Metalų santykio reakcijos lygtys:
- a) į paprastas medžiagas: deguonį, vandenilį, halogenus, sierą, azotą, anglį;
- b) sudėtingoms medžiagoms: vandeniui, rūgštims, šarmams, druskoms.
- Metalams priskiriami I ir II grupių s elementai, visi s elementai, III grupės p elementai (išskyrus borą), taip pat alavas ir švinas (IV grupė), bismutas (V grupė) ir polonis (VI grupė). Daugumos metalų išoriniame energijos lygyje yra 1-3 elektronai. D-elementų atomams tam tikrais laikotarpiais priešišorinio sluoksnio d-polygiai užpildomi iš kairės į dešinę.
- Metalų chemines savybes lemia būdinga išorinių elektronų apvalkalų struktūra.
Per tam tikrą laikotarpį, didėjant branduoliniam krūviui, atomų, turinčių tokį patį elektronų apvalkalų skaičių, spindulys mažėja. Šarminių metalų atomai turi didžiausią spindulį. Kuo mažesnis atomo spindulys, tuo didesnė jonizacijos energija, o kuo didesnis atomo spindulys, tuo mažesnė jonizacijos energija. Kadangi metalo atomai turi didžiausią atominį spindulį, jiems daugiausia būdingos mažos jonizacijos energijos ir elektronų afiniteto vertės. Laisvieji metalai pasižymi išskirtinai redukuojančiomis savybėmis.
3) Metalai sudaro oksidus, pavyzdžiui:
Tik šarminiai ir žemės šarminiai metalai reaguoja su vandeniliu, sudarydami hidridus:
Metalai reaguoja su halogenais, sudarydami halogenidus, su siera - sulfidus, su azotu - nitridus, su anglimi - karbidus.
Didėjant metalo E 0 standartinio elektrodo potencialo algebrinei vertei įtampos serijoje, mažėja metalo gebėjimas reaguoti su vandeniu.
Taigi geležis reaguoja su vandeniu tik esant labai aukštai temperatūrai:
Metalai, turintys teigiamą standartinį elektrodo potencialą, ty esantys po vandenilio įtampos serijoje, nereaguoja su vandeniu.
Būdingos metalų reakcijos su rūgštimis. Metalai, turintys neigiamą E0 vertę, išstumia vandenilį iš HCl, H2S04, H3P04 ir kt.
Metalas, kurio E0 vertė yra mažesnė, išstumia metalą, kurio E0 vertė didesnė, iš druskos tirpalų:
Kalcio oksidas CaO vadinamas negesintomis kalkėmis. Jis gaunamas deginant kalkakmenį CaC0 3 --> CaO + CO, 2000° C temperatūroje. Kalcio oksidas turi bazinio oksido savybes:
a) reaguoja su vandeniu, išskirdamas daug šilumos:
CaO + H 2 0 = Ca (OH) 2 (gesintos kalkės).
b) reaguoja su rūgštimis, sudarydamas druską ir vandenį:
CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O
CaO + 2H + = Ca 2+ + H2O
c) reaguoja su rūgštiniais oksidais ir sudaro druską:
CaO + C0 2 = CaC0 3
Kalcio hidroksidas Ca(OH) 2 naudojamas gesintų kalkių, kalkių pieno ir kalkių vandens pavidalu.
Kalkių pienas yra srutos, susidarančios sumaišius gesintų kalkių perteklių su vandeniu.
Kalkių vanduo yra skaidrus tirpalas, gaunamas filtruojant kalkių pieną. Naudojamas laboratorijoje anglies (IV) monoksidui aptikti.
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O
Ilgai praeinant anglies monoksidui (IV), tirpalas tampa skaidrus, nes susidaro rūgštinė druska, tirpi vandenyje:
CaC0 3 + C0 2 + H 2 O = Ca(HCO 3 ) 2
Jei gautas skaidrus kalcio bikarbonato tirpalas kaitinamas, vėl atsiranda drumstumas, nes nusėda CaC0 3 nuosėdos:
Metalų cheminės savybės: sąveika su deguonimi, halogenais, siera ir santykis su vandeniu, rūgštimis, druskomis.
Metalų chemines savybes lemia jų atomų gebėjimas lengvai atiduoti elektronus iš išorinio energijos lygio, virstant teigiamai įkrautais jonais. Taigi, vykstant cheminėms reakcijoms, metalai yra energingi reduktoriai. Tai yra pagrindinė jų bendra cheminė savybė.
Atskirų metalinių elementų atomų gebėjimas paaukoti elektronus skiriasi. Kuo lengviau metalas atiduoda savo elektronus, tuo jis yra aktyvesnis ir energingiau reaguoja su kitomis medžiagomis. Remiantis tyrimais, visi metalai buvo išdėstyti jų aktyvumo mažėjimo tvarka. Šią seriją pirmą kartą pasiūlė išskirtinis mokslininkas N. N. Beketovas. Ši metalų aktyvumo serija taip pat vadinama metalų poslinkio seka arba metalo įtampų elektrochemine seka. Tai atrodo taip:
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Šios serijos pagalba galite sužinoti, kuris metalas yra aktyvus kitame. Šioje serijoje yra vandenilio, kuris nėra metalas. Jo matomos savybės palyginimui imamos kaip nulis.
