Egy fémnek a sójának egy másik, nagyobb redukáló aktivitású fémmel való oldatából történő redukálását cementálásnak nevezzük.. A cementezést a kohászati ​​technológiákban használják.

A Cd-t különösen úgy nyerik, hogy sójának cinkkel való oldatából redukálják.

Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

3.3. 1. Fémek kölcsönhatása oxigénnel

Az oxigén erős oxidálószer. A fémek túlnyomó többségét képes oxidálni, kivéveAuésPt . A levegőben lévő fémek oxigénnel érintkeznek, ezért a fémek kémiájának tanulmányozásakor mindig figyelmet kell fordítani a fém és az oxigén kölcsönhatásának jellemzőire.

Mindenki tudja, hogy a nedves levegőben lévő vasat rozsda borítja - hidratált vas-oxid. De sok fém kompakt állapotban, nem túl magas hőmérsékleten ellenáll az oxidációnak, mivel vékony védőfóliát képeznek a felületükön. Ezek az oxidációs termékek filmjei nem teszik lehetővé az oxidálószernek a fémmel való érintkezését. Azt a jelenséget, amikor a fém felületén védőrétegek képződnek, amelyek megakadályozzák a fém oxidációját, fémpasszivációnak nevezzük.

A hőmérséklet emelkedése elősegíti a fémek oxigén általi oxidációját. A fémek aktivitása finom eloszlású állapotban növekszik. A por alakú fémek többsége oxigénben ég.

s-fémek

A legnagyobb helyreállító tevékenység láthatós- fémek. A Na, K, Rb Cs fémek levegőben képesek meggyulladni, ezeket zárt edényekben vagy kerozinréteg alatt tárolják. Be és Mg at alacsony hőmérsékletek levegőben passzivált. De meggyújtva a Mg-csík vakító lánggal ég.

FémekIIAz A-alcsoportok és a Li oxigénnel kölcsönhatásba lépve oxidokat képeznek.

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

4 Li + O 2 \u003d 2 Li 2 O

Alkáli fémek, kivéve:Li, amikor oxigénnel kölcsönhatásba lépnek, nem oxidokat, hanem peroxidokat képeznekNekem 2 O 2 és szuperoxidokMeO 2 .

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

K + O 2 = KO 2

p-fémek

Fémek tulajdonábanp- a levegőben lévő blokkhoz passziváltak.

Ha oxigénben ég

• A IIIA alcsoportba tartozó fémek a típusú oxidokat képezik Én 2 O 3,
• Az Sn oxidálódik SNO 2 , és Pb - legfeljebb PbO
• Bi odamegy Bi 2 O 3.

d-fémek

Összesd- 4. periódusú fémek oxigén hatására oxidálódnak. Az Sc, Mn, Fe a legkönnyebben oxidálódik. Különösen ellenálló a Ti, V, Cr korrózióval szemben.

Amikor oxigénben égetik mindenböld

Amikor oxigénben égetik mindenböld- a 4. periódus elemei, csak a szkandium, a titán és a vanádium képez oxidokat, amelyekben a Me a legmagasabb oxidációs állapotú, csoportszámmal egyenlő. A 4. periódus fennmaradó d-fémei oxigénben elégetve oxidokat képeznek, amelyekben a Me közepes, de stabil oxidációs állapotban van.

A d-fémek által 4 periódusú oxigénben történő égés során keletkező oxidok típusai:

• Meo Zn, Cu, Ni, Co. (T>1000°С-on Cu Cu 2 O-t képez),
• Én 2 O 3, Cr, Fe és Sc formák,
• MeO 2 - Mn és Ti
• V alkotja a legmagasabb oxidot - V 2 O 5 .

d-az 5. és 6. periódus fémei, kivéve Y, La, minden más fémnél jobban ellenáll az oxidációnak. Ne reagáljon oxigénnel Au, Pt .

Amikor oxigénben égetikd- az 5 és 6 periódusú fémek általában magasabb oxidokat képeznek, kivételek az Ag, Pd, Rh, Ru fémek.

Az oxigénben való égés során 5 és 6 periódusú d-fémek által képződő oxidok típusai:

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

Fémek kölcsönhatása savakkal

Savas oldatokban a hidrogénkation oxidálószer.. A H + kation képes hidrogénné oxidálni az aktivitássorba tartozó fémeket, azaz negatív elektródpotenciálokkal.

Sok fém savas vizes oldatban oxidálva kationokká alakulMez + .

Számos sav anionjai a H +-nál erősebb oxidáló tulajdonságokat képesek felmutatni. Az ilyen oxidálószerek közé tartoznak az anionok és a leggyakoribb savak H 2 ÍGY 4 ésHNO 3 .

Az anionok NO 3 - az oldatban bármilyen koncentrációban oxidáló tulajdonságokat mutatnak, de a redukciós termékek a sav koncentrációjától és az oxidált fém természetétől függenek.

