Общи физични и химични свойства на металите. Химични свойства на металите

Поради наличието на свободни електрони („електронен газ“) в кристалната решетка, всички метали проявяват следните характерни общи свойства:

1) Пластмаса– възможност за лесна промяна на формата, разтягане на тел и навиване на тънки листове.

2) Метален блясъки непрозрачност. Това се дължи на взаимодействието на свободните електрони със светлината, падаща върху метала.

3) Електропроводимост. Обяснява се с насоченото движение на свободните електрони от отрицателния полюс към положителния под въздействието на малка потенциална разлика. При нагряване електрическата проводимост намалява, т.к С повишаване на температурата се засилват вибрациите на атомите и йоните във възлите на кристалната решетка, което усложнява насоченото движение на „електронния газ“.

4) Топлопроводимост.Причинява се от високата подвижност на свободните електрони, поради което температурата бързо се изравнява по масата на метала. Най-висока топлопроводимост има бисмутът и живакът.

5) Твърдост.Най-твърдият е хром (реже стъкло); най-меките алкални метали - калий, натрий, рубидий и цезий - се нарязват с нож.

6) Плътност.Колкото по-малка е атомната маса на метала и колкото по-голям е радиусът на атома, толкова по-малък е той. Най-лек е литият (ρ=0,53 g/cm3); най-тежък е осмият (ρ=22,6 g/cm3). Метали с плътност под 5 g/cm3 се считат за „леки метали”.

7) Точки на топене и кипене.Най-топимият метал е живакът (т.т. = -39°C), най-огнеупорният метал е волфрамът (т.т. = 3390°C). Метали с температура на топене над 1000°C се считат за огнеупорни, по-ниски – за нискотопими.

Общи химични свойства на металите

Силни редуциращи агенти: Me 0 – nē → Me n +

Редица напрежения характеризират сравнителната активност на металите в редокс реакции във водни разтвори.

1. Реакции на метали с неметали

1) С кислород:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Със сяра:
Hg + S → HgS

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

4) С азот:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) С фосфор:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) С водород (реагират само алкални и алкалоземни метали):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

2. Реакции на метали с киселини

1) Металите в електрохимичните серии на напрежение до H редуцират неокисляващите киселини до водород:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) С окислителни киселини:

Когато азотната киселина с всякаква концентрация и концентрираната сярна киселина взаимодействат с метали Водородът никога не се отделя!

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 (k) + 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 (k) + Cu → Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

3. Взаимодействие на металите с водата

1) Активни (алкални и алкалоземни метали) образуват разтворима основа (алкали) и водород:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) Металите със средна активност се окисляват от вода при нагряване до оксид:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Неактивни (Au, Ag, Pt) - не реагират.

4. Изместване на по-малко активни метали от по-активни метали от разтвори на техните соли:

Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

В индустрията често не се използват чисти метали, а смеси от тях - сплави, при което полезните свойства на един метал се допълват от полезните свойства на друг. По този начин медта има ниска твърдост и е неподходяща за производство на машинни части, докато сплавите от мед и цинк ( месинг) вече са доста твърди и се използват широко в машиностроенето. Алуминият има висока пластичност и достатъчна лекота (ниска плътност), но е твърде мек. Въз основа на него се приготвя сплав с магнезий, мед и манган - дуралуминий (дуралуминий), който, без да губи полезните свойства на алуминия, придобива висока твърдост и става подходящ в самолетостроенето. Сплавите на желязо с въглерод (и добавки от други метали) са широко известни излято желязоИ стомана.

Свободните метали са реставратори.Някои метали обаче имат ниска реактивност поради факта, че са покрити повърхностен оксиден филм, в различна степен, устойчиви на химически реагенти като вода, разтвори на киселини и основи.

Например, оловото винаги е покрито с оксиден филм, преходът му в разтвор изисква не само излагане на реагент (например разредена азотна киселина), но и нагряване. Оксидният филм върху алуминия предотвратява реакцията му с вода, но се разрушава от киселини и основи. Разхлабен оксиден филм (ръжда), образуван върху повърхността на желязото във влажен въздух, не пречи на по-нататъшното окисляване на желязото.

Под влиянието концентриранвърху металите се образуват киселини устойчивиоксиден филм. Това явление се нарича пасивиране. И така, в концентриран сярна киселинаметали като Be, Bi, Co, Fe, Mg и Nb се пасивират (и след това не реагират с киселина), а в концентрирана азотна киселина - метали A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th и U.