Metalai, turintys reduktorių savybių, reaguoja su įvairiais oksidatoriais, pirmiausia su nemetalais. Metalai reaguoja su deguonimi normaliomis sąlygomis arba kaitinant susidaro oksidai, pavyzdžiui:
2Mg0 + O02 = 2Mg+2O-2
Šioje reakcijoje magnio atomai oksiduojasi, o deguonies atomai redukuojasi. Serijos pabaigoje esantys taurieji metalai reaguoja su deguonimi. Aktyviai vyksta reakcijos su halogenais, pavyzdžiui, vario degimas chlore:
Cu0 + Cl02 = Cu+2Cl-2
Reakcijos su siera dažniausiai vyksta kaitinant, pavyzdžiui:
Fe0 + S0 = Fe+2S-2
Aktyvūs metalai, esantys Mg metalų aktyvumo serijoje, reaguoja su vandeniu, sudarydami šarmus ir vandenilį:
2Na0 + 2H+2O → 2Na+OH + H02
Vidutinio aktyvumo metalai nuo Al iki H2 sunkesnėmis sąlygomis reaguoja su vandeniu ir sudaro oksidus bei vandenilį:
Pb0 + H+2O Metalų cheminės savybės: sąveika su deguonimi Pb+2O + H02.
Metalo gebėjimas reaguoti su rūgštimis ir druskomis tirpale taip pat priklauso nuo jo padėties metalų poslinkių serijoje. Metalai, esantys išstumiančioje metalų eilėje į kairę nuo vandenilio, dažniausiai išstumia (redukuoja) vandenilį iš praskiestų rūgščių, o metalai, esantys vandenilio dešinėje, jo neišstumia. Taigi cinkas ir magnis reaguoja su rūgščių tirpalais, išskirdami vandenilį ir sudarydami druskas, tačiau varis nereaguoja.
Mg0 + 2H+Cl → Mg+2Cl2 + H02
Zn0 + H+2SO4 → Zn+2SO4 + H02.
Metalo atomai šiose reakcijose yra reduktorius, o vandenilio jonai yra oksidatoriai.
Vandeniniuose tirpaluose metalai reaguoja su druskomis. Aktyvūs metalai išstumia mažiau aktyvius metalus iš druskų sudėties. Tai galima nustatyti pagal metalų aktyvumo eilutes. Reakcijos produktai yra nauja druska ir naujas metalas. Taigi, jei geležies plokštė panardinama į vario (II) sulfato tirpalą, po kurio laiko ant jos išsiskirs varis raudonos dangos pavidalu:
Fe0 + Cu+2SO4 → Fe+2SO4 + Cu0.
Bet jei sidabrinė plokštelė panardinama į vario (II) sulfato tirpalą, reakcija neįvyks:
Ag + CuSO4 ≠ .
Tokioms reakcijoms atlikti negalima naudoti pernelyg aktyvių metalų (nuo ličio iki natrio), kurie gali reaguoti su vandeniu.
Todėl metalai gali reaguoti su nemetalais, vandeniu, rūgštimis ir druskomis. Visais šiais atvejais metalai yra oksiduojami ir yra reduktorius. Norint numatyti cheminių reakcijų, kuriose dalyvauja metalai, eigą, reikia naudoti metalų poslinkių serijas.
Metalai užima apatinį kairįjį periodinės lentelės kampą. Metalai priklauso s elementų, d elementų, f elementų ir iš dalies p elementų šeimoms.
Būdingiausia metalų savybė – jų gebėjimas atsisakyti elektronų ir tapti teigiamai įkrautais jonais. Be to, metalai gali turėti tik teigiamą oksidacijos būseną.
Aš - ne = Me n +
1. Metalų sąveika su nemetalais.
A ) Metalų sąveika su vandeniliu.
Šarminiai ir šarminių žemių metalai tiesiogiai reaguoja su vandeniliu, sudarydami hidridus.
Pavyzdžiui:
Ca + H 2 = CaH 2
Susidaro nestechiometriniai junginiai su jonine kristaline struktūra.
b) Metalų sąveika su deguonimi.
Visi metalai, išskyrus Au, Ag, Pt, yra oksiduojami atmosferos deguonimi.
Pavyzdys:
2Na + O 2 = Na 2 O 2 (peroksidas)
4K + O 2 = 2K 2 O
2Mg + O2 = 2MgO
2Cu + O 2 = 2CuO
c) Metalų sąveika su halogenais.
Visi metalai reaguoja su halogenais, sudarydami halogenidus.