Az SO 4 2-anionok csak koncentrált H 2 SO 4 -ben mutatnak oxidáló tulajdonságokat.

Oxidálószer redukciós termékek: H + , NO 3 - , ÍGY 4 2 -

2H++2e-=H 2

ÍGY 4 2- tömény H 2 SO 4-ből ÍGY 4 2- + 2e - + 4 H + = ÍGY 2 + 2 H 2 O

(S, H 2 S képződése is lehetséges)

NO 3 - tömény HNO 3-ból NO 3 - + e - +2H+= NO 2 + H 2 O
NO 3 - hígított HNO 3-ból NO 3 - + 3e - +4H+=NO + 2H 2O

(Lehetőség van N 2 O, N 2, NH 4 + képzésére is)

Példák fémek savakkal való kölcsönhatásának reakcióira

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

8Al + 15H 2SO 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

Fémoxidációs termékek savas oldatokban

Az alkálifémek Me + típusú kationt, a második csoportba tartozó s-fémek kationokat képeznekÉn 2+.

A p-blokk fémek savakban oldva a táblázatban feltüntetett kationokat képezik.

A Pb és a Bi fémek csak salétromsavban oldódnak.

Nekem	Al	Ga	Ban ben	Tl	sn	Pb	Kettős
Mez+	Al 3+	Ga3+	3+-ban	Tl +	sn 2+	Pb 2+	Bi 3+
Eo, B	-1,68	-0,55	-0,34	-0,34	-0,14	-0,13	+0,317

Minden d-metal 4 periódus, kivéve Cu , ionokkal oxidálhatóH+ savas oldatokban.

A d-fémek által alkotott kationok típusai 4 periódusban:

• Én 2+(Mn-től Cu-ig terjedő d-fémeket képeznek)
• én 3+ ( salétromsavban Sc, Ti, V, Cr és Fe).
• Ti és V is kationokat képez MeO 2+

d- az 5. és 6. periódusú elemek jobban ellenállnak az oxidációnak, mint a 4d- fémek.

Savas oldatokban a H + oxidálódhat: Y, La, Cd.

HNO 3-ban oldódhat: Cd, Hg, Ag. A forró HNO 3 feloldja a Pd-t, Tc-t, Re-t.

Forró H 2 SO 4-ben oldjuk fel: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg.

Fémek: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W általában HNO 3 + HF elegyben oldódnak.

Aqua regiában (HNO 3 + HCl keverékek) a Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au és Os nehezen oldódik fel. A fémek vízben vagy HNO 3 + HF keverékében való oldódásának oka a komplex vegyületek képződése.

Példa. Az arany feloldódása az aqua regiában egy komplex képződése miatt válik lehetővé -

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

Fémek kölcsönhatása vízzel

A víz oxidáló tulajdonságai miatt H(+1).

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

Mivel a H + koncentrációja a vízben alacsony, oxidáló tulajdonságai alacsonyak. A fémek vízben oldódhatnak 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. Összess- fémek, kivéve Be és Mg vízben könnyen oldódik.

2 Na + 2 HOH = H 2 + 2 Ó -

A Na heves reakcióba lép vízzel, hő szabadul fel. A kibocsátott H 2 meggyulladhat.

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

A Mg csak forrásban lévő vízben oldódik, a Be-t inert oldhatatlan oxid védi az oxidációtól

A p-blokk fémek kevésbé erős redukálószerek, mints.

A p-fémek közül a IIIA alcsoport fémeinél nagyobb a redukáló aktivitás, az Sn és a Pb gyenge redukálószerek, a Bi Eo > 0.

a p-fémek normál körülmények között nem oldódnak vízben. Amikor a védőoxidot a felületről lúgos oldatokban oldjuk, az Al, Ga és Sn víz oxidálja.

A d-fémek közül a víz oxidálja őket hevítve Sc és Mn, La, Y. A vas reakcióba lép a vízgőzzel.

Fémek kölcsönhatása lúgos oldatokkal

Lúgos oldatokban a víz oxidálószerként működik..

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

A víz oxidáló tulajdonságai a pH növekedésével csökkennek, a H + koncentrációjának csökkenése miatt. Ennek ellenére, egyes vízben nem oldódó fémek lúgos oldatokban oldódnak, például Al, Zn és néhány más. fő ok az ilyen fémek lúgos oldatokban való oldódása az, hogy ezen fémek oxidjai és hidroxidjai amfoteritást mutatnak, lúgban oldódnak, megszüntetve a gátat az oxidálószer és a redukálószer között.

Példa. Al feloldása NaOH-oldatban.

