โลหะทั่วไปและผิดปกติ คุณสมบัติทั่วไปของโลหะ การเชื่อมต่อโลหะ ปฏิกิริยาของโลหะกับกรด

มีคุณสมบัติทางเทคโนโลยี ทางกายภาพ ทางกล และทางเคมีของโลหะ ทางกายภาพ ได้แก่ สี การนำไฟฟ้า ลักษณะเฉพาะของกลุ่มนี้ยังรวมถึงการนำความร้อน การหลอมละลาย และความหนาแน่นของโลหะ

ลักษณะทางกล ได้แก่ ความเป็นพลาสติก ความยืดหยุ่น ความแข็ง ความแข็งแรง ความหนืด

คุณสมบัติทางเคมีโลหะรวมถึงความต้านทานการกัดกร่อน ความสามารถในการละลายและออกซิไดซ์

ลักษณะเช่น "ความลื่นไหล" ความสามารถในการชุบแข็ง ความสามารถในการเชื่อม ความเหนียว เป็นเทคโนโลยี

คุณสมบัติทางกายภาพ

1. สี. โลหะไม่ส่งแสงผ่านตัวเองนั่นคือทึบแสง ในแสงสะท้อน แต่ละองค์ประกอบจะมีสีเป็นของตัวเอง ในบรรดาโลหะทางเทคนิค มีเพียงทองแดงและโลหะผสมเท่านั้นที่มีสี องค์ประกอบที่เหลือมีลักษณะเป็นเฉดสีตั้งแต่สีเงินขาวไปจนถึงเหล็กสีเทา
2. ความสามารถในการหลอมรวม ลักษณะนี้บ่งบอกถึงความสามารถขององค์ประกอบภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิที่จะผ่านเข้าสู่สถานะของเหลวจากของแข็ง การหลอมเหลวถือเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของโลหะ ในกระบวนการให้ความร้อน โลหะทั้งหมดจากสถานะของแข็งจะผ่านเข้าสู่สถานะของเหลว เมื่อสารหลอมเหลวถูกทำให้เย็นลง จะเกิดการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับ - จากของเหลวเป็นสถานะของแข็ง
3. การนำไฟฟ้า ลักษณะนี้บ่งบอกถึงความสามารถในการถ่ายโอนไฟฟ้าด้วยอิเล็กตรอนอิสระ ค่าการนำไฟฟ้าของตัวโลหะมีค่ามากกว่าตัวนำที่ไม่ใช่โลหะหลายพันเท่า เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าจะลดลง และเมื่ออุณหภูมิลดลง ค่าการนำไฟฟ้าก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ควรสังเกตว่าค่าการนำไฟฟ้าของโลหะผสมจะต่ำกว่าค่าการนำไฟฟ้าของโลหะใดๆ ที่ประกอบเป็นโลหะผสมเสมอ
4. คุณสมบัติของแม่เหล็ก องค์ประกอบที่เป็นแม่เหล็ก (เฟอร์โรแมกเนติก) อย่างชัดเจนประกอบด้วยโคบอลต์ นิกเกิล เหล็ก และโลหะผสมจำนวนหนึ่งเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด สารเหล่านี้จะสูญเสียความเป็นแม่เหล็ก โลหะผสมเหล็กแต่ละชนิดที่อุณหภูมิห้องไม่เป็นแม่เหล็ก
5. การนำความร้อน ลักษณะนี้บ่งชี้ถึงความสามารถในการถ่ายเทความร้อนไปยังวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่าจากวัตถุที่มีความร้อนมากกว่า โดยปราศจากการเคลื่อนไหวของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบ ค่าการนำความร้อนระดับสูงช่วยให้ความร้อนและความเย็นของโลหะเป็นไปอย่างสม่ำเสมอและรวดเร็ว ในบรรดาองค์ประกอบทางเทคนิค ทองแดงมีตัวบ่งชี้สูงสุด

โลหะครอบครองสถานที่แยกต่างหากในวิชาเคมี การมีคุณสมบัติที่เหมาะสมช่วยให้สามารถใช้สารเฉพาะได้ในบางพื้นที่

คุณสมบัติทางเคมีของโลหะ

1. ทนต่อการกัดกร่อน การกัดกร่อนคือการทำลายของสารอันเป็นผลมาจากความสัมพันธ์ทางเคมีไฟฟ้าหรือเคมีกับสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุดคือการเกิดสนิมของเหล็ก ความต้านทานการกัดกร่อนเป็นลักษณะทางธรรมชาติที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของโลหะหลายชนิด ในเรื่องนี้ สารเช่น เงิน ทอง แพลตตินั่ม เรียกว่ามีเกียรติ มีความต้านทานการกัดกร่อนสูง นิกเกิลและโลหะนอกกลุ่มเหล็กอื่นๆ อาจถูกทำลายได้เร็วกว่าและแข็งแกร่งกว่าโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก
2. ความสามารถในการออกซิไดซ์ ลักษณะนี้บ่งบอกถึงความสามารถขององค์ประกอบในการทำปฏิกิริยากับ O2 ภายใต้อิทธิพลของตัวออกซิไดซ์
3. ความสามารถในการละลาย โลหะที่มีความสามารถในการละลายได้ไม่จำกัดในสถานะของเหลวสามารถสร้างสารละลายที่เป็นของแข็งได้เมื่อทำให้แข็งตัว ในการแก้ปัญหาเหล่านี้ อะตอมจากส่วนประกอบหนึ่งจะถูกฝังในส่วนประกอบอื่นภายในขอบเขตที่กำหนดเท่านั้น

ควรสังเกตว่าคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของโลหะเป็นหนึ่งในคุณสมบัติหลักขององค์ประกอบเหล่านี้

หากเราวาดเส้นทแยงมุมจากเบริลเลียมถึงแอสทาทีนในตารางธาตุขององค์ประกอบของ D.I. Mendeleev แล้วจะมีองค์ประกอบโลหะในแนวทแยงที่ด้านล่างซ้าย (รวมถึงองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองที่เน้นด้วยสีน้ำเงิน) และอโลหะ องค์ประกอบที่ด้านบนขวา (เน้น สีเหลือง). องค์ประกอบที่อยู่ใกล้กับเส้นทแยงมุม - เซมิเมทัลหรือเมทัลลอยด์ (B, Si, Ge, Sb เป็นต้น) มีอักขระสองตัว (เน้นด้วยสีชมพู)

