Hemijska svojstva jednostavnih metala. Opća fizička i hemijska svojstva metala

Metali su aktivni redukcioni agensi sa pozitivnim oksidacionim stanjem. Zbog svojih hemijskih svojstava, metali se široko koriste u industriji, metalurgiji, medicini i građevinarstvu.

Metalna djelatnost

U reakcijama, atomi metala doniraju valentne elektrone i oksidiraju. Što više energetskih nivoa i manje elektrona ima atom metala, to mu je lakše donirati elektrone i ući u reakcije. Stoga se metalna svojstva povećavaju odozgo prema dolje i s desna na lijevo u periodnom sistemu.

Rice. 1. Promjena metalnih svojstava u periodnom sistemu.

Aktivnost jednostavnih supstanci prikazana je u elektrohemijskom nizu napona metala. Lijevo od vodonika su aktivni metali (aktivnost raste prema lijevoj ivici), desno - neaktivni.

Najaktivniji su alkalni metali, koji su u grupi I periodnog sistema i nalaze se levo od vodonika u elektrohemijskom nizu napona. Reaguju sa mnogim supstancama već na sobnoj temperaturi. Slijede zemnoalkalni metali, koji spadaju u II grupu. Reaguju sa većinom supstanci kada se zagreju. Metali koji su u elektrohemijskom nizu od aluminijuma do vodonika (srednja aktivnost) zahtevaju dodatne uslove za ulazak u reakcije.

Rice. 2. Elektrohemijske serije napona metala.

Neki metali pokazuju amfoterna svojstva ili dualnost. Metali, njihovi oksidi i hidroksidi reagiraju s kiselinama i bazama. Većina metala reagira samo s određenim kiselinama kako bi zamijenili vodik i formirali sol. Najizraženija dvojna svojstva pokazuju:

  • aluminijum;
  • olovo;
  • cink;
  • željezo;
  • bakar;
  • berilij;
  • hrom.

Svaki metal je sposoban da istisne drugi metal desno od njega u elektrohemijskom nizu iz soli. Metali lijevo od vodonika istiskuju ga iz razrijeđenih kiselina.

Svojstva

Karakteristike interakcije metala sa različitim supstancama prikazane su u tabeli hemijskih svojstava metala.

Reakcija

Posebnosti

Jednačina

Sa kiseonikom

Većina metala formira oksidne filmove. Alkalni metali se spontano zapale u prisustvu kiseonika. U ovom slučaju, natrijum formira peroksid (Na 2 O 2), preostali metali grupe I su superoksidi (RO 2). Kada se zagriju, zemnoalkalni metali se spontano zapale, dok metali srednje aktivnosti oksidiraju. Zlato i platina ne stupaju u interakciju sa kiseonikom

4Li + O 2 → 2Li 2 O;

2Na + O 2 → Na 2 O 2;

K + O 2 → KO 2;

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3;

2Cu + O 2 → 2CuO

Sa vodonikom

Alkalna reakcija reaguje na sobnoj temperaturi, dok zemnoalkalna reaguje kada se zagreje. Berilijum ne reaguje. Magnezijumu je dodatno potreban visok pritisak

Sr + H 2 → SrH 2 ;

2Na + H 2 → 2NaH;

Mg + H 2 → MgH 2

Samo aktivni metali. Litijum reaguje na sobnoj temperaturi. Ostali metali - kada se zagrevaju

6Li + N 2 → 2Li 3 N;

3Ca + N 2 → Ca 3 N 2

Sa ugljenikom

Litijum i natrijum, ostatak - kada se zagreje

4Al + 3C → Al 3 C4;

2Li+2C → Li 2 C 2

Zlato i platina nisu u interakciji

2K + S → K 2 S;

Fe + S → FeS;

Zn + S → ZnS

sa fosforom

Kada se zagreje

3Ca + 2P → Ca 3 P 2

Sa halogenima

Samo neaktivni metali ne reagiraju, bakar - kada se zagrije

Cu + Cl 2 → CuCl 2

Alkalni i neki zemnoalkalni metali. Kada se zagrije, u kiseloj ili alkalnoj sredini, metali srednje aktivnosti reagiraju

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2;

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2;

Pb + H 2 O → PbO + H 2

Sa kiselinama

Metali lijevo od vodonika. Bakar se rastvara u koncentrovanim kiselinama

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + 2H 2;

Fe + H 2 SO 4 → FeSO 4 + H 2;

Cu + 2H 2 SO 4 → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Sa alkalijama

Samo amfoterni metali

2Al + 2KOH + 6H 2 O → 2K + 3H 2

Aktivne zamjene za manje aktivne metale

3Na + AlCl 3 → 3NaCl + Al

Metali međusobno djeluju i formiraju intermetalna jedinjenja - 3Cu + Au → Cu 3 Au, 2Na + Sb → Na 2 Sb.

