Металлы - элементы, составляющие окружающую нас природу. Сколько существует Земля, столько существуют и металлы.

Земная кора содержит следующие металлы:

• алюминий - 8,2%,
• железо - 4,1%,
• кальций - 4,1%,
• натрий - 2,3%,
• магний - 2,3%,
• калий - 2,1 %,
• титан - 0,56% и т.д.

На данный момент наука обладает информацией о 118 химических элементах. Восемьдесят пять элементов из этого списка относятся к металлам.

Химические свойства металлов

Для того чтобы понять, от чего зависят химические свойства металлов, обратимся кавторитетному источнику – таблице периодической системе элементов, т.н. таблице Менделеева. Проведем диагональ (можно мысленно) между двумя точками: начнем от Be (бериллий) и закончим на At (астат). Деление это конечно условно, но все-таки позволяет объединять химические элементы в соответствии с их свойствами. Элементы, находящиеся слева под диагональю, и будут металлами. Чем левее, относительно диагонали, расположение элемента, тем более выражены будут у него металлические свойства:

• кристаллическая структура - плотная,
• теплопроводность - высокая,
• электрическая проводимость, уменьшающаяся с повышением температуры,
• уровень степени ионизации - низкий (электроны отделяются свободно)
• способность к образованию соединений (сплавы),
• растворимость (растворяются в сильных кислотах и едких щелочах),
• окисляемость (образование оксидов).

Вышеперечисленные свойства металлов зависят от наличия электронов, свободно перемещающихся в кристаллической решетке. У элементов, расположенных рядом с диагональю, или непосредственно в месте ее прохождения, имеют двойственные признаки принадлежности, т.е. имеют свойства металлов и неметаллов.

Радиусы атомов металлов имеют сравнительно большие размеры. Внешние электроны, называемыевалентными, значительно удалены от ядра и, как следствие, слабо связаны с ним. Поэтому атомы металлов легко отдают валентные электроны и образуют положительно заряженные ионы (катионы). Эта особенность является основным химическим свойством металлов. Атомы элементов с наиболее выраженными металлическими свойствами на внешнем энергетическом уровне имеют от одного до трех электронов. Химические элементы с характерно выраженными признаками металлов образуют только положительно заряженные ионы, они совсем не способны присоединять электроны.

Вытеснительный ряд М. В. Бекетова

Активность металла и скорость реакции его взаимодействия с другими веществами зависит от величины показателя способности атома "расстаться с электронами". Способность различно выражена у разных металлов. Элементы, обладающие высокими показателями, являются активными восстановителями. Чем больше масса атома металла, тем выше его восстановительная способность. Самыми сильными восстановителями считаются щелочные металлы K, Ca, Na. Если атомы металла не способны отдать электроны, то такой элемент будет считаться окислителем, например: аурид цезия может окислять другие металлы. В этом отношении наиболее активны соединения щелочных металлов.

Русский ученый М. В. Бекетов первым начал изучать явление вытеснения одних металлов, из соединений образованных ими, другими металлами. Составленный им перечень металлов, в котором они расположены в соответствии со степенью увеличения нормальных потенциалов,получил название "электрохимического ряда напряжений" (вытеснительный ряд Бекетова).

Li K Rb Cs Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Cr Fe Ni Sn Pb Cu Hg Ag Pt Ag Pt Au

Чем правее расположен металла в этом ряду, тем ниже его восстановительные свойства, и тем сильнее окислительные свойства его ионов.

Классификация металлов по Менделееву

В соответствии с таблицей Менделеева различаются следующие виды (подгруппы) металлов:

• щелочные - Li (литий), Na (натрий), K (калий), Rb (рубидий), Cs (цезий), Fr (франций);
• щелочноземельные – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий), Ra (радий);
• легкие - AL (алюминий), In (индий), Cd (кадмий), Zn (цинк);
• переходные;
• полуметаллы

Техническое применение металлов

Металлы, нашедшие более или менее широкое техническое применение, условно делятся на три группы: черные, цветные и благородные.

К черным металлам относят железо и его сплавы: сталь, чугун и ферросплавы.

Следует сказать, что железо –самый распространенный в природе металл. Его химическая формула Fe (феррум) . Железо сыграло огромную роль в эволюции человека. Человек смог получить новые орудия труда, научившись выплавлять железо. В современной промышленности широко применяются сплавы железа, полученные путём добавления в железо углерода или других металлов.

Цветные металлы – это практически все металлы за исключением железа, его сплавов и благородных металлов. По своим физическим свойствам цветные металлы классифицируют следующим образом:

· тяжёлые металлы: медь, никель, свинец, цинк, олово;

· лёгкие металлы: алюминий, титан, магний, бериллий, кальций, стронций, натрий, калий, барий, литий, рубидий, цезий;

· малые металлы: висмут, кадмий, сурьма, ртуть, кобальт, мышьяк;

· тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, ванадий, цирконий, ниобий, тантал, марганец, хром;

· редкие металлы: галлий, германий, индий, цирконий;

Благородные металлы : золото, серебро, платина, родий, палладий, рутений, осмий.

Нужно сказать, что с золотом человек познакомился гораздо раньше, чем с железом. Золотые украшения из этого металла делали ещё в Древнем Египте. В наше время золото используется ещё и в микроэлектронике и других отраслях промышленности.

Серебро, как и золото, используется в ювелирной промышленности, микроэлектронике, фармацевтической промышленности.

Металлы сопровождают человека на протяжении всей истории человеческой цивилизации. Нет такой отрасли, где не использовались бы металлы. Без металлов и их соединений невозможно представить современную жизнь.

Металлы, легко вступающие в реакции, называются активными металлами. К ним относятся щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий.

Положение в таблице Менделеева

Металлические свойства элементов ослабевают слева направо в периодической таблице Менделеева. Поэтому наиболее активными считаются элементы I и II групп.

Рис. 1. Активные металлы в таблице Менделеева.

Все металлы являются восстановителями и легко расстаются с электронами на внешнем энергетическом уровне. У активных металлов всего один-два валентных электрона. При этом металлические свойства усиливаются сверху вниз с возрастанием количества энергетических уровней, т.к. чем дальше электрон находится от ядра атома, тем легче ему отделиться.

Наиболее активными считаются щелочные металлы:

• литий;
• натрий;
• калий;
• рубидий;
• цезий;
• франций.

К щелочноземельным металлам относятся:

• бериллий;
• магний;
• кальций;
• стронций;
• барий;
• радий.

Узнать степень активности металла можно по электрохимическому ряду напряжений металлов. Чем левее от водорода расположен элемент, тем более он активен. Металлы, стоящие справа от водорода, малоактивны и могут взаимодействовать только с концентрированными кислотами.

Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.

К списку активных металлов в химии также относят алюминий, расположенный в III группе и стоящий левее водорода. Однако алюминий находится на границе активных и среднеактивных металлов и не реагирует с некоторыми веществами при обычных условиях.

Свойства

Активные металлы отличаются мягкостью (можно разрезать ножом), лёгкостью, невысокой температурой плавления.

Основные химические свойства металлов представлены в таблице.

Реакция	Уравнение	Исключение
Щелочные металлы самовозгораются на воздухе, взаимодействуя с кислородом	K + O 2 → KO 2	Литий реагирует с кислородом только при высокой температуре
Щелочноземельные металлы и алюминий на воздухе образуют оксидные плёнки, а при нагревании самовозгораются	2Ca + O 2 → 2CaO
Реагируют с простыми веществами, образуя соли	Ca + Br 2 → CaBr 2 ; - 2Al + 3S → Al 2 S 3	Алюминий не вступает в реакцию с водородом
Бурно реагируют с водой, образуя щёлочи и водород	- Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2	Реакция с литием протекает медленно. Алюминий реагирует с водой только после удаления оксидной плёнки
Реагируют с кислотами, образуя соли	Ca + 2HCl → CaCl 2 + H 2 ; 2K + 2HMnO 4 → 2KMnO 4 + H 2
Взаимодействуют с растворами солей, сначала реагируя с водой, а затем с солью	2Na + CuCl 2 + 2H 2 O: 2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 ; - 2NaOH + CuCl 2 → Cu(OH) 2 ↓ + 2NaCl

Активные металлы легко вступают в реакции, поэтому в природе находятся только в составе смесей - минералов, горных пород.