ดังจะเห็นได้จากรูป ธาตุส่วนใหญ่เป็นโลหะ

ในแบบของตัวเอง ลักษณะทางเคมีโลหะเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่อะตอมบริจาคอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานภายนอกหรือระดับพลังงานภายนอก ทำให้เกิดไอออนที่มีประจุบวก

โลหะเกือบทั้งหมดมีรัศมีที่ค่อนข้างใหญ่และมีอิเล็กตรอนจำนวนน้อย (ตั้งแต่ 1 ถึง 3) ที่ระดับพลังงานภายนอก โลหะมีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำและคุณสมบัติการลด

โลหะทั่วไปส่วนใหญ่จะอยู่ที่จุดเริ่มต้นของช่วงเวลา (เริ่มจากวินาที) ไกลจากซ้ายไปขวา คุณสมบัติของโลหะจะลดลง ในกลุ่มจากบนลงล่าง คุณสมบัติของโลหะจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากรัศมีของอะตอมเพิ่มขึ้น (เนื่องจากจำนวนระดับพลังงานที่เพิ่มขึ้น) สิ่งนี้นำไปสู่การลดลงของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ (ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอน) ขององค์ประกอบและเพิ่มคุณสมบัติการลดลง (ความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอนไปยังอะตอมอื่น ๆ ใน ปฏิกริยาเคมี).

ทั่วไปโลหะเป็นองค์ประกอบ s (องค์ประกอบของกลุ่ม IA จาก Li ถึง Fr. องค์ประกอบของกลุ่ม PA จาก Mg ถึง Ra) สูตรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปของอะตอมคือ ns 1-2 มีลักษณะเป็นสถานะออกซิเดชัน + I และ + II ตามลำดับ

อิเล็กตรอนจำนวนน้อย (1-2) ในระดับพลังงานภายนอกของอะตอมโลหะทั่วไปแสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนเหล่านี้สูญเสียได้ง่ายและมีคุณสมบัติในการรีดิวซ์อย่างแรง ซึ่งสะท้อนถึงค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำ นี่แสดงถึงคุณสมบัติทางเคมีที่จำกัดและวิธีการเพื่อให้ได้โลหะทั่วไป

ลักษณะเฉพาะของโลหะทั่วไปคือแนวโน้มที่อะตอมของพวกมันจะสร้างไอออนบวกและพันธะเคมีไอออนิกกับอะตอมที่ไม่ใช่โลหะ สารประกอบของโลหะทั่วไปที่มีอโลหะคือผลึกไอออนิก "ไอออนบวกของโลหะที่เป็นไอออนของอโลหะ" ตัวอย่างเช่น K + Br -, Ca 2+ O 2- ไอออนบวกของโลหะทั่วไปยังรวมอยู่ในสารประกอบที่มีแอนไอออนเชิงซ้อน - ไฮดรอกไซด์และเกลือ เช่น Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-

โลหะกลุ่ม A ที่ก่อตัวเป็นแอมโฟเทอริกในแนวทแยงในตารางธาตุ Be-Al-Ge-Sb-Po เช่นเดียวกับโลหะที่อยู่ติดกัน (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) ไม่แสดงคุณสมบัติของโลหะโดยทั่วไป . สูตรอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปของอะตอม น 2 np 0-4 แสดงถึงสถานะออกซิเดชันที่หลากหลายมากขึ้น ความสามารถที่มากขึ้นในการรักษาอิเล็กตรอนของตัวเอง ความสามารถในการรีดิวซ์ของพวกมันค่อยๆ ลดลง และการปรากฏตัวของความสามารถในการออกซิไดซ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานะออกซิเดชันสูง (ตัวอย่างทั่วไปคือสารประกอบ Tl III, Pb IV, Bi v ). พฤติกรรมทางเคมีที่คล้ายคลึงกันก็เป็นลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบส่วนใหญ่เช่นกัน (องค์ประกอบ d กล่าวคือ องค์ประกอบของกลุ่ม B ของตารางธาตุ (ตัวอย่างทั่วไปคือองค์ประกอบแอมโฟเทอริก Cr และ Zn)

การแสดงคุณสมบัติของความเป็นคู่ (แอมโฟเทอริก) ทั้งที่เป็นโลหะ (พื้นฐาน) และอโลหะ เกิดจากธรรมชาติของพันธะเคมี ในสถานะของแข็ง สารประกอบของโลหะผิดปรกติกับอโลหะมีพันธะโควาเลนต์เป็นส่วนใหญ่ (แต่มีความแข็งแรงน้อยกว่าพันธะระหว่างอโลหะ) ในสารละลาย พันธะเหล่านี้จะแตกได้ง่าย และสารประกอบจะแยกตัวออกเป็นไอออน (ทั้งหมดหรือบางส่วน) ตัวอย่างเช่น โลหะแกลเลียมประกอบด้วยโมเลกุล Ga 2 ในอะลูมิเนียมสถานะของแข็งและคลอไรด์ของปรอท (II) AlCl 3 และ HgCl 2 มีพันธะโควาเลนต์อย่างแรง แต่ในสารละลาย AlCl 3 จะแยกตัวออกเกือบทั้งหมด และ HgCl 2 - มีค่าน้อยมาก ขอบเขต (และจากนั้นเป็น HgCl + และ Cl - ไอออน)

คุณสมบัติทางกายภาพทั่วไปของโลหะ

เนื่องจากการมีอยู่ของอิเล็กตรอนอิสระ ("ก๊าซอิเล็กตรอน") ในโครงผลึกโลหะทั้งหมดจึงมีคุณสมบัติทั่วไปดังต่อไปนี้:

1) พลาสติก- สามารถเปลี่ยนรูปร่างได้ง่าย ยืดเป็นเส้นลวด ม้วนเป็นแผ่นบาง ๆ

2) ความแวววาวของโลหะและความทึบ นี่เป็นเพราะปฏิกิริยาของอิเล็กตรอนอิสระกับแสงตกกระทบบนโลหะ

3) การนำไฟฟ้า. อธิบายโดยการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอนอิสระจากขั้วลบไปยังขั้วบวกภายใต้อิทธิพลของความต่างศักย์เล็กน้อย เมื่อถูกความร้อน ค่าการนำไฟฟ้าจะลดลงเพราะ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การสั่นสะเทือนของอะตอมและไอออนในโหนดของผลึกตาข่ายจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ยากต่อการเคลื่อนที่โดยตรงของ "แก๊สอิเล็กตรอน"

4) การนำความร้อนเกิดจากความคล่องตัวสูงของอิเล็กตรอนอิสระเนื่องจากอุณหภูมิจะเท่ากันอย่างรวดเร็วโดยมวลของโลหะ ค่าการนำความร้อนสูงสุดอยู่ในบิสมัทและปรอท