При взаимодействие с окислители в киселинни разтвори повечето метали се трансформират в катиони, чийто заряд се определя от стабилното състояние на окисление на даден елемент в съединения (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ и Fe 3 +)

Редукционната активност на металите в кисел разтвор се предава чрез поредица от напрежения. Повечето метали се прехвърлят в разтвор със солна и разредена сярна киселина, но Cu, Ag и Hg - само със сярна (концентрирана) и азотна киселина, а Pt и Au - с "регия водка".

Метална корозия

Нежелано химично свойство на металите е тяхната корозия, т.е. активно разрушаване (окисляване) при контакт с вода и под въздействието на разтворения в нея кислород (кислородна корозия).Например, широко известна е корозията на железни продукти във вода, в резултат на което се образува ръжда и продуктите се разпадат на прах.

Корозията на металите възниква и във водата поради наличието на разтворени газове CO 2 и SO 2; създава се кисела среда и катионите Н + се изместват от активни метали под формата на водород Н 2 ( водородна корозия).

Зоната на контакт между два различни метала може да бъде особено корозивна ( контактна корозия).Галванична двойка възниква между един метал, например Fe, и друг метал, например Sn или Cu, поставени във вода. Потокът от електрони преминава от по-активния метал, който е отляво в серията напрежения (Re), към по-малко активния метал (Sn, Cu), а по-активният метал се разрушава (корозира).

Поради това калайдисаната повърхност на кутиите (желязо, покрито с калай) ръждясва при съхранение във влажна атмосфера и небрежно боравене (желязото бързо се срутва след появата дори на малка драскотина, което позволява на желязото да влезе в контакт с влага). Напротив, поцинкованата повърхност на желязната кофа не ръждясва дълго време, тъй като дори и да има драскотини, не желязото корозира, а цинкът (по-активен метал от желязото).

Устойчивостта на корозия за даден метал се увеличава, когато се покрие с по-активен метал или когато се стопят; По този начин, покриването на желязото с хром или производството на сплав от желязо и хром елиминира корозията на желязото. Хромирано желязо и стомана, съдържащи хром ( неръждаема стомана), имат висока устойчивост на корозия.

Под метали се разбира група елементи, представени под формата на най-прости вещества. Те имат характерни свойства, а именно висока електро- и топлопроводимост, положителен температурен коефициент на съпротивление, висока пластичност и метален блясък.

Имайте предвид, че от 118 химични елемента, които са открити досега, следните трябва да бъдат класифицирани като метали:

сред групата на алкалоземните метали има 6 елемента;
сред алкалните метали има 6 елемента;
сред преходните метали 38;
в групата на леките метали 11;
Сред полуметалите има 7 елемента,
14 сред лантанидите и лантана,
14 в групата на актинидите и морските анемонии,
Берилият и магнезият са извън определението.

Въз основа на това 96 елемента са класифицирани като метали. Нека да разгледаме по-подробно с какво реагират металите. Тъй като повечето метали имат малък брой електрони от 1 до 3 на външното електронно ниво, в повечето от техните реакции те могат да действат като редуциращи агенти (т.е. те предават електроните си на други елементи).

Реакции с най-простите елементи

С изключение на златото и платината, абсолютно всички метали реагират с кислорода. Имайте предвид също, че реакцията протича със сребро при високи температури, но сребърен (II) оксид не се образува при нормални температури. В зависимост от свойствата на метала, в резултат на реакция с кислорода се образуват оксиди, супероксиди и пероксиди.

Ето примери за всяко химическо образование:

литиев оксид – 4Li+O 2 =2Li 2 O;
калиев супероксид – K+O 2 =KO 2;
натриев пероксид – 2Na+O 2 =Na 2 O 2.

За да се получи оксид от пероксид, той трябва да се редуцира със същия метал. Например Na 2 O 2 +2Na = 2Na 2 O. При ниско- и средноактивни метали подобна реакция ще настъпи само при нагряване, например: 3Fe+2O 2 =Fe 3 O 4.