Aplikacija

Opšta hemijska svojstva metala se koriste za stvaranje legura, deterdženata i koriste se u katalitičkim reakcijama. Metali su prisutni u baterijama, elektronici i nosivim konstrukcijama.

Glavna područja primjene navedena su u tabeli.

Rice. 3. Bizmut.

Šta smo naučili?

Sa časa hemije u 9. razredu učili smo o osnovnim hemijskim svojstvima metala. Sposobnost interakcije sa jednostavnim i složenim supstancama određuje aktivnost metala. Što je metal aktivniji, to lakše reaguje u normalnim uslovima. Aktivni metali reagiraju s halogenima, nemetalima, vodom, kiselinama, solima. Amfoterni metali stupaju u interakciju sa alkalijama. Neaktivni metali ne reagiraju s vodom, halogenima i većinom nemetala. Ukratko pregledao područja primjene. Metali se koriste u medicini, industriji, metalurgiji i elektronici.

Tematski kviz

Report Evaluation

Prosječna ocjena: 4.4. Ukupno primljenih ocjena: 89.

Prvi materijal koji su ljudi naučili koristiti za svoje potrebe je kamen. Međutim, kasnije, kada je osoba postala svjesna svojstava metala, kamen se pomaknuo daleko unatrag. Upravo su te tvari i njihove legure postale najvažniji i glavni materijal u rukama ljudi. Od njih su se izrađivali predmeti za domaćinstvo, oruđa za rad, izgrađene prostorije. Stoga ćemo u ovom članku razmotriti šta su metali, čije su opće karakteristike, svojstva i upotreba toliko relevantni do danas. Zaista, bukvalno odmah nakon kamenog doba, uslijedila je cijela galaksija metalnih: bakra, bronze i željeza.

Metali: opšte karakteristike

Šta ujedinjuje sve predstavnike ovih jednostavnih supstanci? Naravno, ovo je struktura njihove kristalne rešetke, vrste hemijskih veza i karakteristike elektronske strukture atoma. Uostalom, otuda i karakteristična fizička svojstva koja su u osnovi upotrebe ovih materijala od strane ljudi.

Prije svega, razmotrite metale kao hemijske elemente periodnog sistema. U njemu se nalaze prilično slobodno, zauzimaju 95 ćelija od do sada poznatih 115. Postoji nekoliko karakteristika njihove lokacije u opštem sistemu:

  • Oni čine glavne podgrupe grupa I i II, kao i III, počevši od aluminijuma.
  • Sve bočne podgrupe se sastoje samo od metala.
  • Nalaze se ispod uslovne dijagonale od bora do astatina.

Na osnovu takvih podataka lako je uočiti da su nemetali sakupljeni u gornjem desnom dijelu sistema, a ostatak prostora pripada elementima koje razmatramo.

Svi oni imaju nekoliko karakteristika elektronske strukture atoma:


Opće karakteristike metala i nemetala omogućavaju identifikaciju obrazaca u njihovoj strukturi. Dakle, kristalna rešetka prvog je metalna, posebna. Njegovi čvorovi sadrže nekoliko vrsta čestica odjednom:

  • joni;
  • atomi;
  • elektrona.

Unutra se nakuplja obični oblak, nazvan elektronski plin, što objašnjava sva fizička svojstva ovih supstanci. Tip hemijske veze u metalima je sa istim imenom.

Fizička svojstva

Postoji niz parametara koji ujedinjuju sve metale. Njihove opšte karakteristike u pogledu fizičkih svojstava su sledeće.


Navedeni parametri su opšte karakteristike metala, odnosno svega što ih ujedinjuje u jednu veliku porodicu. Međutim, treba shvatiti da od svakog pravila postoje izuzeci. Štaviše, ima previše elemenata ove vrste. Dakle, unutar same porodice postoje i podjele na različite grupe, koje ćemo razmotriti u nastavku i za koje ćemo ukazati na karakteristične osobine.

Hemijska svojstva

Sa stanovišta nauke o hemiji, svi metali su redukcioni agensi. I veoma jaka. Što je manje elektrona u vanjskom nivou i što je veći atomski radijus, to je metal jači prema specificiranom parametru.