5) ความแข็งที่ยากที่สุดคือโครเมียม (ตัดกระจก); โลหะอัลคาไลที่อ่อนที่สุด - โพแทสเซียม โซเดียม รูบิเดียมและซีเซียม - ถูกตัดด้วยมีด

6) ความหนาแน่น.ยิ่งมีขนาดเล็ก มวลอะตอมของโลหะยิ่งเล็กลง และรัศมีของอะตอมยิ่งใหญ่ขึ้น น้ำหนักเบาที่สุดคือลิเธียม (ρ=0.53 g/cm3); ออสเมียมที่หนักที่สุดคือ (ρ=22.6 g/cm3) โลหะที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า 5 g/cm3 ถือเป็น "โลหะเบา"

7) จุดหลอมเหลวและจุดเดือดโลหะที่หลอมละลายได้มากที่สุดคือปรอท (m.p. = -39°C) โลหะที่ทนไฟได้มากที่สุดคือทังสเตน (t°m. = 3390°C) โลหะที่มี t°pl. อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 °C ถือเป็นวัสดุทนไฟ ต่ำกว่า - จุดหลอมเหลวต่ำ

คุณสมบัติทางเคมีทั่วไปของโลหะ

ตัวรีดิวซ์ที่แรง: Me 0 – nē → Me n +

ความเค้นจำนวนหนึ่งแสดงถึงกิจกรรมเปรียบเทียบของโลหะในปฏิกิริยารีดอกซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ

I. ปฏิกิริยาของโลหะกับอโลหะ

1) ด้วยออกซิเจน:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) ด้วยกำมะถัน:
Hg + S → HgS

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

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

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

6) ด้วยไฮโดรเจน (ทำปฏิกิริยาเฉพาะโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

ครั้งที่สอง ปฏิกิริยาของโลหะกับกรด

1) โลหะที่อยู่ในชุดไฟฟ้าเคมีของแรงดันไฟฟ้าสูงถึง H จะลดกรดที่ไม่ออกซิไดซ์เป็นไฮโดรเจน:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) ด้วยกรดออกซิไดซ์:

ในปฏิกิริยาของกรดไนตริกที่ความเข้มข้นใด ๆ และกรดซัลฟิวริกเข้มข้นกับโลหะ ไฮโดรเจนไม่เคยถูกปล่อยออกมา!

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

สาม. ปฏิกิริยาของโลหะกับน้ำ

1) แอคทีฟ (โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท) ก่อตัวเป็นเบสที่ละลายน้ำได้ (อัลคาไล) และไฮโดรเจน:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) โลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางจะถูกออกซิไดซ์โดยน้ำเมื่อถูกความร้อนให้เป็นออกไซด์:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) ไม่ใช้งาน (Au, Ag, Pt) - ไม่ตอบสนอง

IV. การกำจัดโดยโลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้นของโลหะที่มีฤทธิ์น้อยกว่าจากสารละลายของเกลือ:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

ในอุตสาหกรรมมักไม่ใช้โลหะบริสุทธิ์ แต่เป็นของผสม - โลหะผสมซึ่งคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของโลหะชนิดหนึ่งจะเสริมด้วยคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของโลหะอีกชนิดหนึ่ง ดังนั้นทองแดงจึงมีความแข็งต่ำและมีประโยชน์น้อยสำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักร ในขณะที่โลหะผสมของทองแดงกับสังกะสี ( ทองเหลือง) ค่อนข้างยากอยู่แล้วและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมเครื่องกล อลูมิเนียมมีความเหนียวสูงและมีน้ำหนักเบาเพียงพอ (ความหนาแน่นต่ำ) แต่อ่อนเกินไป บนพื้นฐานของมันเตรียมโลหะผสมที่มีแมกนีเซียมทองแดงและแมงกานีส - duralumin (duralumin) ซึ่งโดยไม่สูญเสีย คุณสมบัติที่มีประโยชน์อลูมิเนียมได้ความแข็งสูงและเหมาะสมกับอุตสาหกรรมอากาศยาน โลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอน (และการเพิ่มเติมของโลหะอื่น ๆ ) เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย เหล็กหล่อและ เหล็ก.

โลหะในรูปแบบอิสระคือ สารรีดิวซ์อย่างไรก็ตาม การเกิดปฏิกิริยาของโลหะบางชนิดนั้นต่ำเนื่องจากถูกปกคลุมไปด้วย ฟิล์มออกไซด์พื้นผิว, ใน องศาที่แตกต่างทนต่อการกระทำของสารเคมี เช่น น้ำ สารละลายของกรดและด่าง

ตัวอย่างเช่น ตะกั่วมักถูกเคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์ การเปลี่ยนไปใช้สารละลายไม่เพียงต้องสัมผัสกับสารทำปฏิกิริยา (เช่น กรดไนตริกเจือจาง) แต่ยังให้ความร้อนด้วย ฟิล์มออกไซด์บนอะลูมิเนียมป้องกันปฏิกิริยากับน้ำ แต่จะถูกทำลายภายใต้การกระทำของกรดและด่าง ฟิล์มออกไซด์หลวม (สนิม) เกิดขึ้นบนพื้นผิวของเหล็กในอากาศชื้น ไม่รบกวนการเกิดออกซิเดชันของเหล็กต่อไป

ภายใต้อิทธิพล เข้มข้นกรดเกิดบนโลหะ ที่ยั่งยืนฟิล์มออกไซด์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ทู่. ดังนั้นในความเข้มข้น กรดซัลฟูริกทู่ (แล้วไม่ทำปฏิกิริยากับกรด) โลหะเช่น Be, Bi, Co, Fe, Mg และ Nb และในกรดไนตริกเข้มข้น - โลหะ A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th และ U.