Pavyzdys:
2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Tai daugiausia joniniai junginiai: MeHal n
d) Metalų sąveika su azotu.
Šarminiai ir šarminių žemių metalai sąveikauja su azotu.
Pavyzdys:
3Ca + N2 = Ca3N2
Mg + N 2 = Mg 3 N 2 - nitridas.
e) Metalų sąveika su anglimi.
Metalų ir anglies junginiai - karbidai. Jie susidaro lydalams sąveikaujant su anglimi. Aktyvieji metalai sudaro stechiometrinius junginius su anglimi:
4Al + 3C = Al 4 C 3
Metalai – d-elementai sudaro nestechiometrinės sudėties junginius, tokius kaip kietieji tirpalai: WC, ZnC, TiC – naudojami ypač kietiems plienams gaminti.
2. Metalų sąveika su vandeniu.
Metalai, kurių potencialas yra didesnis nei vandens redokso potencialas, reaguoja su vandeniu.
Aktyvūs metalai aktyviau reaguoja su vandeniu, skaidydami vandenį ir išskirdami vandenilį.
Na + 2H2O = H2 + 2NaOH
Mažiau aktyvūs metalai lėtai skaido vandenį ir procesas sulėtėja, nes susidaro netirpios medžiagos.
3. Metalų sąveika su druskos tirpalais.
Ši reakcija galima, jei reaguojantis metalas yra aktyvesnis nei esantis druskoje:
Zn + CuSO 4 = Cu 0 ↓ + ZnSO 4
0,76 V, = + 0,34 V.
Metalas, turintis neigiamą ar mažiau teigiamą standartinį elektrodo potencialą, išstumia kitą metalą iš savo druskos tirpalo.
4. Metalų sąveika su šarmų tirpalais.
Metalai, kurie gamina amfoterinius hidroksidus arba turi aukštą oksidacijos laipsnį, esant stiprioms oksidacinėms medžiagoms, gali reaguoti su šarmais. Kai metalai sąveikauja su šarmų tirpalais, oksidatorius yra vanduo.
Pavyzdys:
Zn + 2NaOH + 2H 2O = Na 2 + H 2
1 Zn 0 + 4OH - - 2e = 2- oksidacija
Zn 0 – reduktorius
1 2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH - redukcija
H 2 O - oksidatorius
Zn + 4OH - + 2H 2 O = 2- + 2OH - + H2
Metalai, turintys didelę oksidacijos būseną, lydymosi metu gali sąveikauti su šarmais:
4Nb +5O2 +12KOH = 4K3NbO4 + 6H2O
5. Metalų sąveika su rūgštimis.
Tai sudėtingos reakcijos, kurios priklauso nuo metalo aktyvumo, rūgšties tipo ir koncentracijos bei temperatūros.
Pagal aktyvumą metalai sutartinai skirstomi į aktyvius, vidutinio aktyvumo ir mažo aktyvumo.
Rūgštys paprastai skirstomos į 2 grupes:
I grupė - rūgštys su mažu oksidaciniu gebėjimu: HCl, HI, HBr, H 2 SO 4 (praskiestas), H 3 PO 4, H 2 S, oksidatorius čia yra H +. Sąveikaujant su metalais išsiskiria deguonis (H 2 ). Metalai, turintys neigiamą elektrodo potencialą, reaguoja su pirmosios grupės rūgštimis.
II grupė – rūgštys, pasižyminčios dideliu oksidaciniu gebėjimu: H 2 SO 4 (konc.), HNO 3 (praskiestas), HNO 3 (konc.). Šiose rūgštyse oksidatoriai yra rūgščių anijonai: . Anijonų redukcijos produktai gali būti labai įvairūs ir priklausyti nuo metalo aktyvumo.
H 2 S – su aktyviais metalais
H 2 SO 4 +6е S 0 ↓ - su vidutinio aktyvumo metalais
SO 2 – su mažai aktyviais metalais
NH 3 (NH 4 NO 3) – su aktyviais metalais
HNO 3 +4,5e N 2 O, N 2 - vidutinio aktyvumo metalai
NE – su mažai aktyviais metalais
HNO 3 (konc.) - NO 2 - su bet kokio aktyvumo metalais.
Jei metalai turi kintamą valentingumą, tai su I grupės rūgštimis metalai įgauna žemesnę teigiamą oksidacijos būseną: Fe → Fe 2+, Cr → Cr 2+. Sąveikaujant su II grupės rūgštimis, oksidacijos būsena yra +3: Fe → Fe 3+, Cr → Cr 3+, o vandenilis niekada neišsiskiria.
Kai kurie metalai (Fe, Cr, Al, Ti, Ni ir kt.) stiprių rūgščių tirpaluose oksiduodami pasidengia tankia oksido plėvele, kuri apsaugo metalą nuo tolesnio tirpimo (pasyvavimo), tačiau kaitinant oksidas. plėvelė ištirpsta ir reakcija vyksta.