Kao rezultat, metali mogu reagirati sa:


Ovo je samo opšti pregled hemijskih svojstava. Uostalom, za svaku grupu elemenata oni su čisto individualni.

zemnoalkalni metali

Opće karakteristike zemnoalkalnih metala su sljedeće:


Dakle, zemnoalkalni metali su uobičajeni elementi s-familije, pokazuju visoku hemijsku aktivnost i jaki su redukcioni agensi i važni učesnici u biološkim procesima u organizmu.

alkalni metali

Opća karakteristika počinje njihovim imenom. Dobili su ga zbog sposobnosti da se otapa u vodi, formirajući alkalije - kaustične hidrokside. Reakcije sa vodom su veoma burne, ponekad zapaljive. Ove supstance se u prirodi ne nalaze u slobodnom obliku, jer je njihova hemijska aktivnost previsoka. Reaguju sa zrakom, vodenom parom, nemetalima, kiselinama, oksidima i solima, odnosno sa gotovo svime.

To je zbog njihove elektronske strukture. Na vanjskom nivou postoji samo jedan elektron koji oni lako odaju. Ovo su najjači redukcioni agensi, zbog čega je trebalo dosta vremena da se dobiju u čistom obliku. To je prvi uradio Hamfri Dejvi već u 18. veku elektrolizom natrijum hidroksida. Sada su svi predstavnici ove grupe minirani ovom metodom.

Opšta karakteristika alkalnih metala je takođe da oni čine prvu grupu glavne podgrupe periodnog sistema. Svi su oni važni elementi koji formiraju mnoga vrijedna prirodna jedinjenja koja koristi čovjek.

Opće karakteristike metala d- i f-familija

U ovu grupu elemenata spadaju svi oni čije oksidaciono stanje može varirati. To znači da, ovisno o uvjetima, metal može djelovati i kao oksidacijski i kao redukcijski agens. Takvi elementi imaju veliku sposobnost ulaska u reakcije. Među njima je veliki broj amfoternih supstanci.

Zajednički naziv za sve ove atome je prelazni elementi. Dobili su ga zbog činjenice da po svojim svojstvima zaista stoje, takoreći, u sredini između tipičnih metala s-familije i nemetala p-familije.

Opća karakteristika prijelaznih metala podrazumijeva označavanje njihovih sličnih svojstava. One su sljedeće:

  • veliki broj elektrona na vanjskom nivou;
  • veliki atomski radijus;
  • nekoliko stupnjeva oksidacije (od +3 do +7);
  • nalaze se na d- ili f-podnivou;
  • formiraju 4-6 velikih perioda sistema.

Kao jednostavne supstance, metali ove grupe su veoma jaki, duktilni i savitljivi, pa su od velikog industrijskog značaja.

Bočne podgrupe periodnog sistema

Opće karakteristike metala sekundarnih podgrupa potpuno se poklapaju sa onima prijelaznih. I to nije iznenađujuće, jer je, u stvari, potpuno ista stvar. Samo što bočne podgrupe sistema formiraju upravo predstavnici d- i f-familija, odnosno prelaznih metala. Stoga možemo reći da su ovi pojmovi sinonimi.

Najaktivniji i najvažniji među njima su prvi red od 10 predstavnika od skandijuma do cinka. Svi su od velikog industrijskog značaja i često se koriste od strane ljudi, posebno za topljenje.

Legure

Opće karakteristike metala i legura omogućavaju razumijevanje gdje i kako je moguće koristiti ove tvari. Ovakvi spojevi su prošli velike transformacije u posljednjih nekoliko desetljeća, jer se sve više novih aditiva otkriva i sintetizira kako bi se poboljšao njihov kvalitet.

Najpoznatije legure danas su:

  • mesing;
  • duralumin;
  • liveno gvožde;
  • čelik;
  • bronza;
  • će pobijediti;
  • nihrom i drugi.

Šta je legura? Ovo je mješavina metala dobivena topljenjem potonjih u posebnim uređajima za peći. Ovo se radi kako bi se dobio proizvod koji je superiorniji u svojstvima u odnosu na čiste supstance koje ga formiraju.

Poređenje svojstava metala i nemetala

Ako govorimo o općim svojstvima, tada će se karakteristike metala i nemetala razlikovati u jednoj vrlo značajnoj točki: za potonje se slične karakteristike ne mogu razlikovati, jer se uvelike razlikuju po svojim ispoljenim svojstvima, fizičkim i kemijskim.

Stoga je nemoguće stvoriti takvu karakteristiku za nemetale. Moguće je samo posebno razmotriti predstavnike svake grupe i opisati njihova svojstva.

Ako povučemo dijagonalu od berilija do astatina u periodnom sistemu elemenata D.I. Mendeljejeva, tada će na dijagonali dolje lijevo biti metalni elementi (oni također uključuju elemente sekundarnih podgrupa, označenih plavom bojom), a na vrhu desno - nemetalni elementi (istaknuti žutom bojom). Elementi koji se nalaze u blizini dijagonale - semimetali ili metaloidi (B, Si, Ge, Sb, itd.) imaju dvostruki karakter (istaknuti ružičastom bojom).