เมื่อทำปฏิกิริยากับตัวออกซิไดซ์ในสารละลายที่เป็นกรด โลหะส่วนใหญ่จะกลายเป็นไอออนบวก ประจุจะถูกกำหนดโดยสถานะออกซิเดชันที่เสถียรของธาตุที่กำหนดในสารประกอบ (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ และ Fe 3 +)

กิจกรรมการรีดิวซ์ของโลหะในสารละลายที่เป็นกรดจะถูกส่งผ่านโดยชุดของความเค้น โลหะส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นสารละลายของกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกเจือจาง แต่ Cu, Ag และ Hg - เฉพาะกรดกำมะถัน (เข้มข้น) และกรดไนตริก และ Pt และ Au - "aqua regia"

การกัดกร่อนของโลหะ

คุณสมบัติทางเคมีที่ไม่พึงประสงค์ของโลหะ ได้แก่ การทำลายล้าง (ออกซิเดชัน) เมื่อสัมผัสกับน้ำและภายใต้อิทธิพลของออกซิเจนที่ละลายในนั้น (การกัดกร่อนของออกซิเจน)ตัวอย่างเช่น การกัดกร่อนของผลิตภัณฑ์เหล็กในน้ำเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง อันเป็นผลมาจากการเกิดสนิม และผลิตภัณฑ์สลายเป็นผง

การกัดกร่อนของโลหะเกิดขึ้นในน้ำเช่นกันเนื่องจากมีก๊าซ CO 2 และ SO 2 ที่ละลายอยู่ สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดถูกสร้างขึ้นและ H + ไพเพอร์จะถูกแทนที่โดยโลหะออกฤทธิ์ในรูปของไฮโดรเจน H 2 ( การกัดกร่อนของไฮโดรเจน).

จุดสัมผัสระหว่างโลหะสองชนิดที่ไม่เหมือนกันสามารถกัดกร่อนได้เป็นพิเศษ ( การกัดกร่อนของหน้าสัมผัส)ระหว่างโลหะชนิดหนึ่ง เช่น Fe และโลหะอีกชนิดหนึ่ง เช่น Sn หรือ Cu ที่วางอยู่ในน้ำ จะเกิดคู่กัลวานิกขึ้น การไหลของอิเล็กตรอนไปจากโลหะที่แอคทีฟมากกว่า ซึ่งอยู่ทางด้านซ้ายในชุดของแรงดันไฟฟ้า (Re) ไปจนถึงโลหะที่แอคทีฟน้อย (Sn, Cu) และโลหะที่แอคทีฟมากขึ้นจะถูกทำลาย (กัดกร่อน)

เป็นเพราะเหตุนี้ผิวกระป๋องของกระป๋อง (เหล็กชุบดีบุก) จึงเกิดสนิมเมื่อเก็บไว้ในบรรยากาศที่ชื้นและจัดการอย่างไม่ระมัดระวัง (เหล็กจะยุบตัวลงอย่างรวดเร็วหลังจากเกิดรอยขีดข่วนเล็กน้อย ซึ่งช่วยให้สัมผัสกับความชื้นของเหล็กได้) ในทางตรงกันข้าม พื้นผิวสังกะสีของถังเหล็กไม่เป็นสนิมเป็นเวลานาน เพราะถึงแม้จะมีรอยขีดข่วน แต่ก็ไม่ใช่เหล็กที่กัดกร่อน แต่เป็นสังกะสี (เป็นโลหะที่มีฤทธิ์แรงกว่าเหล็ก)

ความต้านทานการกัดกร่อนสำหรับโลหะที่กำหนดจะเพิ่มขึ้นเมื่อเคลือบด้วยโลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้นหรือเมื่อถูกหลอมรวม ตัวอย่างเช่น การเคลือบเหล็กด้วยโครเมียมหรือการทำโลหะผสมของเหล็กที่มีโครเมียมช่วยขจัดการกัดกร่อนของเหล็ก เหล็กชุบโครเมียมและเหล็กกล้าที่มีโครเมียม ( สแตนเลส) มีความต้านทานการกัดกร่อนสูง

โลหะผสมไฟฟ้ากล่าวคือ การได้มาซึ่งโลหะโดยอิเล็กโทรไลซิสของหลอมเหลว (สำหรับโลหะที่มีฤทธิ์มากที่สุด) หรือสารละลายเกลือ

pyrometallurgyกล่าวคือ การนำโลหะกลับมาจากแร่ที่ อุณหภูมิสูง(เช่น การได้มาซึ่งเหล็กในกระบวนการเตาหลอมเหลว)

อุทกวิทยากล่าวคือ การแยกโลหะออกจากสารละลายของเกลือโดยโลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้น (เช่น การผลิตทองแดงจากสารละลาย CuSO 4 โดยการกระทำของสังกะสี เหล็ก หรืออะลูมิเนียม)

โลหะพื้นเมืองบางครั้งพบได้ในธรรมชาติ (ตัวอย่างทั่วไปคือ Ag, Au, Pt, Hg) แต่บ่อยครั้งที่โลหะอยู่ในรูปของสารประกอบ ( แร่โลหะ). โดยความชุกในเปลือกโลก โลหะมีความแตกต่างกัน: จากที่พบมากที่สุด - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) ไปจนถึงหายากที่สุด - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

คุณสมบัติการบูรณะ- เหล่านี้เป็นคุณสมบัติทางเคมีหลักของโลหะทั้งหมด พวกมันแสดงออกในปฏิกิริยากับตัวออกซิไดซ์ที่หลากหลายรวมถึงตัวออกซิไดซ์จาก สิ่งแวดล้อม. ที่ ปริทัศน์ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับตัวออกซิไดซ์สามารถแสดงได้โดยรูปแบบ:

ฉัน + ออกซิไดเซอร์" ผม(+X),

โดยที่ (+X) คือสถานะออกซิเดชันเชิงบวกของฉัน

ตัวอย่างการเกิดออกซิเดชันของโลหะ

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

ชุดกิจกรรมของโลหะ

คุณสมบัติรีดิวซ์ของโลหะแตกต่างกัน ศักย์ไฟฟ้า E ถูกใช้เป็นคุณลักษณะเชิงปริมาณของคุณสมบัติการลดของโลหะ

ยิ่งโลหะมีการเคลื่อนไหวมากเท่าใด ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของอิเล็กโทรดก็ยิ่งเป็นลบ E o

โลหะที่จัดเรียงเป็นแถวเมื่อกิจกรรมออกซิเดชันลดลงก่อให้เกิดกิจกรรมเป็นแถว

ชุดกิจกรรมของโลหะ

ผม

หลี่

K

Ca

นา

มก.