Mažai tirpūs metalai, turintys teigiamą elektrodo potencialą, gali ištirpti I grupės rūgštyse esant stiprioms oksiduojančioms medžiagoms.
Yra žinoma, kad visas paprastas medžiagas galima suskirstyti į paprastas medžiagas – metalus ir paprastas medžiagas – nemetalus.
METALAI, kaip apibrėžė M. V. Lomonosovas, yra „lengvi kūnai, kuriuos galima padirbti“. Paprastai tai yra kaliosios, blizgios medžiagos, pasižyminčios dideliu šilumos ir elektros laidumu. Šios fizikinės ir daugelis cheminių metalų savybių yra susijusios su jų atomų gebėjimu ATSIDUOTI elektronus.
NEMETALAI, priešingai, cheminiuose procesuose gali pridėti elektronų. Dauguma nemetalų pasižymi priešingomis metalų savybėmis: jie nešviečia, nelaidi elektros ir nėra kalti. Būtis priešinga Pagal savo savybes metalai ir nemetalai lengvai reaguoja vienas su kitu.
Ši Savarankiško mokytojo dalis skirta trumpai metalų ir nemetalų savybių apžvalgai. Apibūdinant elementų savybes, patartina laikytis šios loginės schemos:
1. Pirmiausia apibūdinkite atomo sandarą (nurodykite valentinių elektronų pasiskirstymą), padarykite išvadą, ar šis elementas priklauso metalams ar nemetalams, nustatykite jo valentines būsenas (oksidacijos būsenas) – žr. 3 pamoką;
2. Tada apibūdinkite paprastos medžiagos savybes sudarydami reakcijų lygtis
- su deguonimi;
- su vandeniliu;
- su metalais (nemetalams) arba su nemetalais (metalams);
- su vandeniu;
- su rūgštimis arba šarmais (jei įmanoma);
- su druskos tirpalais;
3. Tada reikia apibūdinti svarbiausių junginių (vandenilio junginių, oksidų, hidroksidų, druskų) savybes. Tokiu atveju pirmiausia turite nustatyti tam tikro junginio pobūdį (rūgštinį arba šarminį), o tada, prisimindami šios klasės junginių savybes, sudaryti reikiamas reakcijų lygtis;
4. Ir galiausiai būtina aprašyti kokybines reakcijas į šio elemento turinčius katijonus (anijonus), paprastos medžiagos gavimo būdus ir svarbiausius šio cheminio elemento junginius bei nurodyti šio elemento tirtų medžiagų praktinį pritaikymą.
Taigi, jei nustatysite, kad oksidas yra rūgštus, jis reaguos su vandeniu, baziniais oksidais, bazėmis (žr. 2.1 pamoką) ir atitiks rūgštinį hidroksidą (rūgštį). Apibūdinant šios rūgšties savybes, taip pat naudinga pažvelgti į atitinkamą skyrių: 2.2 pamoka.
Metalai yra paprastos medžiagos, kurių atomai gali tik atiduoti elektronų. Ši metalų savybė atsiranda dėl to, kad išoriniame šių atomų lygyje mažai išsidėstę elektronai (dažniausiai nuo 1 iki 3) arba išoriniai elektronai toli nuo šerdies. Kuo mažiau elektronų išoriniame atomo lygyje ir kuo toliau nuo branduolio, tuo metalas aktyvesnis (tuo ryškesnės jo metalinės savybės).
8.1 užduotis. Kuris metalas yra aktyvesnis:
Pavadinkite cheminius elementus A, B, C, D.
Metalai ir nemetalai Mendelejevo cheminių elementų periodinėje lentelėje (PSM) yra atskirti linija, nubrėžta nuo boro iki astatino. Virš šios linijos pagrindiniai pogrupiai yra nemetalai(žr. 3 pamoką). Likę cheminiai elementai yra metalai.
8.2 užduotis. Kurie iš šių elementų yra metalai: silicis, švinas, stibis, arsenas, selenas, chromas, polonis?
Klausimas. Kaip galime paaiškinti tai, kad silicis yra nemetalas, o švinas yra metalas, nors juose yra tiek pat išorinių elektronų?
Esminis metalo atomų bruožas yra didelis jų spindulys ir valentinių elektronų, silpnai surištų su branduoliu, buvimas. Tokiems atomams jonizacijos energija* yra maža.
* JONIZACINĖ ENERGIJA lygus darbui, sugaištam pašalinant vieną išorinį elektroną iš atomo (per jonizacija atomas) jo pagrindinės energijos būsenoje.
Kai kurie metalų valentiniai elektronai, atitrūkę nuo atomų, tampa „laisvi“. „Laisvieji“ elektronai lengvai juda tarp atomų ir metalo jonų kristale, sudarydami „elektronines dujas“ (28 pav.).