Kao što se može vidjeti sa slike, velika većina elemenata su metali.

Po svojoj hemijskoj prirodi, metali su hemijski elementi čiji atomi doniraju elektrone sa spoljašnjih ili pred-spoljašnjih energetskih nivoa, formirajući tako pozitivno naelektrisane ione.

Gotovo svi metali imaju relativno velike radijuse i mali broj elektrona (od 1 do 3) na vanjskom energetskom nivou. Metale karakteriziraju niske vrijednosti elektronegativnosti i redukciona svojstva.

Najtipičniji metali se nalaze na početku perioda (počevši od drugog), dalje s leva na desno, metalna svojstva slabe. U grupi od vrha do dna, metalna svojstva su poboljšana, jer se radijus atoma povećava (zbog povećanja broja energetskih nivoa). To dovodi do smanjenja elektronegativnosti (sposobnosti privlačenja elektrona) elemenata i povećanja redukcijskih svojstava (sposobnost doniranja elektrona drugim atomima u kemijskim reakcijama).

tipično metali su s-elementi (elementi IA grupe od Li do Fr. elementi PA grupe od Mg do Ra). Opća elektronska formula njihovih atoma je ns 1-2. Karakteriziraju ih oksidacijska stanja + I i + II, respektivno.

Mali broj elektrona (1-2) na vanjskom energetskom nivou tipičnih metalnih atoma sugerira da se ovi elektroni lako gube i da pokazuju snažna redukcijska svojstva, što odražava niske vrijednosti elektronegativnosti. To implicira ograničena hemijska svojstva i metode za dobijanje tipičnih metala.

Karakteristična karakteristika tipičnih metala je sklonost njihovih atoma da formiraju katione i ionske hemijske veze sa atomima nemetala. Jedinjenja tipičnih metala sa nemetalima su ionski kristali "metalni kation anion nemetala", na primjer, K + Br -, Ca 2+ O 2-. Tipični katjoni metala su također uključeni u spojeve sa kompleksnim anjonima - hidroksidi i soli, na primjer, Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-.

Metali A-grupe koji formiraju amfoternu dijagonalu u Be-Al-Ge-Sb-Po periodičnom sistemu, kao i metali koji su im susjedni (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) ne pokazuju tipično metalne svojstva. Opća elektronska formula njihovih atoma ns 2 np 0-4 podrazumijeva veću raznolikost oksidacijskih stanja, veću sposobnost zadržavanja vlastitih elektrona, postepeno smanjenje njihove redukcijske sposobnosti i pojavu oksidacijske sposobnosti, posebno u visokim oksidacijskim stanjima (tipični primjeri su spojevi Tl III, Pb IV, Bi v ). Slično hemijsko ponašanje je takođe karakteristično za većinu (d-elemenata, tj. elemenata B-grupe periodnog sistema (tipični primeri su amfoterni elementi Cr i Zn).

Ova manifestacija dualnosti (amfoternosti) svojstava, i metalnih (baznih) i nemetalnih, je zbog prirode hemijske veze. U čvrstom stanju, spojevi atipičnih metala sa nemetalima sadrže pretežno kovalentne veze (ali manje jake od veza između nemetala). U rastvoru se ove veze lako kidaju, a jedinjenja disociraju na jone (potpuno ili delimično). Na primjer, metalni galij se sastoji od molekula Ga 2, u čvrstom stanju aluminij i živi (II) hloridi AlCl 3 i HgCl 2 sadrže jake kovalentne veze, ali u otopini AlCl 3 skoro potpuno disocira, a HgCl 2 - do vrlo male (a zatim u HgCl + i Cl - jone).


Opća fizička svojstva metala

Zbog prisustva slobodnih elektrona ("elektronskog gasa") u kristalnoj rešetki, svi metali pokazuju sledeća karakteristična opšta svojstva:

1) Plastika- mogućnost lakog mijenjanja oblika, rastezanja u žicu, valjanja u tanke listove.

2) metalni sjaj i neprozirnost. To je zbog interakcije slobodnih elektrona sa svjetlošću koja pada na metal.

3) Električna provodljivost. Objašnjava se usmjerenim kretanjem slobodnih elektrona od negativnog do pozitivnog pola pod utjecajem male potencijalne razlike. Kada se zagrije, električna provodljivost se smanjuje, jer. kako temperatura raste, povećavaju se vibracije atoma i jona u čvorovima kristalne rešetke, što otežava usmjereno kretanje "elektronskog plina".