Металите могат да реагират само с азот с активни метали, но при стайна температура само литий може да реагира, образувайки нитриди - 6Li+N 2 = 2Li 3 N, но при нагряване възниква следната химична реакция: 2Al+N 2 = 2AlN, 3Ca+N 2 = Ca 3 N 2.
Абсолютно всички метали реагират със сярата, както и с кислорода, с изключение на златото и платината. Имайте предвид, че желязото може да реагира само при нагряване със сяра, образувайки сулфид: Fe+S=FeS
Само активни метали могат да реагират с водород. Те включват метали от групи IA и IIA, с изключение на берилий. Такива реакции могат да възникнат само при нагряване, образувайки хидриди.
Тъй като степента на окисление на водорода се счита за 1, металите в този случай действат като редуциращи агенти: 2Na + H 2 = 2NaH.
Най-активните метали също реагират с въглерод. В резултат на тази реакция се образуват ацетилениди или метаниди.

Нека да разгледаме какви метали реагират с вода и какво произвеждат в резултат на тази реакция? Ацетилените, когато реагират с вода, ще дадат ацетилен, а метанът ще се получи в резултат на реакцията на вода с метаниди. Ето примери за тези реакции:

Ацетилен – 2Na+2C= Na 2 C 2 ;
Метан - Na 2 C 2 +2H 2 O=2NaOH+C 2 H 2.

Взаимодействие на киселини с метали

Металите също могат да реагират по различен начин с киселини. С всички киселини реагират само тези метали, които са в серията на електрохимичната активност на металите до водорода.

Нека дадем пример за реакция на заместване, който показва с какво реагират металите. По друг начин тази реакция се нарича редокс: Mg+2HCl=MgCl 2 +H 2 ^.

Някои киселини също могат да взаимодействат с метали, които идват след водорода: Cu+2H 2 SO 4 =CuSO 4 +SO 2 ^+2H 2 O.

Имайте предвид, че такава разредена киселина може да реагира с метал съгласно показаната класическа схема: Mg + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 ^.

Общи свойства на металите.

Наличието на валентни електрони, слабо свързани с ядрото, определя общите химични свойства на металите. В химичните реакции те винаги действат като редуциращи агенти; простите метални вещества никога не проявяват окислителни свойства.

Получаване на метали:
- редукция от оксиди с въглерод (C), въглероден оксид (CO), водород (H2) или по-активен метал (Al, Ca, Mg);
- редукция от солни разтвори с по-активен метал;
- електролиза на разтвори или стопилки на метални съединения - редукция на най-активните метали (алкални, алкалоземни метали и алуминий) с помощта на електрически ток.

В природата металите се срещат главно под формата на съединения; само нискоактивните метали се срещат под формата на прости вещества (самородни метали).

Химични свойства на металите.
1. Взаимодействие с прости вещества, неметали:
Повечето метали могат да бъдат окислени от неметали като халогени, кислород, сяра и азот. Но повечето от тези реакции изискват предварително загряване, за да започнат. Впоследствие реакцията може да протече с отделяне на голямо количество топлина, което води до запалване на метала.
При стайна температура са възможни реакции само между най-активните метали (алкални и алкалоземни) и най-активните неметали (халогени, кислород). Алкалните метали (Na, K) реагират с кислорода, за да образуват пероксиди и супероксиди (Na2O2, KO2).

а) взаимодействие на метали с вода.
При стайна температура алкалните и алкалоземните метали взаимодействат с водата. В резултат на реакцията на заместване се образуват алкали (разтворима основа) и водород: Метал + H2O = Me(OH) + H2
При нагряване други метали, които са отляво на водорода в серията активност, взаимодействат с водата. Магнезият реагира с вряща вода, алуминият - след специална повърхностна обработка, в резултат на което се образуват неразтворими основи - магнезиев хидроксид или алуминиев хидроксид - и се отделя водород. Металите в редицата на активност от цинк (включително) до олово (включително) взаимодействат с водни пари (т.е. над 100 C) и се образуват оксиди на съответните метали и водород.
Металите, разположени в серията активност вдясно от водорода, не взаимодействат с водата.
б) взаимодействие с оксиди:
активните метали реагират чрез реакция на заместване с оксиди на други метали или неметали, като ги редуцират до прости вещества.
в) взаимодействие с киселини:
Металите, разположени в серията активност вляво от водорода, реагират с киселини, за да освободят водород и да образуват съответната сол. Металите, разположени в серията активност вдясно от водорода, не взаимодействат с киселинни разтвори.
Специално място заемат реакциите на металите с азотна и концентрирана сярна киселина. Всички метали, с изключение на благородните (злато, платина), могат да бъдат окислени от тези окислителни киселини. Тези реакции винаги ще произвеждат съответните соли, вода и редукторния продукт съответно на азот или сяра.
г) с алкали
Металите, които образуват амфотерни съединения (алуминий, берилий, цинк), могат да реагират със стопилки (в този случай се образуват средни соли алуминати, берилати или цинкати) или алкални разтвори (в този случай се образуват съответните комплексни соли). Всички реакции ще произведат водород.
д) В съответствие с позицията на метала в серията на активността са възможни реакции на редукция (изместване) на по-малко активен метал от разтвор на неговата сол от друг по-активен метал. В резултат на реакцията се образува сол на по-активен метал и просто вещество - по-малко активен метал.