Vėlesniu laiko momentu bet kurį iš „laisvųjų“ elektronų gali pritraukti bet kuris katijonas, o bet kuris metalo atomas gali atsisakyti elektrono ir virsti jonu (šie procesai 28 pav. parodyti punktyrinėmis linijomis).
Taigi vidinė metalo sandara panaši į sluoksninį pyragą, kuriame teigiamai įkrauti metalo atomų ir jonų „sluoksniai“ kaitaliojasi su elektroniniais „sluoksniais“ ir juos traukia. Geriausias metalo vidinės struktūros modelis yra stiklinių plokščių, sudrėkintų vandeniu, krūva: labai sunku nuplėšti vieną plokštę nuo kitos (tvirtieji metalai), labai lengva perkelti vieną plokštę kitos atžvilgiu (plastiški metalai) ( 29 pav.).
8.3 užduotis. Padarykite tokį metalo „modelį“ ir patikrinkite šias savybes.
Cheminis ryšys, kurį atlieka „laisvieji“ elektronai, vadinamas metalo jungtis.
„Laisvieji“ elektronai taip pat suteikia tokius fizinis metalų savybės, tokios kaip elektros ir šilumos laidumas, plastiškumas (kalumas) ir metalinis blizgesys.
8.4 užduotis. Raskite metalinius daiktus aplink namą.
Atlikę šią užduotį, virtuvėje nesunkiai rasite metalinių indų: puodų, keptuvių, šakučių, šaukštų. Iš metalų ir jų lydinių gaminamos staklės, lėktuvai, automobiliai, dyzeliniai lokomotyvai, įrankiai. Šiuolaikinė civilizacija neįmanoma be metalų, nes elektros laidai taip pat gaminami iš metalų – Cu ir Al. Radijo ir televizijos imtuvų antenoms gaminti tinka tik metalai, iš metalų gaminami geriausi veidrodžiai. Šiuo atveju dažnai naudojami ne gryni metalai, o jų mišiniai (kieti tirpalai) – LYDINIAI.
Lydiniai
Metalai lengvai sudaro lydinius – medžiagas, turinčias metalinių savybių ir susidedančias iš dviejų ar daugiau cheminių elementų (paprastų medžiagų), iš kurių bent vienas yra metalas. Daugelis metalų lydinių turi vieną metalą kaip pagrindą su mažais kitų komponentų priedais. Iš esmės sunku nubrėžti aiškią ribą tarp metalų ir lydinių, nes net gryniausiuose metaluose yra kitų cheminių elementų priemaišų.
Visi aukščiau išvardinti daiktai – mašinos, lėktuvai, automobiliai, keptuvės, šakutės, šaukštai, papuošalai – gaminami iš lydinių. Priemaišiniai metalai (legiravimo komponentai) žmogaus požiūriu labai dažnai keičia netauriųjų metalų savybes į gerąją pusę. Pavyzdžiui, tiek geležis, tiek aliuminis yra gana minkšti metalai. Tačiau derinant vienas su kitu ar su kitais komponentais jie virsta plienu, duraliuminiu ir kitomis patvariomis konstrukcinėmis medžiagomis. Pažvelkime į labiausiai paplitusių lydinių savybes.
Plienas- tai lydiniai geležis su anglimi, kuriame pastarųjų yra iki 2 proc. Legiruotoje plienuose yra ir kitų cheminių elementų – chromo, vanadžio, nikelio. Plieno pagaminama daug daugiau nei bet kurių kitų metalų ir lydinių, todėl sunku išvardyti visas galimas jų panaudojimo galimybes. Mažai anglies turintis plienas (mažiau nei 0,25 % anglies) sunaudojamas dideliais kiekiais kaip konstrukcinė medžiaga, o iš plieno su didesniu anglies kiekiu (daugiau nei 0,55 % anglies) gaminami pjovimo įrankiai: skutimosi peiliukai, grąžtai ir kt.
Geležis sudaro pagrindą ketaus. Ketus yra geležies lydinys, kuriame yra 2–4% anglies. Silicis taip pat yra svarbus ketaus komponentas. Iš ketaus galima išlieti daug įvairių labai naudingų gaminių, tokių kaip šulinių dangčiai, vamzdynų jungiamosios detalės, variklio cilindrų blokai ir kt.
Bronza- lydinys vario, paprastai su skarda kaip pagrindinis legiravimo komponentas, taip pat su aliuminiu, siliciu, beriliu, švinu ir kitais elementais, išskyrus cinką. Alavo bronzos buvo žinomos ir plačiai naudojamos senovėje. Daugumoje senovinių bronzų yra 75–90 % vario ir 25–10 % alavo, todėl jos atrodo panašios į auksą, tačiau yra atsparesnės ugniai. Tai labai patvarus lydinys. Iš jo buvo gaminami ginklai, kol išmoko gaminti geležies lydinius. Ištisa era žmonijos istorijoje yra susijusi su bronzos naudojimu: bronzos amžius.