4) Toplotna provodljivost. To je zbog velike pokretljivosti slobodnih elektrona, zbog čega se temperatura brzo izjednačava masom metala. Najveću toplotnu provodljivost imaju bizmut i živa.

5) Tvrdoća. Najtvrđi je hrom (seče staklo); najmekši - alkalni metali - kalijum, natrijum, rubidijum i cezijum - seku se nožem.

6) Gustina.Što je manji, to je manja atomska masa metala i veći radijus atoma. Najlakši je litijum (ρ=0,53 g/cm3); najteži je osmijum (ρ=22,6 g/cm3). Metali čija je gustina manja od 5 g/cm3 smatraju se "lakim metalima".

7) Tačke topljenja i ključanja. Najtopljiviji metal je živa (m.p. = -39°C), najvatrostalniji metal je volfram (t°m. = 3390°C). Metali sa t°pl. iznad 1000°C smatraju se vatrostalnim, ispod - niske tačke topljenja.

Opća hemijska svojstva metala

Jaki redukcioni agensi: Me 0 – nē → Me n +

Brojni naponi karakteriziraju uporednu aktivnost metala u redoks reakcijama u vodenim otopinama.

I. Reakcije metala sa nemetalima

1) Sa kiseonikom:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Sa sumporom:
Hg + S → HgS

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

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

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

6) Sa vodonikom (reaguju samo alkalni i zemnoalkalni metali):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Reakcije metala sa kiselinama

1) Metali koji stoje u elektrohemijskom nizu napona do H reduciraju neoksidirajuće kiseline u vodonik:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) Sa oksidirajućim kiselinama:

U interakciji dušične kiseline bilo koje koncentracije i koncentrirane sumporne kiseline s metalima vodonik se nikada ne oslobađa!

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

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

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

2H 2 SO 4 (c) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (c) + Su → Su (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Interakcija metala sa vodom

1) Aktivni (alkalni i zemnoalkalni metali) formiraju rastvorljivu bazu (alkaliju) i vodonik:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) Metali srednje aktivnosti oksidiraju se vodom kada se zagriju u oksid:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Neaktivan (Au, Ag, Pt) - ne reaguje.

IV. Zamjena aktivnijim metalima manje aktivnih metala iz otopina njihovih soli:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

U industriji se često ne koriste čisti metali, već njihove mješavine - legure u kojoj su korisna svojstva jednog metala dopunjena korisnim svojstvima drugog. Dakle, bakar ima malu tvrdoću i malo je upotrebljiv za izradu mašinskih delova, dok legure bakra sa cinkom ( mesing) su već prilično tvrdi i naširoko se koriste u mašinstvu. Aluminijum ima visoku duktilnost i dovoljnu lakoću (mala gustina), ali je previše mekan. Na njegovoj osnovi priprema se legura s magnezijem, bakrom i manganom - duralumin (duralumin), koja, bez gubitka korisnih svojstava aluminija, poprima visoku tvrdoću i postaje prikladna u zrakoplovnoj industriji. Legure željeza sa ugljikom (i dodacima drugih metala) su nadaleko poznate liveno gvožde i čelika.

Metali u slobodnom obliku su redukcioni agensi. Međutim, reaktivnost nekih metala je niska zbog činjenice da su prekriveni površinski oksidni film, u različitom stepenu otporan na dejstvo hemijskih reagensa kao što su voda, rastvori kiselina i alkalija.

Na primjer, olovo je uvijek prekriveno oksidnim filmom; njegov prijelaz u otopinu zahtijeva ne samo izlaganje reagensu (na primjer, razrijeđenu dušičnu kiselinu), već i zagrijavanje. Oksidni film na aluminiju sprječava njegovu reakciju s vodom, ali se uništava pod djelovanjem kiselina i lužina. Labav oksidni film (rđa), formiran na površini gvožđa u vlažnom vazduhu, ne ometa dalju oksidaciju gvožđa.

Pod uticajem koncentrirano kiseline se formiraju na metalima održivo oksidni film. Ovaj fenomen se zove pasivizacija. Dakle, koncentrisano sumporna kiselina pasivizirani (i tada ne reaguju sa kiselinom) metali kao što su Be, Bi, Co, Fe, Mg i Nb, au koncentrovanoj azotnoj kiselini - metali A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th i U.

U interakciji sa oksidantima u kiselim rastvorima, većina metala se pretvara u katjone, čiji je naboj određen stabilnim oksidacionim stanjem datog elementa u jedinjenjima (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ i Fe 3 +)

Redukciona aktivnost metala u kiseloj otopini prenosi se nizom naprezanja. Većina metala se pretvara u rastvor sa hlorovodoničnom i razblaženom sumpornom kiselinom, ali Cu, Ag i Hg - samo sa sumpornom (koncentrovanom) i azotnom kiselinom, a Pt i Au - sa "carskom vodom".