Общи свойства на неметалите.

Има много по-малко неметали от металите (22 елемента). Химията на неметалите обаче е много по-сложна поради по-голямата заетост на външното енергийно ниво на техните атоми.
Физичните свойства на неметалите са по-разнообразни: сред тях има газообразни (флуор, хлор, кислород, азот, водород), течни (бром) и твърди вещества, които се различават значително помежду си по точка на топене. Повечето неметали не провеждат електричество, но силицият, графитът и германият имат полупроводникови свойства.
Газообразни, течни и някои твърди неметали (йод) имат молекулярна структура на кристална решетка, други неметали имат атомна кристална решетка.
Флуорът, хлорът, бромът, йодът, кислородът, азотът и водородът при нормални условия съществуват под формата на двуатомни молекули.
Много неметални елементи образуват няколко алотропни модификации на прости вещества. Така че кислородът има две алотропни модификации - кислород O2 и озон O3, сярата има три алотропни модификации - орторомбична, пластична и моноклинна сяра, фосфорът има три алотропни модификации - червен, бял и черен фосфор, въглеродът - шест алотропни модификации - сажди, графит, диамант , карбин, фулерен, графен.

За разлика от металите, които проявяват само редуциращи свойства, неметалите в реакции с прости и сложни вещества могат да действат както като редуциращ агент, така и като окислител. Според тяхната активност неметалите заемат определено място в редицата на електроотрицателността. Флуорът се счита за най-активния неметал. Проявява само окислителни свойства. На второ място по активност е кислородът, на трето е азотът, след това халогените и другите неметали. Водородът има най-ниска електроотрицателност сред неметалите.

Химични свойства на неметалите.

1. Взаимодействие с прости вещества:
Неметалите взаимодействат с металите. При такива реакции металите действат като редуциращ агент, а неметалите действат като окислител. В резултат на реакцията на съединението се образуват бинарни съединения - оксиди, пероксиди, нитриди, хидриди, соли на безкислородни киселини.
При реакциите на неметалите помежду си по-електроотрицателният неметал проявява свойствата на окислител, а по-малко електроотрицателният проявява свойствата на редуциращ агент. Реакцията на съединението произвежда бинарни съединения. Трябва да се помни, че неметалите могат да проявяват различни степени на окисление в техните съединения.
2. Взаимодействие със сложни вещества:
а) с вода:
При нормални условия само халогените взаимодействат с водата.
б) с оксиди на метали и неметали:
Много неметали могат да реагират при високи температури с оксиди на други неметали, като ги редуцират до прости вещества. Неметалите, които са отляво на сярата в серията за електроотрицателност, също могат да взаимодействат с метални оксиди, редуциращи металите до прости вещества.
в) с киселини:
Някои неметали могат да бъдат окислени с концентрирана сярна или азотна киселина.
г) с алкали:
Под въздействието на алкали някои неметали могат да претърпят дисмутация, като са едновременно окислител и редуциращ агент.
Например при реакцията на халогени с алкални разтвори без нагряване: Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O или с нагряване: 3Cl2 + 6NaOH = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O.
г) със соли:
При взаимодействие те са силни окислители и проявяват редуциращи свойства.
Халогени (с изключение на флуор) влизат в реакции на заместване с разтвори на соли на халогеноводородни киселини: по-активен халоген измества по-малко активен халоген от солевия разтвор.

Металите се различават значително по своята химическа активност. Химическата активност на даден метал може приблизително да се прецени по неговото положение в.