Žalvaris- tai lydiniai varis su Zn, Al, Mg. Tai spalvotųjų metalų lydiniai, turintys žemą lydymosi temperatūrą ir lengvai apdorojami: pjaustomi, virinami ir lituojami.
Cupronickel- yra lydinys varis su nikeliu, kartais pridedant geležies ir mangano. Pagal išorines savybes vario nikelis yra panašus į sidabrą, tačiau turi didesnį mechaninį stiprumą. Lydinys plačiai naudojamas indams ir nebrangiems papuošalams gaminti. Dauguma šiuolaikinių sidabro spalvos monetų gaminamos iš vario nikelio (dažniausiai 75 % vario ir 25 % nikelio su nedideliais mangano priedais).
Duraliuminis, arba duraliuminis yra lydinio pagrindu aliuminio pridedant legiruojančių elementų - vario, mangano, magnio ir geležies. Jis pasižymi plieno tvirtumu ir atsparumu galimoms perkrovoms. Tai pagrindinė aviacijos ir astronautikos konstrukcinė medžiaga.
Metalų cheminės savybės
Metalai lengvai atsisako elektronų, t.y restauratoriai. Todėl jie lengvai reaguoja su oksiduojančiomis medžiagomis.
Klausimai
- Kurie atomai yra oksidatoriai?
- Kaip vadinamos paprastos medžiagos, susidedančios iš atomų, galinčių priimti elektronus?
Taigi metalai reaguoja su nemetalais. Tokiose reakcijose įgyja nemetalai, priimdami elektronus paprastai MAŽESNĖ oksidacijos būsena.
Pažiūrėkime į pavyzdį. Leiskite aliuminiui reaguoti su siera:
Klausimas. Kuris iš šių cheminių elementų yra pajėgus tik duok elektronai? Kiek elektronų?
Aliuminis - metalo, kurios išoriniame lygyje (III grupė!) yra 3 elektronai, todėl dovanoja 3 elektronus:
Aliuminio atomui atsisakius elektronų, sieros atomas juos priima.
Klausimas. Kiek elektronų gali priimti sieros atomas prieš baigdamas išorinį lygį? Kodėl?
Sieros atomas turi išorinį lygį 6 elektronų (VI grupė!), todėl šis atomas gauna 2 elektronus:
Taigi gautas junginys turi tokią sudėtį:
Dėl to gauname reakcijos lygtį:
8.5 užduotis. Remdamiesi panašiais samprotavimais, sudarykite reakcijos lygtis:
- kalcis + chloras (Cl 2);
- magnis + azotas (N 2).
Kurdami reakcijų lygtis atminkite, kad metalo atomas atiduoda visus savo išorinius elektronus, o nemetalinis atomas priima tiek elektronų, kiek trūksta iki aštuonių.
Tokiose reakcijose gautų junginių pavadinimuose visada yra priesaga ID:
Pavadinimo žodžio šaknis kilusi iš lotyniško nemetalinio pavadinimo (žr. 2.4 pamoką).
Metalai reaguoja su rūgščių tirpalais(žr. 2.2 pamoką). Sudarant tokių reakcijų lygtis ir nustatant tokios reakcijos galimybę, reikia naudoti metalų įtampų (aktyvumo serijas):
Metalai šioje eilutėje prie vandenilio, gali išstumti vandenilį iš rūgščių tirpalų:
8.6 užduotis. Sudarykite lygtis galima reakcijos:
- magnis + sieros rūgštis;
- nikelis + druskos rūgštis;
- gyvsidabris + druskos rūgštis.
Visi šie metalai gautuose junginiuose yra dvivalečiai.
Metalo reakcija su rūgštimi yra įmanoma, jei tai įvyksta tirpus druskos. Pavyzdžiui, magnis praktiškai nereaguoja su fosforo rūgštimi, nes jo paviršius greitai pasidengia netirpaus fosfato sluoksniu:
Metalai po vandenilio gali reaguoti su kai kuriomis rūgštimis, bet vandenilisšiose reakcijose neišsiskiria:
8.7 užduotis. Kuris iš metalų - Ba, Mg, Fe, Pb, Cu- gali reaguoti su sieros rūgšties tirpalu? Kodėl? Sudarykite lygtis galima reakcijos.
Metalai reaguoja su vandeniu, jei jie aktyvesni už geležį (geležis gali reaguoti ir su vandeniu). Tuo pačiu metu labai aktyvūs metalai ( Li-Al) reaguoti su vandeniu normaliomis sąlygomis arba šiek tiek kaitinant pagal schemą:
Kur X- metalo valentingumas.
8.8 užduotis. Parašykite reakcijų lygtis pagal šią schemą K, Na, Ca. Kokie dar metalai gali taip reaguoti su vandeniu?