Korozija metala

Nepoželjno hemijsko svojstvo metala je njihovo, odnosno aktivno uništavanje (oksidacija) u kontaktu sa vodom i pod uticajem kiseonika otopljenog u njoj. (kiseonička korozija). Na primjer, nadaleko je poznata korozija proizvoda od željeza u vodi, zbog čega nastaje rđa, a proizvodi se raspadaju u prah.

Korozija metala se odvija iu vodi zbog prisustva rastvorenih gasova CO2 i SO2; stvara se kiselo okruženje, a H+ kationi se istiskuju aktivnim metalima u obliku vodonika H 2 ( vodonična korozija).

Tačka kontakta između dva različita metala može biti posebno korozivna ( kontaktna korozija). Između jednog metala, kao što je Fe, i drugog metala, poput Sn ili Cu, stavljenog u vodu, pojavljuje se galvanski par. Protok elektrona ide od aktivnijeg metala, koji je lijevo u nizu napona (Re), do manje aktivnog metala (Sn, Cu), a aktivniji metal se razara (korodira).

Upravo zbog toga kalajisana površina limenki (kalajisano gvožđe) hrđa kada se skladišti u vlažnoj atmosferi i kada se nepažljivo rukuje (gvožđe se brzo sruši nakon što se pojavi i mala ogrebotina, što omogućava kontakt gvožđa sa vlagom). Naprotiv, pocinčana površina željezne kante ne hrđa dugo, jer čak i ako ima ogrebotina, ne korodira željezo, već cink (aktivniji metal od željeza).

Otpornost na koroziju za dati metal je poboljšana kada je premazan aktivnijim metalom ili kada su staljeni; na primjer, premazivanje gvožđa hromom ili pravljenje legure gvožđa sa hromom eliminiše koroziju gvožđa. Hromirano željezo i čelik koji sadrže krom ( nehrđajući čelik) imaju visoku otpornost na koroziju.

elektrometalurgija, odnosno dobijanje metala elektrolizom taline (za najaktivnije metale) ili rastvora soli;

pirometalurgija, odnosno izvlačenje metala iz ruda na visokoj temperaturi (na primjer, proizvodnja željeza u procesu visoke peći);

hidrometalurgija izolacija metala iz otopina njihovih soli aktivnijim metalima (na primjer, proizvodnja bakra iz otopine CuSO 4 djelovanjem cinka, željeza ili aluminija).

Prirodni metali se ponekad nalaze u prirodi (tipični primjeri su Ag, Au, Pt, Hg), ali češće su metali u obliku jedinjenja ( metalne rude). Po zastupljenosti u zemljinoj kori metali se razlikuju: od najčešćih - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) do najrjeđih - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.


Restorativna svojstva- Ovo su glavna hemijska svojstva karakteristična za sve metale. Oni se manifestiraju u interakciji sa širokim spektrom oksidansa, uključujući oksidanse iz okoline. Općenito, interakcija metala s oksidacijskim agensima može se izraziti shemom:

Me + Oksidizator" Ja(+X),

Gdje je (+X) pozitivno oksidacijsko stanje Me.

Primjeri oksidacije metala.

Fe + O 2 → Fe (+3) 4Fe + 3O 2 \u003d 2 Fe 2 O 3

Ti + I 2 → Ti(+4) Ti + 2I 2 = TiI 4

Zn + H + → Zn(+2) Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2

  • Serija aktivnosti metala

    Redukciona svojstva metala se međusobno razlikuju. Potencijali elektroda E koriste se kao kvantitativna karakteristika redukcijskih svojstava metala.

    Što je metal aktivniji, to je negativniji njegov standardni potencijal elektrode E o.

    Metali poredani u nizu kako se njihova oksidativna aktivnost smanjuje formiraju niz aktivnosti.

    Serija aktivnosti metala

    Ja Li K Ca N / A mg Al Mn Zn Cr Fe Ni lok Pb H2 Cu Ag Au
    Mez+ Li+ K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al 3+ Mn2+ Zn2+ Cr3+ Fe2+ Ni2+ sn 2+ Pb 2+ H+ Cu2+ Ag+ Au 3+
    E o, B -3,0 -2,9 -2,87 -2,71 -2,36 -1,66 -1,18 -0,76 -0,74 -0,44 -0,25 -0,14 -0,13 0 +0,34 +0,80 +1,50
    Metal sa negativnijom Eo vrijednošću može reducirati metalni kation s pozitivnijim potencijalom elektrode.