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

Ezt a leckét a „Fémek általános tulajdonságai” témakör tanulmányozásának szenteljük. Fém csatlakozás. Az óra során a fémek általános kémiai tulajdonságaira, a fémes kémiai kötés jellemzőire kerül sor. A tanár elmagyarázza a fémek kémiai és fizikai tulajdonságai közötti hasonlóságokat egy modell segítségével belső szerkezet.

Téma: Fémek kémiája

Lecke: A fémek általános tulajdonságai. fém csatlakozás

A fémeket közös fizikai tulajdonságok jellemzik: különleges fémes fényűek, magas hő- és elektromos vezetőképességgel, valamint rugalmassággal rendelkeznek.

A fémek bizonyos közös kémiai tulajdonságokkal is rendelkeznek. Fontos megjegyezni, hogy a kémiai reakciókban a fémek redukálószerként működnek: elektronokat adnak át és növelik oxidációs állapotukat. Tekintsünk néhány olyan reakciót, amelyben fémek vesznek részt.

Kölcsönhatás OXIGÉNVEL

Sok fém reagálhat oxigénnel. Általában ezeknek a reakcióknak a termékei oxidok, de vannak kivételek, amelyeket a következő leckében fog megtudni. Vegye figyelembe a magnézium és az oxigén kölcsönhatását.

A magnézium oxigénben ég, és magnézium-oxid keletkezik:

2Mg + O 2 \u003d 2MgO

Rizs. 1. Magnézium égése oxigénben

A magnéziumatomok külső elektronjaikat oxigénatomoknak adják át: két magnéziumatom két-két elektront két oxigénatomnak. Ebben az esetben a magnézium redukálószerként, az oxigén pedig oxidálószerként működik.

A fémek reagálnak halogénekkel. A reakció terméke egy fém-halogenid, például klorid.

Rizs. 2. Kálium elégetése klórban

A kálium klórban ég, és kálium-klorid keletkezik:

2K + Cl 2 \u003d 2KCl

Két káliumatom egy elektront adományoz a klórmolekulának. Az oxidációs állapotot növelő kálium redukálószer, az oxidációs állapotot csökkentő klór pedig oxidálószer szerepet tölt be.

Sok fém reagál a kénnel, és szulfidokat képez. Ezekben a reakciókban a fémek redukálószerként is működnek, míg a kén oxidálószerként működik. A szulfidokban lévő kén -2 oxidációs állapotú, azaz. oxidációs állapotát 0-ról -2-re csökkenti. Például hevítéskor a vas kénnel reagál, és vas(II)-szulfidot képez:

Rizs. 3. A vas és a kén kölcsönhatása

A fémek bizonyos körülmények között reagálhatnak hidrogénnel, nitrogénnel és más nemfémekkel is.

Csak az aktív fémek, például az alkáli- és alkáliföldfémek reagálnak a vízzel melegítés nélkül. E reakciók során lúg képződik, és hidrogéngáz szabadul fel. Például a kalcium vízzel reagálva kalcium-hidroxidot és hidrogént képez, és felszabadul nagyszámú hő:

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

A kevésbé aktív fémek, mint például a vas és a cink, csak hevítéskor lépnek reakcióba a vízzel és fém-oxidot és hidrogént képeznek. Például:

Zn + H 2 O \u003d ZnO + H 2

Ezekben a reakciókban az oxidálószer a hidrogénatom, amely a víz része.

A feszültségsorban a hidrogéntől jobbra lévő fémek nem lépnek reakcióba vízzel.

Ön már tudja, hogy a hidrogéntől balra lévő feszültségsorozatban lévő fémek reakcióba lépnek savakkal. Ezekben a reakciókban a fémek elektronokat adnak át, és redukálószerként működnek. Az oxidálószer a savas oldatokban képződő hidrogénkationok. Például a cink reagál sósavval:

Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2

Ellenkező esetben a fémek reakciója salétromsavval és tömény kénsavval megy végbe. Ezekben a reakciókban szinte nem szabadul fel hidrogén. Az ilyen interakciókról a következő leckékben fogunk beszélni.

Egy fém reagálhat egy sóoldattal, ha az aktívabb, mint a sóban lévő fém. Például a vas helyettesíti a rezet a réz(II)-szulfátból:

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu

A vas redukálószer, a rézkationok oxidálószer.

Próbáljuk meg elmagyarázni, hogy a fémeknek miért vannak közös fizikai és kémiai tulajdonságai. Ehhez vegye figyelembe a fém belső szerkezetének modelljét.

A fématomok viszonylag nagy sugarúak és kevés a külső elektron. Ezek az elektronok gyengén vonzzák az atommagot, ezért a kémiai reakciókban a fémek redukálószerként működnek, és a külső energiaszintről adnak elektronokat.

A fémek kristályrácsának csomópontjaiban nemcsak semleges atomok vannak, hanem fémkationok is, mert a külső elektronok szabadon mozognak a kristályrácsban. Ebben az esetben az elektronokat adó atomok kationokká, az elektronokat befogadó kationok pedig elektromosan semleges atomokká alakulnak.