Рис. 3. Минералы и чистые металлы.

Что мы узнали?

К активным металлам относятся элементы I и II групп - щелочные и щелочноземельные металлы, а также алюминий. Их активность обусловлена строением атома - немногочисленные электроны легко отделяются от внешнего энергетического уровня. Это мягкие лёгкие металлы, быстро вступающие в реакцию с простыми и сложными веществами, образуя оксиды, гидроксиды, соли. Алюминий находится ближе к водороду и для его реакции с веществами требуются дополнительные условия - высокие температуры, разрушение оксидной плёнки.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4 . Всего получено оценок: 380.

Металлы – этоэлементы, проявляющие в своих соединениях только положительные степениокисления, и в простых веществах которые имеют металлические связи. Металлическаякристаллическая решетка - решетка, образованная нейтральными атомами и ионами металлов, связанными междусобой свободными электронами./> У металловв узлах кристаллической решетки находятся атомы и положительные ионы.Электроны, отданные атомами, находятся в общем владении атомов и положительныхионов. Такая связь называется металлической . Для металлов наиболее характерны следующие физические свойства: металлическийблеск, твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла иэлектричества. Теплопроводность и электропроводность уменьшается в рядуметаллов: Аg Сu Аu Аl Мg Zn Fе РЬ Hg.

Многие металлы широкораспространены в природе. Так, содержание некоторых металлов в земной кореследующее: алюминия - 8,2%; железа - 4,1%; кальция - 4,1%; натрия - 2,3%;магния - 2,3%; калия - 2,1%; титана - 0,56%.

С внешней стороны металлы, какизвестно, характеризуются прежде всего особым “металлическим” блеском, которыйобусловливается их способностью сильно отражать лучи света. Однако этот блескнаблюдается обыкновенно только в том случае, когда металл образует сплошнуюкомпактную массу. Правда, магний и алюминий сохраняют свой блеск, даже будучипревращенными в порошок, но большинство металлов в мелкораздробленном видеимеет черный или темно-серый цвет. Затем типичные металлы обладают высокойтепло- и электропроводностью, причем по способности проводить тепло и токрасполагаются в одном и том же порядке: лучшие проводники - серебро и медь,худшие - свинец и ртуть. С повышением температуры электропроводность падает,при понижении температуры, наоборот, увеличивается.

Оченьважным свойством металлов является их сравнительно легкая механическаядеформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются впроволоку, прокатываются в листы и т.п.

Характерныефизические свойства металлов находятся в связи с особенностями их внутреннейструктуры. Согласно современным воззрениям, кристаллы металлов состоят изположительно заряженных ионов и свободных электронов, отщепившихся отсоответствующих атомов. Весь кристалл можно себе представить в видепространственной решетки, узлы которой заняты ионами, а в промежутках междуионами находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят отодних атомов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Таккак электроны не связаны с определенными ионами, то уже под влиянием небольшойразности потенциалов они начинают перемещаться в определенном направлении, т.е.возникает электрический ток.

Наличиемсвободных электронов обусловливается и высокая теплопроводность металлов. Находясьв непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами иобмениваются с ними энергией. Поэтому колебания ионов, усилившиеся в даннойчасти металла вследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, отних - следующим и т.д., и тепловое состояние металла быстро выравнивается; всямасса металла принимает одинаковую температуру.

Поплотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легкие металлы,плотность которых не больше 5 г/см3, и тяжелые металлы - всеостальные.

Частицыметаллов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типомхимической связи - так называемой металлической связью. Она определяетсяодновременным наличием обычных ковалентных связей между нейтральными атомами икулоновским притяжением между ионами и свободными электронами. Таким образом,металлическая связь является свойством не отдельных частиц, а их агрегатов.

/> /> /> /> /> /> /> /> />

Методы получения металлов

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

пирометаллургические

гидрометаллургические

электрометаллургические

/> /> /> /> /> /> /> />

Восстановление металлов из соединений при высокой температуре

Восстановление металлов из водных растворов их соединений

Восстановление металлов из расплавов соединений под действием электрического тока

Химическиесвойства металлов

Взаимодействие с простыми веществами:

1. с галогенами:

Na + Cl2 → 2NaCl

2. с кислородом:

4Al + 3O2 → 2Al2O3

В реакциях с галогенами и кислородомметаллы наиболее энергично проявляют восстановительные способности.

3. с серой:

4. с азотом:

3Mg + N2 →Mg3N2

5. с фосфором:

3Ca + 2P→ Ca3P2

6. с водородом:

Наиболее активные металлы главных подгруппявляются сильными восстановителями, поэтому восстанавливают водород до степениокисления -1 и образуют гидриды.

Взаимодействиесо сложными веществами:

1. с кислотами:

2Al+3H2SO4 → Al2(SO4)3+ 3H2

2Al+ 6H + 3SO4 → 2Al + 3SO4 + 3H2

2Al + 6H→ 2Al + 3H2

Металлы, которые в электрохимическом рядунапряжений металлов находятся до водорода, восстанавливают ионы водорода изразбавленных кислот, а те, которые находятся после водорода, восстанавливаютатом основного элемента, образующего данную кислоту.

2. с водными растворами солей:

Zn+ Pb(NO3)2 → Zn(NO3)2 + Pb

Zn+ Pb + 2NO3 = Zn + 2NO3 + Pb

Zn + Pb = Zn + Pb

При взаимодействии с водными растворамисолей металлы, находящиеся в электрохимическом ряду напряжений металлов левее,восстанавливают металлы, находящиеся в этом ряду правее от них. Однако металлыс сильными восстановительными свойствами (Li, Na, K, Ca) в этихусловиях будут восстанавливать водород воды, а не металл соответствующей соли.

3. с водой:

Самые активные металлы реагируют с водой при обычныхусловиях, и в результате этих реакций образуются растворимые в воде основания ивыделяется водород.

2Na + 2HOH→ 2NaOH + H2

Менее активные металлы реагируют с водой при повышеннойтемпературе с выделением водорода и образованием оксида соответствующегометалла.

Zn + H2O→ ZnO +H2

Характеристика металлов главной подгруппы I группы.

Главную подгруппу I группыпериодической системы составляют литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr.

Все щелочные металлы имеют один s-электрон на внешнемэлектронном слое, который при химических реакциях легко теряют, проявляястепень окисления +1. Поэтому щелочные металлы являются сильнымивосстановителями. Радиусы их атомов возрастают от лития к францию. Электронвнешнего слоя с возрастанием радиуса атома находится все дальше от ядра, силыпритяжения ослабевают и, следовательно, увеличивается способность к отдачеэтого электрона, т.е. химическая активность. В электрохимическом рядунапряжений металлов все щелочные металлы стоят левее водорода. Все щелочныеметаллы в твердом состоянии хорошо проводят электрический ток. Они легкоплавки,быстро окисляются на воздухе, поэтому их хранят без доступа воздуха и влаги,чаще всего под керосином. Щелочные металлы образуют соединения спреимущественно ионной связью. Оксиды щелочных металлов – твердыегигроскопичные вещества, легко взаимодействующие с водой. При этом образуютсягидроксиды – твердые вещества, хорошо растворимые в воде. Соли щелочныхметаллов, как правило, тоже хорошо растворяются в воде.

Всещелочные металлы - очень сильные восстановители, в соединениях проявляютединственную степень окисления +1. Восстановительная способность увеличиваетсяв ряду ––Li–Na–K–Rb–Cs.
Все соединения щелочных металлов имеют ионный характер.
Практически все соли растворимы в воде.

1. Активно взаимодействуют с водой:

2Na + 2H2O→ 2NaOH + H2­
2Li + 2H2O → 2LiOH + H2­

2. Реакция с кислотами:

2Na + 2HCl →2NaCl + H2

3. Реакция с кислородом:

4Li + O2→ 2Li2O(оксид лития)
2Na + O2 → Na2O2(пероксид натрия)
K + O2 → KO2(надпероксид калия)

На воздухе щелочные металлымгновенно окисляются. Поэтому их хранят под слоем органических растворителей(керосин и др.).