    Redukcija metala iz rastvora njegove soli drugim metalom sa većom redukcijom naziva se cementacija.. Cementacija se koristi u metalurškim tehnologijama.

    Konkretno, Cd se dobija redukovanjem iz rastvora njegove soli sa cinkom.

    Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

  • 3.3. 1. Interakcija metala sa kiseonikom

    Kiseonik je jako oksidaciono sredstvo. Može oksidirati veliku većinu metala osimAuiPt . Metali u zraku dolaze u kontakt s kisikom, stoga se pri proučavanju kemije metala uvijek obraća pažnja na karakteristike interakcije metala s kisikom.

    Svi znaju da je željezo u vlažnom zraku prekriveno hrđom - hidratiziranim željeznim oksidom. Ali mnogi metali u kompaktnom stanju na ne previsokoj temperaturi pokazuju otpornost na oksidaciju, jer na svojoj površini stvaraju tanke zaštitne filmove. Ovi filmovi oksidacionih proizvoda ne dozvoljavaju oksidacionom sredstvu da dođe u kontakt sa metalom. Fenomen stvaranja zaštitnih slojeva na površini metala koji sprečavaju oksidaciju metala naziva se pasivizacija metala.

    Povećanje temperature potiče oksidaciju metala kisikom. Aktivnost metala se povećava u fino usitnjenom stanju. Većina metala u prahu gori u kiseoniku.

  • s-metali

    Prikazana je najveća restauratorska aktivnosts-metali. Metali Na, K, Rb Cs su sposobni da se zapale na vazduhu, a skladište se u zatvorenim posudama ili ispod sloja kerozina. Be i Mg se pasiviraju na niskim temperaturama u vazduhu. Ali kada se zapali, Mg traka gori blistavim plamenom.

    MetaliIIA-podgrupe i Li, u interakciji sa kiseonikom, formiraju okside.

    2Ca + O 2 \u003d 2CaO

    4 Li + O 2 \u003d 2 Li 2 O

    Alkalni metali, osimLi, u interakciji s kisikom ne stvaraju okside, već peroksideJa 2 O 2 i superoksidiMeO 2 .

    2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

    K + O 2 = KO 2

  • p-metali

    Metali u vlasništvustr- do bloka na zraku su pasivizirani.

    Prilikom izgaranja u kiseoniku

    • Metali IIIA podgrupe formiraju okside tipa Ja 2 O 3,
    • Sn se oksidira u SNO 2 , i Pb - do PbO
    • Bi ide u Bi 2 O 3.
  • d-metali

    Sved- metali iz perioda 4 se oksidiraju kiseonikom. Sc, Mn, Fe se najlakše oksidiraju. Posebno otporan na Ti, V, Cr koroziju.

    Pri sagorevanju u kiseoniku od svegad

    Pri sagorevanju u kiseoniku od svegad- elementi 4. perioda, samo skandij, titanijum i vanadijum formiraju okside u kojima je Me u najvećem oksidacionom stanju, jednak broju grupe. Preostali d-metali 4. perioda, kada se sagore u kiseoniku, formiraju okside u kojima je Me u srednjim, ali stabilnim oksidacionim stanjima.

    Vrste oksida koje formiraju d-metali u 4 perioda tokom sagorevanja u kiseoniku:

    • Meo oblik Zn, Cu, Ni, Co. (pri T>1000oS Cu formira Cu 2 O),
    • Ja 2 O 3, oblik Cr, Fe i Sc,
    • MeO 2 - Mn i Ti
    • V formira najviši oksid - V 2 O 5 .
    d-metali 5. i 6. perioda, osim Y, La, više od svih drugih metala otporni su na oksidaciju. Ne reagovati sa kiseonikom Au, Pt .

    Pri sagorevanju u kiseonikud-metali 5 i 6 perioda po pravilu formiraju više okside, izuzeci su metali Ag, Pd, Rh, Ru.

    Vrste oksida formiranih od d-metala od 5 i 6 perioda tokom sagorevanja u kiseoniku:

    • Ja 2 O 3- oblik Y, La; Rh;
    • MeO 2- Zr, Hf; Ir:
    • Ja 2 O 5- Nb, Ta;
    • MeO 3- Mo, W
    • Ja 2 O 7- Tc, Re
    • Meo 4 - Os
    • MeO- Cd, Hg, Pd;
    • Ja 2 O- Ag;
  • Interakcija metala sa kiselinama

    U kiselim rastvorima, vodikov kation je oksidaciono sredstvo.. H + kation može oksidirati metale u nizu aktivnosti u vodonik, tj. imaju negativne potencijale elektrode.