Rizs. 4. A fém belső szerkezetének modellje

A fémkationoknak a szabadon mozgó elektronokhoz való vonzódásának eredményeként létrejövő kémiai kötést ún. fémes.

A fémek elektromos és hővezető képességét a szabad elektronok jelenléte magyarázza, amelyek hordozók lehetnek elektromos áramés hőhordozók. A fém plaszticitását az magyarázza, hogy mechanikai hatás hatására a kémiai kötés nem szakad meg, mert. kémiai kötés nem meghatározott atomok és kationok között jön létre, hanem a fémkristályban lévő összes szabad elektront tartalmazó fémkationok között.

1. Mikityuk A.D. Kémiai feladatok és gyakorlatok gyűjteménye. 8-11. évfolyam / Kr. u. Mikityuk. - M.: Szerk. „Vizsga”, 2009.

2. Orzsekovszkij P.A. Kémia: 9. osztály: tankönyv. tábornoknak inst. / P.A. Orzsekovszkij, L.M. Mescserjakova, L.S. Pontak. - M.: AST: Astrel, 2007. (§23)

3. Orzsekovszkij P.A. Kémia: 9. évfolyam: általános műveltségi tankönyv. inst. / P.A. Orzsekovszkij, L.M. Mescserjakova, M.M. Shalashova. - M.: Astrel, 2013. (§6)

4. Rudzitis G.E. Kémia: szervetlen. kémia. Szerv. kémia: tankönyv. 9 cellához. / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M .: Oktatás, JSC "Moszkvai tankönyvek", 2009.

5. Khomchenko I.D. Feladatok és gyakorlatok gyűjteménye a kémiából középiskolásoknak. - M .: RIA " Új hullám": Umerenkov kiadó, 2008.

6. Enciklopédia gyerekeknek. 17. kötet Kémia / Fejezet. szerk. V.A. Volodin, vezető. tudományos szerk. I. Leenson. - M.: Avanta +, 2003.

További webes források

1. Digitális oktatási források egyetlen gyűjteménye (videós tapasztalatok a témában) ().

2. A "Chemistry and Life" folyóirat elektronikus változata ().

Házi feladat

41. o. A1., A2. sz. P. A. Orzsekovszkij tankönyvéből. "Kémia: 9. osztály" (M.: Astrel, 2013).

Először is emlékezni kell arra, hogy a fémeket általában három csoportra osztják:

1) Aktív fémek: E fémek közé tartozik az összes alkálifém, alkáliföldfém, valamint a magnézium és az alumínium.

2) Közepes aktivitású fémek: ide tartoznak az alumínium és a hidrogén között elhelyezkedő fémek az aktivitási sorozatban.

3) Inaktív fémek: a hidrogéntől jobbra lévő tevékenységsorban található fémek.

Először is emlékeznie kell arra, hogy az alacsony aktivitású fémek (vagyis a hidrogén után találhatók) semmilyen körülmények között nem lépnek reakcióba a vízzel.

Az alkáli- és alkáliföldfémek bármilyen körülmények között (normál hőmérsékleten és hidegben is) reakcióba lépnek a vízzel, miközben a reakciót hidrogénfejlődés és fém-hidroxid képződés kíséri. Például:

2Na + 2H 2O \u003d 2NaOH + H2

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

A magnézium, mivel védőréteggel borítja, csak forralva lép reakcióba vízzel. Vízben hevítve a MgO-ból álló oxidfilm elpusztul, és az alatta lévő magnézium reakcióba lép a vízzel. Ebben az esetben a reakciót hidrogénfejlődés és fém-hidroxid képződése is kíséri, amely azonban magnézium esetében oldhatatlan:

Mg + 2H 2 O \u003d Mg (OH) 2 ↓ + H 2

Az alumíniumot a magnéziumhoz hasonlóan védő oxidfilm borítja, de ebben az esetben forralással nem roncsolható. Eltávolításához vagy mechanikai tisztítás (valamilyen csiszolóanyaggal), vagy lúggal, higanysók vagy ammóniumsók oldataival történő kémiai megsemmisítése szükséges:

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

A közepes aktivitású fémek csak akkor lépnek reakcióba a vízzel, ha az túlhevített vízgőz állapotában van. Ebben az esetben magát a fémet vörösen forró hőmérsékletre kell melegíteni (körülbelül 600-800 ° C). Az aktív fémekkel ellentétben a közepes aktivitású fémek vízzel reagálva hidroxidok helyett fém-oxidokat képeznek. A redukciós termék ebben az esetben a hidrogén:

Zn + H 2 O \u003d ZnO + H 2

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

Fe + H 2 O \u003d FeO + H 2 (a melegítés mértékétől függően)