Kyla klausimas: kodėl aliuminis praktiškai nereaguoja su vandeniu? Išties, aliuminio keptuvėje užverdame vandenį, ir... nieko! Faktas yra tas, kad aliuminio paviršius yra apsaugotas oksido plėvele (santykinai Al 2 O 3). Jei jis bus sunaikintas, prasidės aliuminio reakcija su vandeniu ir gana aktyvi. Pravartu žinoti, kad šią plėvelę ardo chloro jonai Cl –. Kadangi aliuminio jonai yra nesaugūs sveikatai, reikia laikytis šios taisyklės: Labai sūrus maistas neturėtų būti laikomas aliuminio induose!
Klausimas. Ar galima laikyti aliuminio induose? rūgštus kopūstų sriuba, kompotas?
Mažiau aktyvūs metalai, esantys įtampų eilėje po aliuminio, reaguoja su vandeniu labai susmulkintame ir stipriai kaitinant (virš 100 °C) pagal šią schemą:
Metalai, kurie yra mažiau aktyvūs nei geležis, nereaguoja su vandeniu!
Metalai reaguoja su druskos tirpalais. Šiuo atveju aktyvesni metalai išstumia mažiau aktyvų metalą iš jo druskos tirpalo:
8.9 užduotis. Kurios iš šių reakcijų galimos ir kodėl:
- sidabras + vario nitratas II;
- nikelis + švino nitratas II;
- varis + gyvsidabrio nitratas II;
- cinkas + nikelio nitratas II.
Sudarykite lygtis galima reakcijos. Neįmanomiems paaiškinkite, kodėl jie neįmanomi.
Reikia pažymėti (!), kad labai reaktyvūs metalai, kuri normaliomis sąlygomis reaguoti su vandeniu, neišstumkite kitų metalų iš jų druskų tirpalų, nes jie reaguoja su vandeniu, o ne su druska:
Tada susidaręs šarmas reaguoja su druska:
Todėl reakcija tarp geležies sulfato ir natrio NElydimas mažiau aktyvaus metalo poslinkis:
Metalo korozija
Korozija- spontaniškas metalo oksidacijos procesas veikiant aplinkos veiksniams.
Gamtoje laisvos formos metalai praktiškai nerandami. Vienintelės išimtys yra „kilnieji“, neaktyviausi metalai, tokie kaip auksas ir platina. Visi kiti aktyviai oksiduojami veikiant deguoniui, vandeniui, rūgštims ir tt Pavyzdžiui, ant bet kokio neapsaugoto geležies gaminio, esant deguoniui ar vandeniui, susidaro rūdys. Šiuo atveju geležis oksiduojasi:
ir atkuriami atmosferos drėgmės komponentai:
Dėl to geležies hidroksidas (II), kuris oksiduodamas virsta rūdimis:
Kiti metalai taip pat gali rūdyti, nors ant jų paviršiaus rūdys nesusidaro. Taigi Žemėje nėra aliuminio metalo – labiausiai paplitusio metalo planetoje. Tačiau daugelio uolienų ir dirvožemių pagrindas yra aliuminio oksidas. Al2O3. Faktas yra tas, kad aliuminis akimirksniu oksiduojasi ore. Metalo korozija daro didžiulę žalą, ardo įvairias metalines konstrukcijas.
Norint sumažinti korozijos nuostolius, reikia pašalinti ją sukeliančias priežastis. Visų pirma, metalinius daiktus reikia izoliuoti nuo drėgmės. Tai galima padaryti įvairiais būdais, pavyzdžiui, gaminį laikyti sausoje vietoje, o tai ne visada įmanoma. Be to, galite dažyti objekto paviršių, sutepti vandeniui atsparia kompozicija ir sukurti dirbtinę oksido plėvelę. Pastaruoju atveju į lydinį įvedamas chromas, kuris „maloniai“ paskleidė savo oksido plėvelę ant viso metalo paviršiaus. Plienas tampa nerūdijantis.
Nerūdijančio plieno gaminiai yra brangūs. Todėl, norėdami apsisaugoti nuo korozijos, jie naudojasi tuo, kad mažiau aktyvus metalas nesikeičia, t.y. nedalyvauja procese. Todėl, jei suvirinate prie sandėliuojamo gaminio aktyvesnis metalo, tada kol jis nesugrius, gaminys nerūdys. Šis apsaugos būdas vadinamas protektorius apsauga.
Išvados
Metalai yra paprastos medžiagos, kurios visada yra reduktorius. Metalo redukcijos aktyvumas mažėja įtampos diapazone nuo ličio iki aukso. Pagal metalo padėtį įtempių serijoje galite nustatyti, kaip metalas reaguoja su rūgšties tirpalais, su vandeniu, su druskų tirpalais.