อัล

มิน

สังกะสี

Cr

เฟ

นิ

sn

พีบี

H2

Cu

Ag

Au

เมซ+

หลี่ +

K+

Ca2+

นา+

Mg2+

อัล 3+

Mn2+

Zn2+

Cr3+

เฟ2+

Ni2+

sn 2+

PB 2+

H+

Cu2+

Ag+

ออ 3+

อี โอ บี

-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

โลหะที่มีค่า Eo เป็นลบมากกว่าสามารถลดไอออนบวกของโลหะที่มีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวกได้มากกว่า

การลดลงของโลหะจากสารละลายของเกลือกับโลหะอื่นที่มีกิจกรรมการรีดิวซ์สูงกว่าเรียกว่าการประสาน. การซีเมนต์ใช้ในเทคโนโลยีทางโลหะวิทยา

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ซีดีได้มาจากการลดจากสารละลายของเกลือกับสังกะสี

Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

3.3. 1. ปฏิกิริยาของโลหะกับออกซิเจน

ออกซิเจนเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรง สามารถออกซิไดซ์โลหะส่วนใหญ่ได้ ยกเว้นAuและปตท . โลหะในอากาศสัมผัสกับออกซิเจน ดังนั้น เมื่อศึกษาเคมีของโลหะ ความสนใจมักจะจ่ายให้กับคุณสมบัติของปฏิกิริยาของโลหะกับออกซิเจน

ทุกคนรู้ดีว่าเหล็กในอากาศชื้นถูกปกคลุมด้วยไอรอนออกไซด์ที่เป็นสนิม แต่โลหะจำนวนมากในสภาพกะทัดรัดที่อุณหภูมิไม่สูงเกินไปมีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชัน เนื่องจากโลหะเหล่านี้สร้างฟิล์มป้องกันบาง ๆ บนพื้นผิว ฟิล์มของผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันเหล่านี้ไม่อนุญาตให้ตัวออกซิไดซ์สัมผัสกับโลหะ ปรากฏการณ์ของการก่อตัวของชั้นป้องกันบนพื้นผิวของโลหะที่ป้องกันการเกิดออกซิเดชันของโลหะเรียกว่าทู่โลหะ

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นส่งเสริมการเกิดออกซิเดชันของโลหะด้วยออกซิเจน. กิจกรรมของโลหะเพิ่มขึ้นในสถานะที่ถูกแบ่งอย่างประณีต โลหะส่วนใหญ่ในรูปผงจะเผาไหม้ในออกซิเจน

s-metals

แสดงกิจกรรมการฟื้นฟูที่ยิ่งใหญ่ที่สุดส-โลหะโลหะ Na, K, Rb Cs สามารถติดไฟได้ในอากาศ และจะถูกเก็บไว้ในภาชนะที่ปิดสนิทหรือภายใต้ชั้นของน้ำมันก๊าด Be and Mg ที่ อุณหภูมิต่ำแฝงอยู่ในอากาศ แต่เมื่อจุดไฟ แถบ Mg จะลุกไหม้ด้วยเปลวไฟเป็นประกาย

โลหะIIA-subgroups และ Li เมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจน จะเกิดออกไซด์.

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

4 Li + O 2 \u003d 2 Li 2 O

โลหะแอลคาไล นอกจากหลี่เมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจน พวกมันจะไม่ใช่ออกไซด์ แต่เป็นเปอร์ออกไซด์ผม 2 โอ 2 และซูเปอร์ออกไซด์MeO 2 .

2Na + O 2 \u003d นา 2 O 2

K + O 2 = KO 2

p-metals

โลหะที่เป็นเจ้าของพี- เพื่อบล็อกบนอากาศจะทู่

เมื่อเผาไหม้ออกซิเจน

• โลหะกลุ่มย่อย IIIA ก่อให้เกิดออกไซด์ของประเภท ฉัน 2 O 3,
• Sn ถูกออกซิไดซ์เป็น สโน 2 , และ Pb - สูงสุด PbO
• บีไป ไบ2โอ3.

d-โลหะ

ทั้งหมดd- โลหะคาบ 4 ตัวถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจน. Sc, Mn, Fe ถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายที่สุด ทนทานต่อการกัดกร่อนของ Ti, V, Cr โดยเฉพาะ

เมื่อเผาด้วยออกซิเจน ของทั้งหมดd

เมื่อเผาด้วยออกซิเจน ของทั้งหมดd- องค์ประกอบของช่วงที่ 4 มีเพียงสแกนเดียม ไททาเนียม และวานาเดียมเท่านั้นที่ก่อตัวเป็นออกไซด์ โดยที่ Me อยู่ในสถานะออกซิเดชันสูงสุด เท่ากับหมายเลขกลุ่มโลหะ d ที่เหลือของช่วงที่ 4 เมื่อเผาไหม้ในออกซิเจน จะเกิดออกไซด์ซึ่ง Me อยู่ในสถานะออกซิเดชันระดับกลางแต่เสถียร

ประเภทของออกไซด์ที่เกิดจากโลหะ d 4 คาบระหว่างการเผาไหม้ในออกซิเจน:

• เหมียวแบบฟอร์ม Zn, Cu, Ni, Co. (ที่ T>1000оС Cu ในรูปแบบ Cu 2 O)
• ฉัน 2 O 3, แบบฟอร์ม Cr, Fe และ Sc,
• มีโอ2 - Mn และ Ti
• V สร้างออกไซด์สูงสุด - วี 2 โอ 5 .

d-โลหะในสมัยที่ 5 และยุคที่ 6 ยกเว้นย ลา มากกว่าโลหะอื่นๆ ทั้งหมดมีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชัน ห้ามทำปฏิกิริยากับออกซิเจน Au, Pt .

เมื่อเผาด้วยออกซิเจนd-โลหะที่มีคาบ 5 และ 6 คาบ ตามกฎแล้วจะเกิดออกไซด์ที่สูงขึ้น, ข้อยกเว้นคือโลหะ Ag, Pd, Rh, Ru

ประเภทของออกไซด์ที่เกิดจาก d-metals 5 และ 6 คาบระหว่างการเผาไหม้ในออกซิเจน:

• ฉัน 2 O 3- แบบฟอร์ม Y, La; Rh;
• มีโอ2- Zr, Hf; ไออาร์:
• ฉัน 2 O 5- Nb, ตา;
• มีโอ 3- โม W
• ฉัน 2 O 7- Tc, Re
• เหมียว 4 - ออส
• MeO- Cd, Hg, Pd;
• ฉัน 2 O- Ag;

ปฏิกิริยาของโลหะกับกรด

ในสารละลายกรด ไฮโดรเจนไอออนเป็นตัวออกซิไดซ์. ไอออนบวกของ H + สามารถออกซิไดซ์โลหะในชุดกิจกรรมเป็นไฮโดรเจน, เช่น. มีศักย์ไฟฟ้าลบ

โลหะหลายชนิดเมื่อถูกออกซิไดซ์ในสารละลายที่เป็นกรด หลายตัวจะกลายเป็นไอออนบวกเมซ + .

แอนไอออนของกรดจำนวนหนึ่งสามารถแสดงคุณสมบัติการออกซิไดซ์ที่แรงกว่า H + . ตัวออกซิไดซ์ดังกล่าวรวมถึงแอนไอออนและกรดที่พบบ่อยที่สุด ชม 2 ดังนั้น 4 และHNO 3 .