4.В реакциях с другими неметаллами образуются бинарные соединения:

2Li + Cl2→ 2LiCl(галогениды)
2Na + S → Na2S(сульфиды)
2Na + H2 → 2NaH(гидриды)
6Li + N2 → 2Li3N(нитриды)
2Li + 2C → 2Li2C2(карбиды)

Реагируют со спиртами и галогенопроизводными углеводородов (смотри«Органическую химию»)

5. Качественная реакция на катионы щелочных металлов - окрашивание пламени вследующие цвета:

Li+– карминово-красный
Na+ – желтый
K+, Rb+ и Cs+ – фиолетовый

II группы.

Главнуюподгруппу II группы Периодической системы элементовсоставляют бериллий Be, магний Mg, кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra.

Атомы этихэлементов имеют на внешнем электронном уровне два s-электрона:ns2. В хим. реакциях атомы элементовподгруппы легко отдают оба электрона внешнего энергетического уровня и образуютсоединения, в которых степень окисления элемента равна +2.

Всеэлементы этой подгруппы относятся к металлам. Кальций, стронций, барий и радийназываются щелочноземельными металлами.

В свободномсостоянии эти металлы в природе не встречаются. К числу наиболеераспространенных элементов относятся кальций и магний. Основнымикальцийсодержащими минералами являются кальцит CaCO3 (егоразновидности – известняк, мел, мрамор), ангидрит CaSO4, гипс CaSO4 ∙ 2H2O_{,флюорит CaF2 ифторапатит Ca5(PO4)3F. Магнийвходит в состав минералов магнезита MgCO3, доломита MgCO3 ∙ CaCo3,карналлита KCl ∙ MgCl2 ∙ 6H2O.Соединения магния в больших количествах содержатся в морской воде.}

Свойства.Бериллий, магний, кальций, барий и радий – металлы серебристо-белого цвета.Стронций имеет золотистый цвет. Эти металлы легкие, особенно низкие плотностиимеют кальций, магний, бериллий.

Радийявляется радиоактивным химическим элементом.

Бериллий,магний и особенно щелочноземельные элементы – химически активные металлы. Ониявляются сильными восстановителями. Из металлов этой подгруппы несколько менееактивен бериллий, что обусловлено образованием на поверхности этого металлазащитной оксидной пленки.

1. Взаимодействиес простыми веществами. Все легко взаимодействуют с кислородом и серой, образуяоксиды и сульфаты:

Бериллий имагний реагируют с кислородом и серой при нагревании, остальные металлы – приобычных условиях.

Все металлыэтой группы легко реагируют с галогенами:

Mg + Cl2 = MgCl2

Принагревании все реагируют с водородом, азотом, углеродом, кремнием и другиминеметаллами:

Ca + H2 = CaH2 (гидридкальция)

3Mg + N2 = Mg3N2 (нитридмагния)

Ca + 2C = CaC2 (карбидкальция)

Карибиткальция – бесцветное кристаллическое вещество. Технический карбит, содержащийразличные примеси, может иметь цвет серый, коричневый и даже черный. Карбиткальция разлагается водой с образованием газа ацетилена C2H2 – важногопродукта хим. промышленности:

CaC2 + 2H2O = CaOH)2+ C2H2

Расплавленныеметаллы могут соединяться с другими металлами, образуя интерметаллическиесоединения, например CaSn3, Ca2Sn.

2. Взаимодействуютс водой. Бериллий с водой не взаимодействует, т.к. реакции препятствуетзащитная пленка оксида на поверхности металла. Магний реагирует с водой принагревании:

Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2

Остальныеметаллы активно взаимодействуют с водой при обычных условиях:

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

3. Взаимодействиес кислотами. Все взаимодействуют с хлороводородной и разбавленной сернойкислотами с выделением водорода:

Be + 2HCl = BeCl2 + H2

Разбавленнуюазотную кислоту металлы восстанавливают главным образом до аммиака или нитратааммония:

2Ca + 10HNO3(разб.)= 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Вконцентрированных азотной и серной кислотах (без нагревания) бериллийпассивирует, остальные металлы реагируют с этими кислотами.

4.Взаимодействие с щелочами. Бериллий взаимодействует с водными растворамищелочей с образованием комплексной соли и выделением водорода:

Be + 2NaOH + 2H2O = Na2+ H2

Магний ищелочноземельные металлы с щелочами не реагируют.

5.Взаимодействие с оксидами и солями металлов. Магний и щелочноземельные металлымогут восстанавливать многие металлы из их оксидов и солей:

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO

Бериллий,магний и щелочноземельные металлы получают электролизом расплавов их хлоридовили термическим восстановлением их соединений:

BeF2 + Mg = Be + MgF2

MgO + C = Mg + CO

3CaO + 2Al = 2Ca + Al2O3

3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3

Радийполучают в виде сплава с ртутью электролизом водного раствора RaCl2 с ртутнымкатодом.

Получение:

1) Окисление металлов (кроме Ba, которыйобразует пероксид)

2)Термическое разложение нитратов или карбонатов

CaCO3 –t°→CaO + CO2­

2Mg(NO3)2 –t°→ 2MgO + 4NO2­ + O2­

Характеристикаэлементов главной подгруппы III группы. Алюминий.

Алюминий находится в главной подгруппе III группыпериодической системы. На внешнем энергетическом уровне атома алюминия имеютсясвободные р-орбитали, что позволяет ему переходить в возбужденное состояние. Ввозбужденном состоянии атом алюминия образует три ковалентные связи илиполностью отдает три валентных электрона, проявляя степень окисления +3.

Алюминий является самым распространенным металлом на Земле:его массовая доля в земной коре составляет 8,8%. Основная масса природногоалюминия входит в состав алюмосиликатов – веществ, главными компонентамикоторых являются оксиды кремния и алюминия.

Алюминий – легкий металл серебристо-белогоцвета, плавится при 600°C, очень пластичен, легковытягивается в проволоку и прокатывается в листы и фольгу. Поэлектропроводности алюминий устпает лишь серебру и меди.

Взаимодействие с простымивеществами:

1. с галогенами:

2Al + 3Cl2 → 2AlCl3

2. с кислородом:

4Al + 3O2 → 2Al2O3

3. с серой:

2Al+ 3S → Al2S3

4. с азотом:

С водородом алюминий непосредственно не реагирует, но егогидрид AlH3 полученкосвенным путем.

Взаимодействиесо сложными веществами:

1. с кислотами:

2Al+ 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

2. со щелочами:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2

Если NaOH в твердом состоянии:

2Al+ 2NaOH + 6H2O → 2NaAlO2 + 3H2

3. с водой:

2Al + 6H2O→2Al(OH)3 + 3H2

Свойстваоксида и гидроксида алюминия:

Оксидалюминия, или глинозем, Al2O3 представляетсобой белый порошок. Оксид алюминия можно получить, сжигая металл илипрокаливая гидроксид алюминия:

2Al(OH)3→ Al2O3 + 3H2O

Оксид алюминия практически не растворяется в воде.Соответствующий этому оксиду гидроксид Al(OH)3 получают действием гидроксида аммония или растворов щелочей, взятых внедостатке, на растворы солей алюминия:

AlCl3+ 3NH3 ∙ H2O → Al(OH)3 ↓ + 3NH4Cl

Оксид и гидроксид этого металлаявляются амфотерными, т.е. проявляют как основные, так и кислотные свойства.

Основные свойства:

Al2O3 + 6HCl→2AlCl3 + 3H2O

2Al(OH)3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6H2O

Кислотные свойства :

Al2O3 + 6KOH +3H2O →2K3

2Al(OH)3+ 6KOH → K3

Al2O3 + 2NaOH→2NaAlO2 + H2O

Алюминий получают электролитическим методом. Он не можетбыть выделен из водных растворов солей, т.к. является очень активным металлом.Поэтому основным промышленным методом получения металлического алюминияявляется электролиз расплава, содержащего оксид алюминия и криолит.

Металлический алюминий широко используется впромышленности, по объему производства занимает второе место после железа.Основная масса алюминия идет на изготовление сплавов:

Дуралюмин – сплав алюминия, содержащий медь и небольшоеколичество магния, марганца и других компонентов. Дуралюмины – легкие прочные икоррозионностойкие сплавы. Используют в авиа- и машиностроении.