Най-активните метали са разположени в началото на този ред (вляво), най-малко активните са в края (вдясно).
Реакции с прости вещества. Металите реагират с неметалите, за да образуват бинарни съединения. Условията на реакцията и понякога техните продукти варират значително за различните метали.
Например, алкалните метали реагират активно с кислород (включително във въздуха) при стайна температура, за да образуват оксиди и пероксиди

4Li + O 2 = 2Li 2 O;
2Na + O 2 = Na 2 O 2

Металите със средна активност реагират с кислорода при нагряване. В този случай се образуват оксиди:

2Mg + O 2 = t 2MgO.

Нискоактивните метали (например злато, платина) не реагират с кислород и следователно практически не променят блясъка си във въздуха.
Повечето метали, когато се нагряват със серен прах, образуват съответните сулфиди:

Реакции със сложни вещества. С метали реагират съединения от всички класове - оксиди (включително вода), киселини, основи и соли.
Активните метали реагират бурно с вода при стайна температура:

2Li + 2H 2 O = 2LiOH + H 2;
Ba + 2H 2 O = Ba(OH) 2 + H 2.

Повърхността на метали като магнезий и алуминий е защитена от плътен филм от съответния оксид. Това предотвратява протичането на реакция с вода. Но ако този филм се отстрани или се наруши целостта му, тогава тези метали също реагират активно. Например магнезият на прах реагира с гореща вода:

Mg + 2H 2 O = 100 °C Mg(OH) 2 + H 2.

При повишени температури по-малко активните метали също реагират с вода: Zn, Fe, Mil и др. В този случай се образуват съответните оксиди. Например, при преминаване на водна пара върху горещи железни стружки се получава следната реакция:

3Fe + 4H 2 O = t Fe 3 O 4 + 4H 2.

Металите в серията активност до водород реагират с киселини (с изключение на HNO 3), за да образуват соли и водород. Активните метали (K, Na, Ca, Mg) реагират с киселинни разтвори много бурно (с висока скорост):

Ca + 2HCl = CaCl2 + H2;
2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.

Нискоактивните метали често са практически неразтворими в киселини. Това се дължи на образуването на филм от неразтворима сол върху повърхността им. Например, оловото, което е в серията активност преди водорода, е практически неразтворимо в разредена сярна и солна киселина поради образуването на филм от неразтворими соли (PbSO 4 и PbCl 2) на повърхността му.

Трябва да активирате JavaScript, за да гласувате

Известно е, че всички прости вещества могат да бъдат разделени на прости вещества - метали и прости вещества - неметали.

МЕТАЛИТЕ, както ги определя М. В. Ломоносов, са „леки тела, които могат да бъдат изковани“. Това обикновено са ковки, лъскави материали с висока топло- и електрическа проводимост. Тези физични и много химични свойства на металите са свързани със способността на техните атоми да ОТДАВАТ електрони.

НЕМЕТАЛИТЕ, напротив, са способни да ДОБАВЯТ електрони в химични процеси. Повечето неметали проявяват противоположни свойства на металите: не блестят, не провеждат електричество и не се коват. Битие противоположностСпоред свойствата си металите и неметалите лесно реагират помежду си.

Тази част от самоучителя е посветена на кратък преглед на свойствата на металите и неметалите. Когато описвате свойствата на елементите, препоръчително е да се придържате към следната логическа схема:

1. Първо, опишете структурата на атома (посочете разпределението на валентните електрони), направете заключение дали този елемент принадлежи към метали или неметали, определете неговите валентни състояния (степени на окисление) - вижте урок 3;

2. След това опишете свойствата на просто вещество, като съставите уравнения на реакцията

с кислород;
с водород;
с метали (за неметали) или с неметали (за метали);
с вода;
с киселини или основи (където е възможно);
със солни разтвори;

3. След това трябва да опишете свойствата на най-важните съединения (водородни съединения, оксиди, хидроксиди, соли). В този случай първо трябва да определите природата (киселинна или основна) на дадено съединение и след това, като запомните свойствата на съединенията от този клас, съставете необходимите уравнения на реакцията;

4. И накрая, е необходимо да се опишат качествените реакции на катиони (аниони), съдържащи този елемент, методи за получаване на просто вещество и най-важните съединения на този химичен елемент и да се посочи практическото приложение на изследваните вещества на този елемент.