แอนไอออน NO 3 - แสดงคุณสมบัติการออกซิไดซ์ที่ความเข้มข้นใดๆ ในสารละลาย แต่ผลิตภัณฑ์รีดักชันขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของกรดและธรรมชาติของโลหะออกซิไดซ์

แอนไอออน SO 4 2- แสดงคุณสมบัติการออกซิไดซ์เฉพาะใน H 2 SO 4 เข้มข้นเท่านั้น

ผลิตภัณฑ์ลดการเกิดออกซิไดเซอร์: H + , NO 3 - , ดังนั้น 4 2 -

2H + + 2e - =H2

ดังนั้น 4 2- จากเข้มข้น H 2 SO 4 ดังนั้น 4 2- + 2e - + 4 ชม + = ดังนั้น 2 + 2 ชม 2 โอ

(เป็นไปได้ด้วยการก่อตัวของ S, H 2 S)

NO 3 - จาก HNO 3 เข้มข้น ลำดับที่ 3 - + e - +2H+= NO 2 + H 2 O
NO 3 - จาก HNO 3 ที่เจือจาง NO 3 - + 3e - +4H+=ไม่ + 2H 2 O

(ยังสามารถสร้าง N 2 O, N 2, NH 4 +)

ตัวอย่างปฏิกิริยาของปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับกรด

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

ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของโลหะในสารละลายที่เป็นกรด

โลหะอัลคาไลเป็นไอออนบวกของประเภท Me +, โลหะ s ของกลุ่มที่สองเป็นไอออนบวกฉัน 2+

โลหะบล็อก p เมื่อละลายในกรด จะเกิดเป็นไอออนบวกที่ระบุในตาราง

โลหะ Pb และ Bi ละลายในกรดไนตริกเท่านั้น

ผม	อัล	กา	ใน	Tl	sn	พีบี	บี
เมซ+	อัล 3+	Ga3+	ใน 3+	Tl +	sn 2+	PB 2+	ไบ 3+
อีโอ บี	-1,68	-0,55	-0,34	-0,34	-0,14	-0,13	+0,317

d-metals ทั้งหมด 4 คาบยกเว้น Cu , สามารถออกซิไดซ์ได้โดยไอออนH+ ในสารละลายกรด

ประเภทของไอออนบวกที่เกิดจาก d-metals 4 ช่วงเวลา:

• ฉัน 2+(รูปแบบ d-metals ตั้งแต่ Mn ถึง Cu)
• ฉัน 3+ (สร้าง Sc, Ti, V, Cr และ Fe ในกรดไนตริก)
• Ti และ V ยังก่อให้เกิดไพเพอร์ มีโอ 2+

d- องค์ประกอบของคาบ 5 และ 6 มีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันมากกว่า 4d- โลหะ

ในสารละลายที่เป็นกรด H + สามารถออกซิไดซ์ได้: Y, La, Cd.

ใน HNO 3 สามารถละลายได้: Cd, Hg, Ag Hot HNO 3 ละลาย Pd, Tc, Re.

ในความร้อน H 2 SO 4 ละลาย: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg

โลหะ: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W มักจะละลายในส่วนผสมของ HNO 3 + HF

ใน aqua regia (ส่วนผสม HNO 3 + HCl) Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au และ Os สามารถละลายได้โดยยาก) สาเหตุของการละลายของโลหะในน้ำกัดทองหรือในส่วนผสมของ HNO 3 + HF คือการก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อน

ตัวอย่าง. การละลายของทองคำใน Aqua Regia เป็นไปได้เนื่องจากการก่อตัวของคอมเพล็กซ์ -

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

ปฏิกิริยาของโลหะกับน้ำ

คุณสมบัติในการออกซิไดซ์ของน้ำนั้นเกิดจากเอช(+1).

2H 2 O + 2e -" ชม 2 + 2OH -

เนื่องจากความเข้มข้นของ H + ในน้ำต่ำ คุณสมบัติในการออกซิไดซ์จึงต่ำ โลหะสามารถละลายในน้ำได้อี< - 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. ทั้งหมดส- โลหะ นอกจาก Be และ Mg ละลายได้ง่ายในน้ำ

2 นา + 2 HOH = ชม 2 + 2 โอ้ -

นาทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ ปล่อยความร้อนออกมา H2 ที่ปล่อยออกมาอาจติดไฟได้

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

Mg ละลายในน้ำเดือดเท่านั้น ได้รับการปกป้องจากการเกิดออกซิเดชันโดยออกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำเฉื่อย

โลหะบล็อก p เป็นสารรีดิวซ์ที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าส.

ในบรรดาโลหะ p กิจกรรมการรีดิวซ์จะสูงกว่าสำหรับโลหะของกลุ่มย่อย IIIA, Sn และ Pb เป็นสารรีดิวซ์ที่อ่อนแอ, Bi มี Eo > 0

p-metals ไม่ละลายในน้ำภายใต้สภาวะปกติ. เมื่อออกไซด์ป้องกันละลายจากพื้นผิวในสารละลายอัลคาไลน์ Al, Ga และ Sn จะถูกออกซิไดซ์ด้วยน้ำ

ในบรรดาโลหะดี พวกมันจะถูกออกซิไดซ์โดยน้ำเมื่อถูกความร้อน Sc และ Mn, La, Y. เหล็กทำปฏิกิริยากับไอน้ำ

ปฏิกิริยาของโลหะกับสารละลายด่าง

ในสารละลายอัลคาไลน์ น้ำทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์.

2H 2 O + 2e - \u003dเอช 2 + 2OH - Eo \u003d - 0.826 B (pH \u003d 14)

คุณสมบัติการออกซิไดซ์ของน้ำจะลดลงตามค่า pH ที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากความเข้มข้นของ H + ลดลง อย่างไรก็ตาม โลหะบางชนิดที่ไม่ละลายในน้ำจะละลายในสารละลายด่างตัวอย่างเช่น Al, Zn และอื่น ๆ เหตุผลหลักการละลายของโลหะดังกล่าวในสารละลายอัลคาไลน์คือออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของโลหะเหล่านี้มีความแอมโฟเทอริซิตี้ ละลายในด่าง ขจัดสิ่งกีดขวางระหว่างตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์

ตัวอย่าง. การละลายของ Al ในสารละลาย NaOH

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

บทเรียนนี้มีไว้สำหรับการศึกษาหัวข้อ "คุณสมบัติทั่วไปของโลหะ การเชื่อมต่อโลหะ ในระหว่างบทเรียน จะพิจารณาคุณสมบัติทางเคมีทั่วไปของโลหะ คุณสมบัติของพันธะเคมีของโลหะ ครูจะอธิบายความคล้ายคลึงกันระหว่างคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของโลหะโดยใช้แบบจำลองของ โครงสร้างภายใน.