Магналин – сплав алюминия с магнием. Используют в авиа- имашиностроении, в строительстве. Стоек к коррозии в морской воде, поэтому егоприменяют в судостроении. Силумин – сплав алюминия, содержащий кремний. Хорошо подвергаетсялитью. Этот сплав используют в автомобиле-, авиа- и машиностроении,производстве точных приборов. Алюминий – пластичный металл, поэтому из негоизготавливают тонкую фольгу, используемую в производстве радиотехническихизделий и для упаковки товаров. Из алюминия делают провода, краски «подсеребро».

Переходные металлы.

Железо.

Впериодической системе железо находится в четвертом периоде, в побочнойподгруппе VIII группы.

Порядковыйномер – 26, электронная формула 1s2 2s2 2p6 3d64s2.

Валентныеэлектроны у атома железа находятся на последнем электронном слое (4s2)и предпоследнем (3d6). В химических реакциях железо может отдаватьэти электроны и проявлять степени окисления +2, +3 и, иногда, +6.

Железо является вторым пораспространенности металлом в природе (после алюминия).Наиболее важныеприродные соединения: Fe2O3 · 3H2O – бурый железняк;Fe2O3– красный железняк;Fe3O4(FeO · Fe2O3) –магнитный железняк;FeS2 - железный колчедан (пирит).Соединенияжелеза входят в состав живых организмов.

Железо – серебристо серый металл,обладает большой ковкостью, пластичностью и сильными магнитными свойствами.Плотность железа – 7,87 г/см3, температура плавления 1539°С.

В промышленности железо получаютвосстановлением его из железных руд углеродом (коксом) и оксидом углерода (II)в доменных печах. Химизм доменного процесса следующий:

3Fe2O3+ CO = 2Fe3O4 + CO2,

Fe3O4+ CO = 3FeO + CO2,

FeO + CO = Fe + CO2.

В реакциях железо являетсявосстановителем. Однако при обычной температуре оно не взаимодействует даже ссамыми активными окислителями (галогенами, кислородом, серой), но принагревании становится активным и реагирует с ними:

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 Хлорид железа (III)

3Fe + 2O2 = Fe3O4(FeO· Fe2O3) Оксид железа (II,III)

Fe + S = FeS Сульфид железа (II)

При очень высокой температуре железореагирует с углеродом, кремнием и фосфором:

3Fe + C = Fe3C Карбид железа (цементит)

3Fe + Si = Fe3Si Силицид железа

3Fe + 2P = Fe3P2 Фосфид железа (II)

Во влажном воздухе железо быстроокисляется (корродирует):

4Fe + 3O2 + 6H2O= 4Fe(OH)3,

Железо находится в середине электрохимическогоряда напряжений металлов, поэтому является металлом средней активности.Восстановительная способность у железа меньше, чем у щелочных, щелочноземельныхметаллов и у алюминия. Только при высокой температуре раскаленное железореагирует с водой:

3Fe + 4H2O = Fe3O4+ 4H2­

Железо реагирует с разбавленнымисерной и соляной кислотами, вытесняя из кислот водород:

Fe + 2HCl = FeCl2+ H2­

Fe + H2SO4= FeSO4 + H2­

При обычной температуре железо невзаимодействует с концентрированной серной кислотой, так как пассивируется ею.При нагревании концентрированная H2SO4 окисляет железо досульфита железа (III):

2Fe + 6H2SO4= Fe2(SO4)3 + 3SO2­ + 6H2O.

Разбавленная азотная кислота окисляетжелезо до нитрата железа (III):

Fe + 4HNO3 =Fe(NO3)3 + NO­ + 2H2O.

Концентрированная азотная кислотапассивирует железо.

Из растворов солей железо вытесняетметаллы, которые расположены правее его в электрохимическом ряду напряжений:

Fe + CuSO4 =FeSO4 + Cu, Fe0+ Cu2+ = Fe2+ + Cu0.

Оксид железа (II) FeO – черное кристаллическое вещество,нерастворимое в воде. Оксид железа (II) получают восстановлением оксидажелеза(II,III) оксидом углерода (II):

Fe3O4 + CO =3FeO + CO2­.

Оксид железа (II) – основной оксид,легко реагирует с кислотами, при этом образуются соли железа(II):

FeO + 2HCl = FeCl2+ H2O, FeO + 2H+ = Fe2+ + H2O.

Гидроксид железа (II) Fe(OH)2 – порошок белого цвета, нерастворяется в воде. Получают его из солей железа (II) при взаимодействии их сощелочами:

FeSO4 + 2NaOH =Fe(OH)2¯ + Na2SO4,

Fe2+ + 2OH- =Fe(OH)2¯.

Гидроксид железа (II) Fe(OH)2проявляет свойства основания, легко реагирует с кислотами:

Fe(OH)2 + 2HCl= FeCl2 + 2H2O,

Fe(OH)2 + 2H+ =Fe2+ + 2H2O.

При нагревании гидроксид железа (II)разлагается:

Fe(OH)2 = FeO + H2O.

Соединения со степенью окисленияжелеза +2 проявляют восстановительные свойства, так как Fe2+ легкоокисляются до Fe+3:

Fe+2 – 1e = Fe+3

Так, свежеполученный зеленоватыйосадок Fe(OH)2 на воздухе очень быстро изменяет окраску – буреет. Изменениеокраски объясняется окислением Fe(OH)2 в Fe(OH)3 кислородомвоздуха:

4Fe+2(OH)2+ O2 + 2H2O = 4Fe+3(OH)3.

Оксид железа (III) Fe2O3 – порошок бурого цвета, нерастворяется в воде. Оксид железа (III) получают:

А) разложением гидроксида железа(III):

2Fe(OH)3 = Fe2O3+ 3H2O

Б) окислением пирита (FeS2):

4Fe+2S2-1+ 11O20= 2Fe2+3O3 + 8S+4O2-2.

Оксид железа (III) проявляетамфотерные свойства:

А) взаимодействует с твердымищелочами NaOH и KOH и с карбонатами натрия и калия при высокой температуре:

Fe2O3+ 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O,

Fe2O3+ 2OH- = 2FeO2- + H2O,

Fe2O3+ Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2.

Феррит натрия

Гидроксид железа (III) получают из солей железа (III) привзаимодействии их со щелочами:

FeCl3 + 3NaOH =Fe(OH)3¯ + 3NaCl,

Fe3+ + 3OH- =Fe(OH)3¯.

Гидроксид железа (III) является болееслабым основанием, чем Fe(OH)2, и проявляет амфотерные свойства (спреобладанием основных). При взаимодействии с разбавленными кислотами Fe(OH)3легко образует соответствующие соли:

Fe(OH)3 + 3HCl « FeCl3 + H2O

2Fe(OH)3 + 3H2SO4« Fe2(SO4)3+ 6H2O

Fe(OH)3 + 3H+ « Fe3+ + 3H2O

Реакции с концентрированнымирастворами щелочей протекают лишь при длительном нагревании.

Соединения со степенью окисленияжелеза +3 проявляют окислительные свойства, так как под действиемвосстановителей Fe+3 превращается в Fe+2:

Fe+3 + 1e = Fe+2.

Так, например, хлорид железа (III)окисляет йодид калия до свободного йода:

2Fe+3Cl3+ 2KI = 2Fe+2Cl2 + 2KCl + I20

Хром.

Хром находится в побочной подгруппе VI группы Периодическойсистемы. Строение электронной оболочки хрома: Cr3d54s1.

Массовая доля хрома в земной коре составляет 0,02%.Важнейшими минералами, входящими в состав хромовых руд, являются хромит, илихромистый железняк, и его разновидности, в которых железо частично заменено намагний, а хром – на алюминий.

Хром – серебристо серый металл. Чистый хромдостаточно пластичный, а технический самый твердый из всех металлов.