1. Metalai reaguoja su nemetalais.
2 Aš + n Hal 2 → 2 MeHal n
4Li + O2 = 2Li2O
Šarminiai metalai, išskyrus litį, sudaro peroksidus:
2Na + O 2 = Na 2 O 2
2. Metalai prieš vandenilį reaguoja su rūgštimis (išskyrus azoto ir sieros rūgštis), išskirdami vandenilį
Me + HCl → druska + H2
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2
Pb + 2 HCl → PbCl2↓ + H2
3. Aktyvieji metalai reaguoja su vandeniu, sudarydami šarmą ir išskiria vandenilį.
2Me+ 2n H2O → 2Me(OH)n+ n H 2
Metalo oksidacijos produktas yra jo hidroksidas – Me(OH) n (kur n – metalo oksidacijos būsena).
Pavyzdžiui:
Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2
4. Vidutinio aktyvumo metalai kaitinant reaguoja su vandeniu ir susidaro metalo oksidas ir vandenilis.
2Me + nH 2 O → Me 2 O n + nH 2
Tokiose reakcijose oksidacijos produktas yra metalo oksidas Me 2 O n (kur n yra metalo oksidacijos būsena).
3Fe + 4H2O → Fe2O3FeO + 4H2
5. Metalai po vandenilio nereaguoja su vandeniu ir rūgščių tirpalais (išskyrus azoto ir sieros koncentracijas)
6. Aktyvesni metalai išstumia mažiau aktyvius iš savo druskų tirpalų.
CuSO 4 + Zn = Zn SO 4 + Cu
CuSO 4 + Fe = Fe SO 4 + Cu
Aktyvūs metalai – cinkas ir geležis – sulfate pakeitė varį ir susidarė druskos. Cinkas ir geležis buvo oksiduojami, o varis redukuotas.
7. Halogenai reaguoja su vandeniu ir šarmo tirpalu.
Fluoras, skirtingai nei kiti halogenai, oksiduoja vandenį:
2H 2 O+2F 2 = 4HF + O 2 .
šaltyje: susidaro Cl2+2KOH=KClO+KCl+H2OCl2+2KOH=KClO+KCl+H2O chloridas ir hipochloritas
kaitinant: susidaro 3Cl2+6KOH−→KClO3+5KCl+3H2O3Cl2+6KOH→t,∘CKClO3+5KCl+3H2O loridas ir chloratas
8 Aktyvūs halogenai (išskyrus fluorą) išstumia mažiau aktyvius halogenus iš jų druskų tirpalų.
9. Halogenai nereaguoja su deguonimi.
10. Amfoteriniai metalai (Al, Be, Zn) reaguoja su šarmų ir rūgščių tirpalais.
3Zn+4H2SO4= 3 ZnSO4+S+4H2O
11. Magnis reaguoja su anglies dioksidu ir silicio oksidu.
2Mg + CO2 = C + 2MgO
SiO2+2Mg=Si+2MgO
12. Šarminiai metalai (išskyrus litį) su deguonimi sudaro peroksidus.
2Na + O 2 = Na 2 O 2
3. Neorganinių junginių klasifikacija
Paprastos medžiagos – medžiagos, kurių molekulės susideda iš to paties tipo atomų (to paties elemento atomų). Cheminių reakcijų metu jie negali suirti ir sudaryti kitas medžiagas.
Sudėtingos medžiagos (arba cheminiai junginiai) – tai medžiagos, kurių molekulės susideda iš skirtingų tipų atomų (skirtingų cheminių elementų atomų). Cheminių reakcijų metu jie suyra, sudarydami keletą kitų medžiagų.
Paprastos medžiagos skirstomos į dvi dideles grupes: metalus ir nemetalus.
Metalai – elementų grupė, pasižyminti būdingomis metalinėmis savybėmis: kietosios medžiagos (išskyrus gyvsidabrį) turi metalinį blizgesį, yra geri šilumos ir elektros laidininkai, kaliosios (geležis (Fe), varis (Cu), aliuminis (Al), gyvsidabris ( Hg), aukso (Au), sidabro (Ag) ir kt.).
Nemetalai – elementų grupė: kietos, skystos (bromo) ir dujinės medžiagos, kurios neturi metalinio blizgesio, yra izoliuojančios, trapios.
O sudėtingos medžiagos savo ruožtu skirstomos į keturias grupes arba klases: oksidus, bazes, rūgštis ir druskas.
Oksidai - tai sudėtingos medžiagos, kurių molekulėse yra deguonies atomų ir kai kurių kitų medžiagų.
Priežastys - tai sudėtingos medžiagos, kuriose metalų atomai yra prijungti prie vienos ar daugiau hidroksilo grupių.
Elektrolitinės disociacijos teorijos požiūriu bazės yra sudėtingos medžiagos, kurias disociuojant vandeniniame tirpale susidaro metalo katijonai (arba NH4+) ir hidroksido anijonai OH-.
Rūgštys - tai sudėtingos medžiagos, kurių molekulėse yra vandenilio atomų, kuriuos galima pakeisti arba pakeisti metalo atomais.
Druskos - tai sudėtingos medžiagos, kurių molekulės susideda iš metalo atomų ir rūgščių liekanų. Druska yra dalinio arba visiško rūgšties vandenilio atomų pakeitimo metalu produktas.