หัวข้อ: เคมีของโลหะ

บทเรียน: คุณสมบัติทั่วไปของโลหะ การเชื่อมต่อโลหะ

โลหะมีลักษณะเฉพาะตามคุณสมบัติทางกายภาพทั่วไป: มีความมันวาวแบบโลหะพิเศษ การนำความร้อนและไฟฟ้าสูง และความเหนียว

โลหะยังมีคุณสมบัติทางเคมีทั่วไปบางอย่างเหมือนกัน สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าในปฏิกิริยาเคมี โลหะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์: พวกมันบริจาคอิเล็กตรอนและเพิ่มสถานะออกซิเดชัน พิจารณาปฏิกิริยาบางอย่างที่โลหะมีส่วนร่วม

ปฏิสัมพันธ์กับออกซิเจน

โลหะหลายชนิดสามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ โดยปกติผลคูณของปฏิกิริยาเหล่านี้คือออกไซด์ แต่มีข้อยกเว้น ซึ่งคุณจะได้เรียนรู้ในบทเรียนต่อไป พิจารณาปฏิกิริยาระหว่างแมกนีเซียมกับออกซิเจน

แมกนีเซียมเผาผลาญออกซิเจนเพื่อสร้างแมกนีเซียมออกไซด์:

2Mg + O 2 \u003d 2MgO

ข้าว. 1. การเผาไหม้ของแมกนีเซียมในออกซิเจน

อะตอมของแมกนีเซียมบริจาคอิเล็กตรอนภายนอกให้กับอะตอมออกซิเจน: อะตอมแมกนีเซียม 2 อะตอมบริจาคอิเล็กตรอน 2 ตัวต่ออะตอมออกซิเจน 2 อะตอม ในกรณีนี้ แมกนีเซียมทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ และออกซิเจนทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์

โลหะทำปฏิกิริยากับฮาโลเจน ผลคูณของปฏิกิริยานี้คือเมทัลเฮไลด์ เช่น คลอไรด์

ข้าว. 2. การเผาไหม้โพแทสเซียมในคลอรีน

โพแทสเซียมเผาไหม้ในคลอรีนเพื่อสร้างโพแทสเซียมคลอไรด์:

2K + Cl 2 \u003d 2KCl

อะตอมโพแทสเซียมสองอะตอมบริจาคอิเล็กตรอนหนึ่งตัวให้กับโมเลกุลคลอรีน โพแทสเซียมซึ่งเพิ่มสถานะออกซิเดชันมีบทบาทเป็นตัวรีดิวซ์และคลอรีนซึ่งลดสถานะออกซิเดชันจะมีบทบาทเป็นตัวออกซิไดซ์

โลหะหลายชนิดทำปฏิกิริยากับกำมะถันเพื่อสร้างซัลไฟด์ ในปฏิกิริยาเหล่านี้ โลหะยังทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ ในขณะที่กำมะถันจะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ กำมะถันในซัลไฟด์อยู่ในสถานะออกซิเดชัน -2 นั่นคือ มันลดสถานะออกซิเดชันจาก 0 เป็น -2 ตัวอย่างเช่น เมื่อถูกความร้อน เหล็กทำปฏิกิริยากับกำมะถันเพื่อสร้างธาตุเหล็ก (II) ซัลไฟด์:

ข้าว. 3. ปฏิกิริยาของธาตุเหล็กกับกำมะถัน

โลหะสามารถทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน ไนโตรเจน และอโลหะอื่นๆ ได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ

เฉพาะโลหะที่ออกฤทธิ์ เช่น อัลคาไลและเอิร์ธอัลคาไลน์ที่ทำปฏิกิริยากับน้ำโดยไม่ให้ความร้อน ในระหว่างปฏิกิริยาเหล่านี้ จะเกิดอัลคาไลและปล่อยก๊าซไฮโดรเจน ตัวอย่างเช่น แคลเซียมทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างแคลเซียมไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจน โดยปล่อย จำนวนมากของความร้อน:

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

โลหะที่มีปฏิกิริยาน้อย เช่น เหล็กและสังกะสี ทำปฏิกิริยากับน้ำเมื่อถูกความร้อนเท่านั้นจึงจะเกิดเป็นโลหะออกไซด์และไฮโดรเจน ตัวอย่างเช่น:

Zn + H 2 O \u003d ZnO + H 2

ในปฏิกิริยาเหล่านี้ ตัวออกซิไดซ์คืออะตอมไฮโดรเจนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของน้ำ

โลหะทางด้านขวาของไฮโดรเจนในอนุกรมแรงดันไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ

คุณรู้อยู่แล้วว่าโลหะที่อยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้าทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับกรด ในปฏิกิริยาเหล่านี้ โลหะบริจาคอิเล็กตรอนและทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ ตัวออกซิไดซ์คือไฮโดรเจนไอออนบวกที่เกิดขึ้นในสารละลายกรด ตัวอย่างเช่น สังกะสีทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริก:

Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2

มิฉะนั้น ปฏิกิริยาของโลหะกับกรดไนตริกและกรดซัลฟิวริกเข้มข้นจะดำเนินต่อไป แทบไม่มีไฮโดรเจนออกมาในปฏิกิริยาเหล่านี้ เราจะพูดถึงปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวในบทเรียนต่อไป

โลหะสามารถทำปฏิกิริยากับสารละลายเกลือได้หากมีการใช้งานมากกว่าโลหะในเกลือ ตัวอย่างเช่น เหล็กแทนที่คอปเปอร์จากคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต:

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu

เหล็กเป็นตัวรีดิวซ์ ไอออนบวกของทองแดงเป็นตัวออกซิไดซ์

เรามาลองอธิบายกันว่าทำไมโลหะถึงมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีเหมือนกัน ในการทำเช่นนี้ ให้พิจารณาแบบจำลองของโครงสร้างภายในของโลหะ

อะตอมของโลหะมีรัศมีค่อนข้างใหญ่และมีอิเล็กตรอนภายนอกจำนวนน้อย อิเล็กตรอนเหล่านี้ถูกดึงดูดไปยังนิวเคลียสอย่างอ่อน ดังนั้น ในปฏิกิริยาเคมี โลหะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ โดยให้อิเล็กตรอนจากระดับพลังงานภายนอก

ในโหนดของผลึกตาข่ายของโลหะนั้นไม่เพียง แต่มีอะตอมที่เป็นกลางเท่านั้น แต่ยังรวมถึงไอออนบวกของโลหะด้วยเพราะ อิเล็กตรอนชั้นนอกเคลื่อนที่อย่างอิสระในโครงผลึก ในกรณีนี้ อะตอมที่บริจาคอิเล็กตรอน กลายเป็นไอออนบวก และไอออนบวกที่รับอิเล็กตรอน จะกลายเป็นอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า

ข้าว. 4. แบบจำลองโครงสร้างภายในของโลหะ

พันธะเคมีที่เกิดจากแรงดึงดูดของโลหะไอออนบวกกับอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่อย่างอิสระเรียกว่า โลหะ.