Хромхимически малоактивен. В обычных условиях он реагирует только с фтором (изнеметаллов), образуя смесь фторидов. При высокихтемпературах (выше 600°C) взаимодействует с кислородом,галогенами, азотом, кремнием, бором, серой, фосфором:

4Cr + 3O2 –t°→ 2Cr2O3

2Cr + 3Cl2 –t°→ 2CrCl3

2Cr + N2 –t°→ 2CrN

2Cr + 3S –t°→ Cr2S3

В азотной и концентрированной серной кислотах онпассивирует, покрываясь защитной оксидной пленкой. В хлороводородной иразбавленной серной кислотах растворяется, при этом, если кислота полностьюосвобождена от растворенного кислорода, получаются соли хрома(II), а если реакция протекаетна воздухе – соли хрома (III):

Cr + 2HCl → CrCl2 + H2­

2Cr + 6HCl + O2 → 2CrCl3 + 2H2O + H2­

Оксидхрома (II) и гидроксид хрома (II) имеют основной характер.

Cr(OH)2 + 2HCl → CrCl2 + 2H2O

Соединенияхрома (II) - сильные восстановители;переходят в соединения хрома (III) под действием кислорода воздуха.

2CrCl2 + 2HCl → 2CrCl3 + H2­

4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Cr(OH)3

Соединения трёхвалентного хрома

Оксидхрома (III) Cr2O3 – зелёный, нерастворимый вводе порошок. Может быть получен при прокаливании гидроксида хрома (III) или дихроматов калия иаммония:

2Cr(OH)3 –t°→ Cr2O3 + 3H2O

4K2Cr2O7 –t°→ 2Cr2O3 + 4K2CrO4 + 3O2­

(NH4)2Cr2O7 –t°→ Cr2O3 + N2­+ 4H2O­

Амфотерныйоксид. При сплавлении Cr2O3 со щелочами, содой и кислыми солями получаютсясоединения хрома со степенью окисления (+3):

Cr2O3+ 2NaOH → 2NaCrO2 + H2O

Cr2O3+ Na2CO3 → 2NaCrO2 + CO2­

Cr2O3+ 6KHSO4 → Cr2(SO4)3 + 3K2SO4+ 3H2O

Присплавлении со смесью щёлочи и окислителя получают соединения хрома в степениокисления (+6):

2Cr2O3 + 4KOH + KClO3 → 2K2Cr2O7(дихромат калия) + KCl + 2H2O

Гидроксидхрома (III) Cr(OH)3 - нерастворимое в воде вещество зелёного цвета.

Cr2(SO4)3+ 6NaOH →2Cr(OH)3¯ + 3Na2SO4

Обладаетамфотерными свойствами - растворяется как в кислотах, так и в щелочах:

2Cr(OH)3 + 3H2SO4→ Cr2(SO4)3 + 6H2O

Cr(OH)3 + KOH →K

Оксидхрома (VI) CrO3 - ярко-красные кристаллы,растворимые в воде.

Получаютиз хромата (или дихромата) калия и H2SO4(конц.).

K2CrO4+ H2SO4 → CrO3 + K2SO4+ H2O

K2Cr2O7+ H2SO4 → 2CrO3 + K2SO4+ H2O

CrO3 - кислотный оксид, сощелочами образует жёлтые хроматы CrO42-:

CrO3 + 2KOH → K2CrO4 + H2O

Вкислой среде хроматы превращаются в оранжевые дихроматы Cr2O72-:

2K2CrO4 + H2SO4 → K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

В щелочной среде эта реакцияпротекает в обратном направлении:

K2Cr2O7+ 2KOH → 2K2CrO4+ H2O

Всесоединения хрома (VI)- сильные окислители.

4CrO3 + 3S → 3SO2­+ 2Cr2O3

Медь.

Медьнаходится в побочной подгруппе I группы Периодическойсистемы. Строение электронных оболочек атомов элементов этой подгруппывыражается формулой (n-1)d10ns1. Навнешнем энергетическом уровне атома находится один электрон, однако вобразовании хим. связей могут принимать участие и электроны с d-подуровняпредпоследнего уровня. Поэтому они могут проявлять степени окисления +1, +2,+3, для меди наиболее устойчивы соединения со степенью окисления +2.

Медь –мягкий пластичный металл, имеет розово-красную окраску. Обладает высокойэлектрической проводимостью.

Медь –химически малоактивный металл. С кислородом реагирует только при нагревании:

Нереагирует с водой, растворами щелочей, хлороводородной и разбавленной сернойкислотами. Медь растворяется в кислотах, являющихся сильными окислителями:

3Cu + 8HNO3 (разб.) =3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Cu + 2H2SO4 (конц.)=CuSO4 + SO2 +2H2O

Во влажнойатмосфере, содержащей диоксид углерода, поверхность меди обычно покрываетсязеленоватым налетом основного карбоната меди:

2Cu + O2 + CO2 +H2O= Cu(OH)2 ∙ CuCO3

Оксид меди(II) CuO – черное вещество, можетбыть получен из простых веществ или путем нагревания гидроксида меди (II):

Cu(OH)2 = CuO + H2O

Гидроксидмеди (II) представляет собой малорастворимое в водесоединение голубого цвета. Легко растворяется в кислотах и при нагревании вконцентрированных растворах щелочей, т.е. проявляет свойства амфотерногогидроксида:

Cu(OH)2 + H2SO4 =CuSO4 + 2H2O

Cu(OH)2 + 2KOH = K2

Основнаямасса производимой меди используется в электротехнической промышленности. Вбольших количествах медь идет на производство сплавов.

Цинк.

Цинкнаходится в побочной подгруппе II группы. Атомы элементовэтой подгруппы имеют следующую электронную оболочку: (n-1)s2p6d10ns2. Проявляютв соединениях степень окисления +2.

Цинк –серебристо-белый металл. Обладает хорошей электро- и теплопроводимостью. Навоздухе цинк покрывается защитной пленкой оксидов и гидроксидов, котораяослабляет его металлический блеск.

Цинк –химически активный металл. При нагревании легко взаимодействует с неметаллами(серой, хлором, кислородом):

Растворяетсяв разбавленных и концентрированных кислотах HCl, H2SO4, HNO3 и в водныхрастворах щелочей:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2+ NH4NO3 + 3H2O

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2+ H2

Оксид цинка– белое вещество, практически нерастворимое в воде. Оксид и гидроксид цинкаявляются амфотерными соединениями; они реагируют с кислотами и щелочами:

ZnO +2HCl = ZnCl2 + H2O

ZnO + 2KOH + H2O = K2

Гидроксидцинка растворяется в водном растворе аммиака, образуя комплексное соединение:

Zn(OH)2 + 6NH3 = (OH)2

Приполучение цинка его руды подвергают обжигу:

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

ZnO + C = Zn + CO

Дляполучения более чистого металла оксид цинка растворяют в серной кислоте ивыделяют электролизом.

Цинкиспользуют для производства сплавов. Цинком покрывают стальные и чугунныеизделия для защиты их от коррозии.

Понятие о сплавах.

Характернойособенностью металлов является их способность образовывать друг с другом или снеметаллами сплавы. Чтобы получить сплав, смесь металлов обычно подвергаютплавлению, а затем охлаждают с различной скоростью, которая определяетсяприродой компонентов и изменением характера их взаимодействия в зависимости оттемпературы. Иногда сплавы получают спеканием тонких порошков металлов, неприбегая к плавлению (порошковая металлургия). Итак сплавы - это продуктыхимического взаимодействия металлов.

Кристаллическаяструктура сплавов во многом подобна чистым металлам, которые, взаимодействуядруг с другом при плавлении и последующей кристаллизации, образуют: а)химические соединения, называемые интерметаллидами; б) твердые растворы; в)механическую смесь кристаллов компонентов.

Тот илииной тип взаимодействия определяется соотношением энергии взаимодействияразнородных и однородных частиц системы, то есть соотношением энергийвзаимодействия атомов в чистых металлах и сплавах.

Современнаятехника использует огромное число сплавов, причем в подавляющем большинстве случаевони состоят не из двух, а из трех, четырех и большего числа металлов.Интересно, что свойства сплавов часто резко отличаются от свойствиндивидуальных металлов, которыми они образованы. Так, сплав, содержащий 50%висмута, 25% свинца, 12,5% олова и 12,5% кадмия, плавится всего при 60,5градусах Цельсия, в то время как компоненты сплава имеют соответственнотемпературы плавления 271, 327, 232 и 321 градус Цельсия. Твердость оловяннойбронзы (90% меди и 10% олова) втрое больше, чем у чистой меди, а коэффициентлинейного расширения сплавов железа и никеля в 10 раз меньше, чем у чистыхкомпонентов.