Така че, ако определите, че даден оксид е киселинен, тогава той ще реагира с вода, основни оксиди, основи (вижте урок 2.1) и ще съответства на киселинен хидроксид (киселина). Когато описвате свойствата на тази киселина, също е полезно да разгледате съответния раздел: урок 2.2.

Металите са прости вещества, чиито атоми могат само раздавамелектрони. Тази характеристика на металите се дължи на факта, че на външно ниво на тези атоми малцинаразположени са електрони (най-често от 1 до 3) или външни електрони далеч от ядрото. Колкото по-малко електрони са на външното ниво на атома и колкото по-далеч са разположени от ядрото, толкова по-активен е металът (толкова по-изразени са неговите метални свойства).

Задача 8.1.Кой метал е по-активен:

Назовете химичните елементи A, B, C, D.

Металите и неметалите в Периодичната система на химичните елементи (PSM) на Менделеев са разделени с линия, начертана от бор до астат. Над тази линия в основни подгруписа неметали(вижте урок 3). Останалите химични елементи са метали.

Задача 8.2.Кои от следните елементи са метали: силиций, олово, антимон, арсен, селен, хром, полоний?

Въпрос.Как можем да обясним факта, че силицият е неметал, а оловото е метал, въпреки че имат еднакъв брой външни електрони?

Съществена характеристика на металните атоми е техният голям радиус и наличието на валентни електрони, слабо свързани с ядрото. За такива атоми енергията на йонизация* е малка.

* ЙОНИЗИРАЩА ЕНЕРГИЯравна на работата, изразходвана за отстраняване на един външен електрон от атом (пер йонизацияатом) в неговото основно енергийно състояние.

Някои от валентните електрони на металите, отделяйки се от атомите, стават „свободни“. „Свободните“ електрони лесно се движат между атомите и металните йони в кристала, образувайки „електронен газ“ (фиг. 28).

В следващ момент всеки от "свободните" електрони може да бъде привлечен от всеки катион и всеки метален атом може да отдаде електрон и да се превърне в йон (тези процеси са показани на фиг. 28 с пунктирани линии).

По този начин вътрешната структура на метала е подобна на слоеста торта, където положително заредените „слоеве“ от метални атоми и йони се редуват с електронни „слоеве“ и се привличат към тях. Най-добрият модел на вътрешната структура на метал е купчина стъклени плочи, навлажнени с вода: много е трудно да се откъсне една плоча от друга (здрави метали) и е много лесно да се премести една плоча спрямо друга (пластичен метал ) (фиг. 29).

Задача 8.3.Направете такъв „модел“ на метала и проверете тези свойства.

Нарича се химическа връзка, осъществявана от „свободни“ електрони метална връзка.

„Свободните“ електрони също осигуряват такива физическисвойства на металите, като електрическа и топлопроводимост, пластичност (ковкост) и метален блясък.

Задача 8.4.Намерете метални предмети около къщата.

Като изпълните тази задача, можете лесно да намерите метални прибори в кухнята: тенджери, тигани, вилици, лъжици. Машините, самолетите, автомобилите, дизеловите локомотиви и инструментите са направени от метали и техните сплави. Съвременната цивилизация е невъзможна без метали, тъй като електрическите проводници също са направени от метали - Cu и Al. Само металите са подходящи за направата на антени за радио и телевизионни приемници; В този случай често се използват не чисти метали, а техните смеси (твърди разтвори) - СПЛАВИ.

Сплави

Металите лесно образуват сплави - материали, които имат метални свойства и се състоят от два или повече химични елемента (прости вещества), поне един от които е метал. Много метални сплави имат един метал като основа с малки добавки от други компоненти. По принцип е трудно да се направи ясна граница между метали и сплави, тъй като дори най-чистите метали съдържат „следи“ от примеси на други химични елементи.

Всички изброени по-горе предмети - машини, самолети, коли, тигани, вилици, лъжици, бижута - са направени от сплави. Примесните метали (легиращи компоненти) много често променят свойствата на основния метал към по-добро от човешка гледна точка. Например желязото и алуминият са доста меки метали. Но когато се комбинират помежду си или с други компоненти, те се превръщат в стомана, дуралуминий и други издръжливи структурни материали. Нека да разгледаме свойствата на най-често срещаните сплави.