ค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนของโลหะอธิบายได้จากการมีอยู่ของอิเล็กตรอนอิสระซึ่งสามารถเป็นพาหะได้ กระแสไฟฟ้าและตัวพาความร้อน ความเป็นพลาสติกของโลหะอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าภายใต้การกระทำทางกล พันธะเคมีจะไม่แตกเพราะ พันธะเคมีไม่ได้เกิดขึ้นระหว่างอะตอมและไอออนบวกที่เฉพาะเจาะจง แต่ระหว่างไอออนบวกของโลหะทั้งหมดที่มีอิเล็กตรอนอิสระทั้งหมดในผลึกโลหะ

1. อ.มิกิตติ์ การรวบรวมงานและแบบฝึกหัดในวิชาเคมี เกรด 8-11 / ค.ศ. มิกกี้. - ม.: เอ็ด. "สอบ", 2552.

2. Orzhekovsky P.A. เคมี : ป.9: ตำราเรียน. ทั่วไป สถาบัน / ป. Orzhekovsky, L.M. Meshcheryakova, L.S. ปอนตัก. - M.: AST: Astrel, 2007. (§23)

3. Orzhekovsky P.A. เคมี : ป.9 ตำราเรียนทั่วไป. สถาบัน / ป. Orzhekovsky, L.M. Meshcheryakova, M.M. ชาลาโชวา. - M.: Astrel, 2013. (§6)

4. Rudzitis G.E. เคมี: อนินทรีย์. เคมี. อวัยวะ. เคมี: ตำราเรียน. สำหรับ 9 เซลล์ / จีอี Rudzitis, F.G. เฟลด์แมน - ม.: การศึกษา, JSC "ตำราเรียนมอสโก", 2552

5. Khomchenko I.D. รวบรวมโจทย์และแบบฝึกหัดวิชาเคมี ม.ปลาย - ม.: RIA " คลื่นลูกใหม่": ผู้จัดพิมพ์ Umerenkov, 2008

6. สารานุกรมสำหรับเด็ก เล่มที่ 17. เคมี / บทที่. เอ็ด วีเอ Volodin ชั้นนำ วิทยาศาสตร์ เอ็ด ไอ. ลีนสัน. - ม.: อแวนต้า +, 2546.

แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม

1. แหล่งข้อมูลการศึกษาดิจิทัลชุดเดียว (ประสบการณ์วิดีโอในหัวข้อ) ()

2. วารสารอิเล็กทรอนิกส์ "เคมีและชีวิต" ()

การบ้าน

หน้า 41 Nos. A1, A2 จากตำราเรียนของ P.A. Orzhekovsky "เคมี: เกรด 9" (M.: Astrel, 2013).

ประการแรก ควรจำไว้ว่าโลหะโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

1) โลหะแอคทีฟ: โลหะเหล่านี้รวมถึงโลหะอัลคาไลทั้งหมด โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ รวมทั้งแมกนีเซียมและอะลูมิเนียม

2) โลหะที่มีฤทธิ์ปานกลาง: ได้แก่ โลหะที่อยู่ระหว่างอะลูมิเนียมกับไฮโดรเจนในชุดกิจกรรม

3) โลหะที่ไม่ใช้งาน: โลหะที่อยู่ในชุดกิจกรรมทางด้านขวาของไฮโดรเจน

ก่อนอื่น คุณต้องจำไว้ว่าโลหะที่มีปฏิกิริยาต่ำ (ซึ่งก็คือโลหะที่อยู่หลังไฮโดรเจน) ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำภายใต้สภาวะใดๆ

โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ ธ ทำปฏิกิริยากับน้ำภายใต้สภาวะใด ๆ (แม้ที่อุณหภูมิปกติและในที่เย็น) ในขณะที่ปฏิกิริยาจะมาพร้อมกับวิวัฒนาการของไฮโดรเจนและการก่อตัวของโลหะไฮดรอกไซด์ ตัวอย่างเช่น:

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

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

แมกนีเซียมเนื่องจากถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์ป้องกันจะทำปฏิกิริยากับน้ำเมื่อต้มเท่านั้น เมื่อถูกความร้อนในน้ำ ฟิล์มออกไซด์ที่ประกอบด้วย MgO จะถูกทำลาย และแมกนีเซียมที่อยู่ใต้ฟิล์มจะเริ่มทำปฏิกิริยากับน้ำ ในกรณีนี้ ปฏิกิริยายังมาพร้อมกับวิวัฒนาการของไฮโดรเจนและการก่อตัวของโลหะไฮดรอกไซด์ ซึ่งไม่ละลายน้ำในกรณีของแมกนีเซียม:

Mg + 2H 2 O \u003d Mg (OH) 2 ↓ + H 2

อลูมิเนียมเช่นแมกนีเซียมถูกปกคลุมด้วยฟิล์มป้องกันออกไซด์ แต่ในกรณีนี้ไม่สามารถทำลายได้โดยการเดือด ในการลบออก ต้องใช้การทำความสะอาดเชิงกล (ด้วยสารกัดกร่อนบางชนิด) หรือการทำลายทางเคมีด้วยด่าง สารละลายของเกลือปรอทหรือเกลือแอมโมเนียม:

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

โลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางทำปฏิกิริยากับน้ำก็ต่อเมื่ออยู่ในสถานะไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ในกรณีนี้ ตัวโลหะเองจะต้องถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิร้อนแดง (ประมาณ 600-800 ° C) เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำ จะเกิดออกไซด์ของโลหะแทนไฮดรอกไซด์ต่างจากโลหะออกฤทธิ์ ผลิตภัณฑ์รีดักชันในกรณีนี้คือไฮโดรเจน:

Zn + H 2 O \u003d ZnO + H 2

3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2 หรือ

Fe + H 2 O \u003d FeO + H 2 (ขึ้นอยู่กับระดับความร้อน)