Однаконекоторые примеси ухудшают качество металлов и сплавов. Известно, например, чточугун (сплав железа и углерода) не обладает той прочностью и твердостью, которыехарактерны для стали. Помимо углерода, на свойства стали влияют добавки серы ифосфора, увеличивающие ее хрупкость.

Средисвойств сплавов наиболее важными для практического применения являютсяжаропрочность, коррозионная стойкость, механическая прочность и др. Для авиациибольшое значение имеют легкие сплавы на основе магния, титана или алюминия, дляметаллообрабатывающей промышленности - специальные сплавы, содержащие вольфрам,кобальт, никель. В электронной технике применяют сплавы, основным компонентомкоторых является медь. Сверхмощные магниты удалось получить, используя продуктывзаимодействия кобальта, самария и других редкоземельных элементов, асверхпроводящие при низких температурах сплавы - на основе интерметаллидов,образуемых ниобием с оловом и др.

Реферат по теме: «.»

Ученика 9-г класса

средней школы №9

Агеева Максима.

Учитель:

Белокопытов Ю.С.

Июнь 1999

г.Чехов.

1. Строениеатомов металлов. Положение металлов в периодической системе. Группыметаллов..................2

2. Физическиесвойства металлов....................................3

3. Химическиесвойства металлов....................................4

4. Коррозияметаллов.........................................................6

5. Понятиео сплавах..........................................................8

6. Способыполучения металлов........................................9

7. Списокиспользованной литературы...........................11

I .Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической системе. Группыметаллов.

В настоящее времяизвестно 105 химических элементов, большинство из них - металлы. Последниевесьма распространены в природе и встречаются в виде различных соединений внедрах земли, водах рек, озер, морей, океанов, составе тел животных, растений идаже в атмосфере.

По своимсвойствам металлы резко отличаются от неметаллов. Впервые это различие металлови неметаллов определил М. В. Ломоносов. «Металлы, - писал он, - тела твердые,ковкие блестящие».

Причисляя тот илииной элемент к разряду металлов, мы имеем в виду наличие у него определенногокомплекса свойств:

1. Плотная кристаллическая структура.

2. Характерный металлический блеск.

3. Высокая теплопроводность и электрическая проводимость.

4. Уменьшение электрической проводимости с ростомтемпературы.

5. Низкие значения потенциала ионизации, т.е. способностьлегко отдавать электроны.

6. Ковкость и тягучесть.

7. Способность к образованию сплавов.

Всеметаллы и сплавы, применяемые в настоящее время в технике, можно разделить надве основные группы. К первой из них относят черные металлы - железо и все егосплавы, в которых оно составляет основную часть. Этими сплавами являются чугуныи стали. В технике часто используют так называемые легированные стали. К нимотносятся стали, содержащие хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт,титан и другие металлы. Иногда в легированные стали входят 5-6 различныхметаллов. Методом легирования получают различные ценные стали, обладающие водних случаях повышенной прочностью, в других - высокой сопротивляемостью кистиранию, в третьих - коррозионной устойчивостью, т.е. способностью неразрушаться под действием внешней среды.

Ковторой группе относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое названиепотому, что имеют различную окраску. Например, медь светло-красная, никель,олово, серебро - белые, свинец - голубовато-белый, золото -желтое. Из сплавов впрактике нашли большое применение: бронза - сплав меди с оловом и другимиметаллами, латунь - сплав меди с цинком, баббит - сплав олова с сурьмой и медьюи др.

Этоделение на черные и цветные металлы условно.

Нарядус черными и цветными металлами выделяют еще группу благородных металлов:серебро, золото, платину, рутений и некоторые другие. Они названы так потому,что практически не окисляются на воздухе даже при повышенной температуре и неразрушаются при действии на них растворов кислот и щелочей.

II. Физические свойства металлов.

Свнешней стороны металлы, как известно, характеризуются прежде всего особым«металлическим» блеском, который обусловливается их способностью сильноотражать лучи света. Однако этот блеск наблюдается обыкновенно только в томслучае, когда металл образует сплошную компактную массу. Правда, магний иалюминий сохраняют свой блеск, даже будучи превращенными в порошок, нобольшинство металлов в мелкораздробленном виде имеет черный или темно-серыйцвет. Затем типичные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью,причем по способности проводить тепло и ток располагаются в одном и том жепорядке: лучшие проводники - серебро и медь, худшие - свинец и ртуть. Сповышением температуры электропроводность падает, при понижении температуры,наоборот, увеличивается.

Оченьважным свойством металлов является их сравнительно легкая механическаядеформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются впроволоку, прокатываются в листы и т.п.

Характерныефизические свойства металлов находятся в связи с особенностями их внутреннейструктуры. Согласно современным воззрениям, кристаллы металлов состоят из положительнозаряженных ионов и свободных электронов, отщепившихся от соответствующихатомов. Весь кристалл можно себе представить в виде пространственной решетки,узлы которой заняты ионами, а в промежутках между ионами находятсялегкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят от одних атомов кдругим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Так как электроныне связаны с определенными ионами, то уже под влиянием небольшой разностипотенциалов они начинают перемещаться в определенном направлении, т.е.возникает электрический ток.

Наличиемсвободных электронов обусловливается и высокая теплопроводность металлов.Находясь в непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами иобмениваются с ними энергией. Поэтому колебания ионов, усилившиеся в даннойчасти металла вследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, отних - следующим и т.д., и тепловое состояние металла быстро выравнивается; всямасса металла принимает одинаковую температуру.

Поплотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легкие металлы,плотность которых не больше 5 г/см3, и тяжелые металлы - всеостальные. Плотность, а также температуры плавления некоторых металловприведены в таблице №1.

Таблица №1

Плотность и температура плавления некоторых металлов.

Название Атомный вес

Плотность,

Температура плавления, C

Легкие металлы.

Литий 6,939 0,534 179 Калий 39,102 0,86 63,6 Натрий 22,9898 0,97 97,8 Кальций 40,08 1,55 850 Магний 24,305 1,74 651 Цезий 132,905 1,90 28,5 Алюминий 26,9815 2,702 660,1 Барий 137,34 3,5 710

Тяжелые металлы

Цинк 65,37 7,14 419 Хром 51,996 7,16 1875 Марганец 54,9380 7,44 1244 Олово 118,69 7,28 231,9 Железо 55,847 7,86 1539 Кадмий 112,40 8,65 321 Никель 58,71 8,90 1453 Медь 63,546 8,92 1083 Висмут 208,980 9,80 271,3 Серебро 107,868 10,5 960,8 Свинец 207,19 11,344 327,3 Ртуть 200,59 13,546 -38,87 Вольфрам 183,85 19,3 3380 Золото 196,967 19,3 1063 Платина 195,09 21,45 1769 Осмий 190,2 22,5 2700

Частицыметаллов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типомхимической связи - так называемой металлической связью. Она определяетсяодновременным наличием обычных ковалентных связей между нейтральными атомами икулоновским притяжением между ионами и свободными электронами. Таким образом,металлическая связь является свойством не отдельных частиц, а их агрегатов.

III. Химические свойства металлов.

Основнымхимическим свойством металлов является способность их атомов легко отдаватьсвои валентные электроны и переходить в положительно заряженные ионы. Типичныеметаллы никогда не присоединяют электронов; их ионы всегда заряженыположительно.

Легко отдавая прихимических реакциях свои валентные электроны, типичные металлы являютсяэнергичными восстановителями.

Способность к отдачеэлектронов проявляется у отдельных металлов далеко не в одинаковой степени. Чемлегче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее вступает вовзаимодействие с другими веществами.