Стомана- това са сплави желязо с въглерод, като последният съдържа до 2%. Легираните стомани съдържат и други химични елементи - хром, ванадий, никел. Има много повече произведени стомани от всички други метали и сплави и е трудно да се изброят всичките им възможни приложения. Стоманата с ниско съдържание на въглерод (по-малко от 0,25% въглерод) се използва в големи количества като конструктивен материал, а стоманата с по-високо съдържание на въглерод (повече от 0,55%) се използва за направата на режещи инструменти: бръснарски ножчета, бормашини и др.

Основата е желязото излято желязо. Чугунът е сплав от желязо с 2–4% въглерод. Силицият също е важен компонент на чугуна. Голямо разнообразие от много полезни продукти могат да бъдат отлети от чугун, като капаци на шахти, тръбопроводни фитинги, цилиндрови блокове на двигатели и др.

бронз- сплав мед, обикновено с калайкато основен легиращ компонент, както и с алуминий, силиций, берилий, олово и други елементи, с изключение на цинк. Калаените бронзове са били известни и широко използвани в древността. Повечето антични бронзове съдържат 75-90% мед и 25-10% калай, което ги прави подобни на златото, но са по-огнеупорни. Това е много издръжлива сплав. От него се правеха оръжия, докато не се научиха да произвеждат железни сплави. Цяла епоха в човешката история е свързана с използването на бронз: Бронзовата епоха.

Месинг- това са сплави мед с Zn, Al, Mg. Това са цветни сплави с ниска точка на топене и лесни за обработка: рязане, заваряване и запояване.

Мелхиор- е сплав мед с никел, понякога с добавени желязо и манган. По външни характеристики купроникелът е подобен на среброто, но има по-голяма механична якост. Сплавта се използва широко за направата на сервизи и евтини бижута. Повечето съвременни монети със сребрист цвят са направени от мелхиор (обикновено 75% мед и 25% никел с незначителни добавки на манган).

дуралуминий, или дуралуминий е базиран на сплав алуминийс добавяне на легиращи елементи - мед, манган, магнезий и желязо. Характеризира се със своята здравина на стомана и устойчивост на възможни претоварвания. Това е основният конструктивен материал в авиацията и космонавтиката.

Химични свойства на металите

Металите лесно се отказват от електрони, т.е реставратори. Поради това те лесно реагират с окислители.

Въпроси

Кои атоми са окислители?
Какви са имената на простите вещества, състоящи се от атоми, които могат да приемат електрони?

Така металите реагират с неметали. При такива реакции неметалите, приемащи електрони, придобиват обикновеноПО-НИСКА степен на окисление.

Нека разгледаме един пример. Нека алуминият реагира със сярата:

Въпрос.Кой от тези химични елементи е способен на просто дайелектрони? Колко електрони?

Алуминий - метал, който има 3 електрона във външното си ниво (група III!), така че отдава 3 електрона:

Тъй като атомът на алуминия отдава електрони, атомът на сярата ги приема.

Въпрос.Колко електрона може да приеме серен атом, преди да завърши външното ниво? Защо?

Серният атом има външно ниво 6 електрони (група VI!), следователно този атом получава 2 електрона:

Така полученото съединение има състав:

В резултат на това получаваме уравнението на реакцията:

Задача 8.5.Използвайки подобни разсъждения, съставете уравнения на реакцията:

калций + хлор (Cl 2);
магнезий + азот (N 2).

Когато съставяте уравнения на реакцията, не забравяйте, че металният атом отдава всичките си външни електрони, а неметалният атом приема толкова електрони, колкото липсват до осем.

Имената на съединенията, получени при такива реакции, винаги съдържат наставката документ за самоличност:

Коренът в името идва от латинското наименование на неметал (вижте урок 2.4).

Металите реагират с киселинни разтвори(вижте урок 2.2). Когато се съставят уравнения за такива реакции и когато се определя възможността за такава реакция, трябва да се използва серия от напрежения (серия на активност) на металите:

Метали в този ред към водород, са способни да изместват водорода от киселинни разтвори:

Задача 8.6.Съставете уравнения възможенреакции:

магнезий + сярна киселина;
никел + солна киселина;
живак + солна киселина.

Всички тези метали в получените съединения са двувалентни.