Опустим кусочекцинка в раствор какой-нибудь свинцовой соли. Цинк начинает растворяться, а израствора выделяется свинец. Реакция выражается уравнением:

Zn + Pb(NO3)2 = Pb + Zn(NO3)2

Из уравнения следует, что эта реакция являетсятипичной реакцией окисления-восстановления. Сущность ее сводится к тому, чтоатомы цинка отдают свои валентные электроны ионам двухвалентного свинца, темсамым превращаясь в ионы цинка, а ионы свинца восстанавливаются и выделяются ввиде металлического свинца. Если поступить наоборот, то есть погрузить кусочексвинца в раствор цинковой соли, то никакой реакции не произойдет. Этопоказывает, что цинк более активен, чем свинец, что его атомы легче отдают, аионы труднее присоединяют электроны, чем атомы и ионы свинца.

Вытеснение однихметаллов из их соединений другими металлами впервые было подробно изученорусским ученым Бекетовым, расположившим металлы по их убывающей химическойактивности в так называемый «вытеснительный ряд». В настоящее времявытеснительный ряд Бекетова носит название ряда напряжений.

В таблице №2представлены значения стандартных электродных потенциалов некоторых металлов.Символом Me+/Meобозначен металл Me, погруженный в раствор его соли. Стандартныепотенциалы электродов, выступающих как восстановители по отношению к водороду,имеют знак «-», а знаком «+» отмечены стандартные потенциалы электродов,являющихся окислителями.

Таблица №2

Стандартные электродные потенциалы металлов.

Электрод

Электрод

Металлы,расположенные в порядке возрастания их стандартных электродных потенциалов, и образуют электрохимический ряд напряжений металлов: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn,Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Ряд напряжений характеризует химические свойстваметаллов:

1. Чем меньше электродный потенциал металла, тем большеего восстановительная способность.

2. Каждый металл способен вытеснять(восстанавливать) израстворов солей те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него.

3. Все металлы, имеющие отрицательный стандартныйэлектродный потенциал, то есть находящиеся в ряду напряжений левее водорода,способны вытеснять его из растворов кислот.

Необходимоотметить, что представленный ряд характеризует поведение металлов и их солейтолько в водных растворах и при комнатной температуре. Кроме того, нужно иметьввиду, что высокая электрохимическая активность металлов не всегда означает еговысокую химическую активность. Например, ряд напряжений начинается литием,тогда как более активные в химическом отношении рубидий и калий находятсяправее лития. Это связано с исключительно высокой энергией процесса гидратацииионов лития по сравнению с ионами других щелочных металлов.

IV. Коррозия металлов.

Почти всеметаллы, приходя в соприкосновение с окружающей их газообразной или жидкойсредой, более или менее быстро подвергаются с поверхности разрушению. Причинойего является химическое взаимодействие металлов с находящимися в воздухегазами, а также водой и растворенными в ней веществами.

Всякий процессхимического разрушения металлов под действием окружающей среды называюткоррозией.

Проще всегопротекает коррозия при соприкосновении металлов с газами. На поверхностиметалла образуются соответствующие соединения: оксиды, сернистые соединения,основные соли угольной кислоты, которые нередко покрывают поверхность плотнымслоем, защищающим металл от дальнейшего воздействия тех же газов.

Иначе обстоитдело при соприкосновении металла с жидкой средой - водой и растворенными в нейвеществами. Образующиеся при этом соединения могут растворяться, благодаря чемукоррозия распространяется дальше вглубь металла. Кроме того, вода, содержащаярастворенные вещества, является проводником электрического тока, вследствиечего постоянно возникают электрохимические процессы, которые являются одним изглавных факторов, обуславливающих и ускоряющих коррозию.

Чистые металлы вбольшинстве случаев почти не подвергаются коррозии. Даже такой металл, какжелезо, в совершенно чистом виде почти не ржавеет. Но обыкновенные техническиеметаллы всегда содержат различные примеси, что создает благоприятные условиядля коррозии.

Убытки,причиняемые коррозией металлов, огромны. Вычислено, например, что вследствиекоррозии ежегодно гибнет такое количество стали, которое равно приблизительночетверти всей мировой добычи его за год. Поэтому изучению процессов коррозии иотысканию наилучших средств ее предотвращения уделяется очень много внимания.

Способы борьбы скоррозией чрезвычайно разнообразны. Наиболее простой из них заключается взащите поверхности металла от непосредственного соприкосновения с окружающейсредой путем покрытия масляной краской, лаком, эмалью или, наконец, тонкимслоем другого металла. Особый интерес с теоретической точки зрения представляетпокрытие одного металла другим.

К ним относятся:катодное покрытие, когда защищающий металл стоит в ряду напряжений правеезащищающего (типичным примером может служить луженая, то есть покрытая оловом,сталь); анодное покрытие, например, покрытие стали цинком.

Для защиты откоррозии целесообразно покрывать поверхность металла слоем более активногометалла, чем слоем менее активного. Однако другие соображения нередкозаставляют применять также покрытия из менее активных металлов.

На практике чащевсего приходится принимать меры к защите стали как металла, особенноподверженного коррозии. Кроме цинка, из более активных металлов для этой целииногда применяют кадмий, действующий подобно цинку. Из менее активных металловдля покрытия стали чаще всего используют олово, медь, никель.

Покрытыеникелем стальные изделия имеют красивый вид, чем объясняется широкоераспространение никелирования. При повреждении слоя никеля коррозия проходитменее интенсивно, чем при повреждении слоя меди (или олова), так как разностьпотенциалов для пары никель-железо гораздо меньше, чем для пары медь-железо.

Из другихспособов борьбы с коррозией существует еще способ протекторов, заключающийся втом, что защищаемый металлический объект приводится в контакт с большойповерхностью более активного металла. Так, в паровые котлы вводят листы цинка,находящиеся в контакте со стенками котла и образующие с ними гальваническуюпару.

V. Понятие о сплавах.

Характернойособенностью металлов является их способность образовывать друг с другом или снеметаллами сплавы. Чтобы получить сплав, смесь металлов обычно подвергаютплавлению, а затем охлаждают с различной скоростью, которая определяетсяприродой компонентов и изменением характера их взаимодействия в зависимости оттемпературы. Иногда сплавы получают спеканием тонких порошков металлов, неприбегая к плавлению (порошковая металлургия). Итак сплавы - это продуктыхимического взаимодействия металлов.

Кристаллическаяструктура сплавов во многом подобна чистым металлам, которые, взаимодействуядруг с другом при плавлении и последующей кристаллизации, образуют: а)химические соединения, называемые интерметаллидами; б) твердые растворы; в)механическую смесь кристаллов компонентов.

Тотили иной тип взаимодействия определяется соотношением энергии взаимодействияразнородных и однородных частиц системы, то есть соотношением энергийвзаимодействия атомов в чистых металлах и сплавах.

Современнаятехника использует огромное число сплавов, причем в подавляющем большинствеслучаев они состоят не из двух, а из трех, четырех и большего числа металлов.Интересно, что свойства сплавов часто резко отличаются от свойствиндивидуальных металлов, которыми они образованы. Так, сплав, содержащий 50%висмута, 25% свинца, 12,5% олова и 12,5% кадмия, плавится всего при 60,5 градусахЦельсия, в то время как компоненты сплава имеют соответственно температурыплавления 271, 327, 232 и 321 градус Цельсия. Твердость оловянной бронзы (90%меди и 10% олова) втрое больше, чем у чистой меди, а коэффициент линейногорасширения сплавов железа и никеля в 10 раз меньше, чем у чистых компонентов.

Однако некоторыепримеси ухудшают качество металлов и сплавов. Известно, например, что чугун(сплав железа и углерода) не обладает той прочностью и твердостью, которыехарактерны для стали. Помимо углерода, на свойства стали влияют добавки серы ифосфора, увеличивающие ее хрупкость.

Среди свойствсплавов наиболее важными для практического применения являются жаропрочность,коррозионная стойкость, механическая прочность и др. Для авиации большое значениеимеют легкие сплавы на основе магния, титана или алюминия, дляметаллообрабатывающей промышленности - специальные сплавы, содержащие вольфрам,кобальт, никель. В электронной технике применяют сплавы, основным компонентомкоторых является медь. Сверхмощные магниты удалось получить, используя продуктывзаимодействия кобальта, самария и других редкоземельных элементов, асверхпроводящие при низких температурах сплавы - на основе интерметаллидов,образуемых ниобием с оловом и др.

VI .Способы получения металлов.

Огромноебольшинство металлов находится в природе в виде соединений с другимиэлементами.

Только немногиеметаллы встречаются в свободном состоянии, и тогда они называются самородными.Золото и платина встречаются почти исключительно в самородном виде, серебро имедь - отчасти в самородном виде; иногда попадаются также самородные ртуть,олово и некоторые другие металлы.

Добывание золотаи платины производится или посредством механического отделения их от тойпороды, в которой они заключены, например промывкой воды, или путем извлеченияих из породы различными реагентами с последующим выделением металла израствора. Все остальные металлы добываются химической переработкой их природныхсоединений.

Минералы и горныепороды, содержащие соединения металлов и пригодные для получения этих металловзаводским путем, носят название руд. Главными рудами являются оксиды, сульфидыи карбонаты металлов.

Важнейший способполучения металлов из руд основан на восстановлении их оксидов углем.

Если, например,смешать красную медную руду (куприт) Cu2O суглем и подвергнуть сильному накаливанию, то уголь, восстанавливая медь,превратится в оксид углерода(II), а медь выделится в расплавленном состоянии:

Cu2O + C = 2Cu + CO

Подобным же образом производится выплавка чугуна ихжелезных руд, получение олова из оловянного камня SnO2 и восстановление других металлов из оксидов.

При переработкесернистых руд сначала переводят сернистые соединения в кислородные путемобжигания в особых печах, а затем уже восстанавливают полученные оксиды углем.Например:

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

ZnO + C = Zn + CO

В тех случаях, когда руда представляет собой сольугольной кислоты, ее можно непосредственно восстанавливать углем, как и оксиды,так как при нагревании карбонаты распадаются на оксид металла и двуокисьуглерода. Например:

ZnCO3 = ZnO + CO2

Обычно руды, кроме химического соединения данногометалла, содержат еще много примесей в виде песка, глины, известняка, которыеочень трудно плавятся. Чтобы облегчить выплавку металла, к руде примешиваютразличные вещества, образующие с примесями легкоплавкие соединения - шлаки.Такие вещества называются флюсами. Если примесь состоит из известняка, то вкачестве флюса употребляют песок, образующий с известняком силикат кальция.Наоборот, в случае большого количества песка флюсом служит известняк.

Во многих рудахколичество примесей (пустой породы) так велико, что непосредственная выплавкаметаллов из этих руд является экономически невыгодной. Такие рудыпредварительно «обогащают», то есть удаляют из них часть примесей. Особенношироким распространением пользуется флотационный способ обогащения руд(флотация), основанный на различной смачиваемости чистой руды и пустой породы.

Техникафлотационного способа очень проста и в основном сводится к следующему. Руду,состоящую, например, из сернистого металла и силикатной пустой породы, тонкоизмельчают и заливают в больших чанах водой. К воде прибавляют какое-нибудьмалополярное органическое вещество, способствующее образованию устойчивой пеныпри взбалтывании воды, и небольшое количество специального реагента, такназываемого «коллектора», который хорошо адсорбируется поверхностьюфлотируемого минерала и делает ее неспособной смачиваться водой. После этогочерез смесь снизу пропускают сильную струю воздуха, перемешивающую руду с водойи прибавленными веществами, причем пузырьки воздуха окружаются тонкимимасляными пленками и образуют пену. В процессе перемешивания частицыфлотируемого минерала покрываются слоем адсорбированных молекул коллектора,прилипают к пузырькам продуваемого воздуха, поднимаются вместе с ними кверху иостаются в пене; частицы же пустой породы, смачивающиеся водой, оседают на дно.Пену собирают и отжимают, получая руду с значительно большим содержаниемметалла.

Длявосстановления некоторых металлов из их оксидов применяют вместо угля водород,кремний, алюминий, магний и другие элементы.

Процессвосстановления металла из его оксида с помощью другого металла называетсяметаллотермией. Если, в частности, в качестве восстановителя применяетсяалюминий, то процесс носит название алюминотермии.

Очень важнымспособом получения металлов является также электролиз. Некоторые наиболееактивные металлы получаются исключительно путем электролиза, так как все другиесредства оказываются недостаточно энергичными для восстановления их ионов.

Список использованнойлитературы.

1. «Основыобщей химии». Ю.Д.Третьяков, Ю.Г.Метлин. Москва «Просвещение» 1980 г.

2. «Общаяхимия». Н.Л.Глинка. Издательство «Химия», Ленинградское отделение 1972 г.

3. «Отчегои как разрушаются металлы». С.А.Балезин. Москва «Просвещение» 1976 г.

4. «Пособиепо химии для поступающих в вузы». Г.П.Хомченко. 1976 г.

5. «Книгадля чтения по неорганической химии».

Часть 2. Составитель В.А.Крицман. Москва«Просвещение» 1984 г.

6. «Химияи научно-технический прогресс». И.Н.Семенов, А.С.Максимов, А.А.Макареня. Москва«Просвещение» 1988г.

Металлы сообщение по химии кратко расскажет Вам много полезной информации об этих химических элементах. Также сообщение о металлах поможет подготовиться к занятию.

Доклад по химии «Металлы»

На сегодняшний день металлы широко распространены в природе и встречаются в водах рек, морей, океанов, озер, в недрах земли, даже в телах растений, животных и атмосфере.

Свойства металлов:

• Кристаллическая плотная структура
• Металлический блеск
• Электрическая проводимость
• Высокая теплопроводность
• С повышением температуры уменьшается электрическая проводимость
• Легко отдает электроны
• Тягучесть и ковкость
• Могут образовывать сплавы

Металлы и сплавы, разделяются на 2 группы:

1. Черные металлы и его сплавы

К сплавам относятся сталь и чугун. В технике используются никель, хром, вольфрам, кобальт, титан, молибден, ванадий другие металлы. Они получаются путем легирования. Обладают высокой прочностью, сопротивляемостью к истиранию, коррозионной устойчивостью.

2.Цветные металлы и его сплавы

Они так называются, потому что их раскраска разнообразна. Медь, к примеру, медь светло-красная, олово, серебро, никель – белого окраса, золото – желтое, а свинец — голубовато-белый. Сплавы цветных металлов широко используются в ювелирном деле.

Часто с цветными и черными металлами выделяют и благородные металлы — золото, серебро, рутений и платину. Они на воздухе не окисляются и не разрушаются даже при воздействии щелочей и кислот.

Химические свойства металлов

Основное химическое свойство – способность атомов с легкостью отдавать валентные электроны и переходить в состояние положительно заряженных ионов. Типичные металлы не присоединяют электронов – их ионы всегда положительные. Поэтому они считаются энергичными восстановителями. И чем легче определенный металл отдает электроны, тем он стает активнее и энергичнее вступает в действие с другими металлами. Данное химическое свойство изучил русский ученый Бекетов, который расположил их по убыванию химической активности, так именуемый «вытеснительный ряд». Расположенные по возрастанию металлы образовывают электрохимический ряд напряжений. Выглядит он следующим образом: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Химические свойства металлов:

• Чем электродный потенциал у металла меньше, тем выше его восстановительная способность.
• Металл может вытеснять из растворов солей металлы, которые в ряду напряжений стоят после него.
• Металлы с отрицательным стандартным электродным потенциалом могут вытеснять из растворов кислот металлы, которые стоят левее водорода в ряду напряжений.
• Металлы обладают электромеханической и химической активностью.

Где применяют металлы?

Металлы применяются в следующих областях:

• В конструкционной промышленности

Металлы являются главным конструкционным материалом из-за их однородности, высокой прочности и непроницаемости для газов и жидкостей. Благодаря возможности менять рецептуру сплавов можно и изменять их свойства.

• В электротехнической промышленности

Металлы являются прекрасными проводниками электричества, особенно алюминий и медь. Их используют для электронагревательных элементов и резисторов как материал с повышенным сопротивлением.

• Для изготовления инструментальных материалов

Сплавы и металлы применяются для изготовления рабочей части инструментов. Преимущественно это сталь, твердые сплавы, алмаз, керамика и нитрид бора.

Надеемся, что доклад на тему «Металлы» помог Вам узнать новую информацию об этих химических элементах. А сообщение по химии на тему «Металлы» Вы можете дополнить через форму комментариев ниже.