Реакцията на метал с киселина е възможна, ако резултатът е такъв разтворимсол. Например, магнезият практически не реагира с фосфорна киселина, тъй като повърхността му бързо се покрива със слой от неразтворим фосфат:

Метали след водорода могареагират с някои киселини, но водородв тези реакции не се откроява:

Задача 8.7.Кой от металите - Ba, Mg, Fe, Pb, Cu- може да реагира с разтвор на сярна киселина? Защо? Съставете уравнения възможенреакции.

Металите реагират с вода, ако са по-активни от желязото (желязото може да реагира и с вода). В същото време много активни метали ( Ли–Ал) реагират с вода при нормални условия или при леко нагряване по схемата:

Където х- метална валентност.

Задача 8.8.Напишете уравнения на реакцията по тази схема за K, Na, Ca. Кои други метали могат да реагират с вода по този начин?

Възниква въпросът: защо алуминият практически не реагира с вода? Наистина, кипваме вода в алуминиев съд, и... нищо! Факт е, че повърхността на алуминия е защитена от оксиден филм (относително Al 2 O 3). Ако се разруши, ще започне реакция на алуминий с вода и то доста активна. Полезно е да знаете, че този филм се разрушава от хлорни йони Cl –. И тъй като алуминиевите йони не са безопасни за здравето, трябва да се спазва следното правило: Силно солените храни не трябва да се съхраняват в алуминиеви съдове!

Въпрос.Може ли да се съхранява в алуминиеви съдове? киселозелева чорба, компот?

По-малко активните метали, които са в редицата напрежения след алуминия, реагират с вода в силно раздробено състояние и при силно нагряване (над 100 °C) по следната схема:

Металите, които са по-малко активни от желязото, не реагират с вода!

Металите реагират със солни разтвори. В този случай по-активните метали изместват по-малко активния метал от разтвора на неговата сол:

Задача 8.9.Кои от следните реакции са възможни и защо:

сребро + меден нитрат II;
никел + оловен нитрат II;
мед + живачен нитрат II;
цинк + никелов нитрат II.

Съставете уравнения възможенреакции. За невъзможните обяснете защо са невъзможни.

Трябва да бъде отбелязано че много реактивни метали, което при нормални условия реагират с вода, не измествайте други метали от разтвори на техните соли, тъй като те реагират с вода, а не със сол:

И тогава получената основа реагира със сол:

Следователно реакцията между железен сулфат и натрий НЕ е придруженизместване на по-малко активен метал:

Метална корозия

Корозия- спонтанен процес на окисление на метала под въздействието на фактори на околната среда.

Металите практически не се срещат в свободна форма в природата. Единствените изключения са „благородните“, най-неактивните метали, като злато и платина. Всички останали се окисляват активно под въздействието на кислород, вода, киселини и др. Например, ръждата се образува върху всеки незащитен железен продукт точно в присъствието на кислород или вода. В този случай желязото се окислява:

и компонентите на атмосферната влага се възстановяват:

Като резултат, железен хидроксид (II), който при окисляване се превръща в ръжда:

Други метали също могат да корозират, въпреки че на повърхността им не се образува ръжда. И така, на Земята няма метал алуминий - най-често срещаният метал на планетата. Но основата на много скали и почви е алуминиевият оксид. Al2O3. Факт е, че алуминият моментално се окислява във въздуха. Металната корозия причинява огромни щети, разрушавайки различни метални конструкции.

За да се намалят загубите от корозия, трябва да се отстранят причините, които я причиняват. Преди всичко металните предмети трябва да бъдат изолирани от влага. Това може да стане по различни начини, например съхраняване на продукта на сухо място, което не винаги е възможно. Освен това можете да боядисате повърхността на обекта, да го смажете с водоотблъскващ състав и да създадете изкуствен оксиден филм. В последния случай хромът се въвежда в сплавта, която „любезно“ разпространява собствения си оксиден филм върху повърхността на целия метал. Стоманата става неръждаема.

Продуктите от неръждаема стомана са скъпи. Следователно, за да се предпазят от корозия, те използват факта, че по-малко активният метал не се променя, т.е. не участва в процеса. Ето защо, ако заварявате към продукта, който се съхранява по-активенметал, тогава докато не се срути, продуктът няма да корозира. Този метод на защита се нарича протекторзащита.

заключения

Металите са прости вещества, които винаги са редуциращи агенти. Редукционната активност на метала намалява в серията на напрежение от литий към злато. Чрез позицията на метала в серията на напрежението можете да определите как металът реагира с киселинни разтвори, с вода, със солни разтвори.