    Mnogi metali, kada se oksidiraju, u kiselim vodenim otopinama, mnogi se pretvaraju u kationeMez + .

    Anioni brojnih kiselina mogu pokazati oksidirajuća svojstva koja su jača od H+. Takvi oksidanti uključuju anione i najčešće kiseline H 2 SO 4 iHNO 3 .

    Anioni NO 3 - pokazuju oksidirajuća svojstva pri bilo kojoj koncentraciji u otopini, ali produkti redukcije ovise o koncentraciji kiseline i prirodi oksidiranog metala.

    Anjoni SO 4 2- pokazuju oksidirajuća svojstva samo u koncentrovanom H 2 SO 4 .

    Proizvodi za redukciju oksidatora: H + , NO 3 - , SO 4 2 -

    2H + + 2e - =H 2

    SO 4 2- iz koncentrisanog H 2 SO 4 SO 4 2- + 2e - + 4 H + = SO 2 + 2 H 2 O

    (moguće i formiranje S, H 2 S)

    NO 3 - iz koncentrisanog HNO 3 NE 3 - + e - +2H+= NO 2 + H 2 O
    NO 3 - iz razrijeđenog HNO 3 NE 3 - + 3e - +4H+=NO + 2H 2 O

    (Takođe je moguće formirati N 2 O, N 2, NH 4 +)

    Primjeri reakcija interakcije metala sa kiselinama

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

    8Al + 15H 2 SO 4 (c.) "4Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 S + 12H 2 O

    3Ni + 8HNO 3 (deb.) " 3Ni(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

    Cu + 4HNO 3 (c.) "Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

  • Proizvodi oksidacije metala u kiselim otopinama

    Alkalni metali formiraju kation tipa Me +, s-metali druge grupe formiraju katione Ja 2+.

    P-blok metali, kada se rastvore u kiselinama, formiraju katione navedene u tabeli.

    Metali Pb i Bi se otapaju samo u azotnoj kiselini.

    Ja Al Ga U Tl lok Pb Bi
    Mez+ Al 3+ Ga3+ U 3+ Tl + sn 2+ Pb 2+ Bi 3+
    Eo, B -1,68 -0,55 -0,34 -0,34 -0,14 -0,13 +0,317

    Svi d-metali 4 perioda osim Cu , mogu se oksidirati jonimaH+ u kiselim rastvorima.

    Vrste kationa formiranih od d-metala 4 perioda:

    • Ja 2+(formiraju d-metale u rasponu od Mn do Cu)
    • ja 3+ ( formiraju Sc, Ti, V, Cr i Fe u azotnoj kiselini).
    • Ti i V takođe formiraju katione MeO 2+
    d-elementi perioda 5 i 6 su otporniji na oksidaciju od 4d- metali.

    U kiselim rastvorima H + može oksidirati: Y, La, Cd.

    U HNO 3 može rastvoriti: Cd, Hg, Ag. Vrući HNO 3 otapa Pd, Tc, Re.

    U vrućem H 2 SO 4 rastvoriti: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg.

    Metali: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W se obično rastvaraju u mješavini HNO 3 + HF.

    U carskoj vodici (mješavine HNO 3 + HCl) Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au i Os se teško mogu rastvoriti). Razlog rastvaranja metala u aqua regia ili u mješavini HNO 3 + HF je stvaranje kompleksnih spojeva.

    Primjer. Otapanje zlata u aqua regia postaje moguće zbog formiranja kompleksa -

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

  • Interakcija metala sa vodom

    Oksidirajuća svojstva vode su posljedica H(+1).

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

    Pošto je koncentracija H+ u vodi niska, njena oksidaciona svojstva su niska. Metali se mogu rastvoriti u vodi E< - 0,413 B. Число металлов, удовлетворяющих этому условию, значительно больше, чем число металлов, реально растворяющихся в воде. Причиной этого является образование на поверхности большинства металлов плотного слоя оксида, нерастворимого в воде. Если оксиды и гидроксиды металла растворимы в воде, то этого препятствия нет, поэтому щелочные и щелочноземельные металлы энергично растворяются в воде. Sves- metali, osim Be i Mg lako rastvorljiv u vodi.

    2 N / A + 2 HOH = H 2 + 2 Oh -

    Na reaguje snažno sa vodom, oslobađajući toplotu. Emitovani H 2 može se zapaliti.

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

    Mg se rastvara samo u kipućoj vodi, Be je zaštićen od oksidacije inertnim nerastvorljivim oksidom

    p-blok metali su manje moćni redukcioni agensi ods.

    Među p-metalima, redukciona aktivnost je veća za metale IIIA podgrupe, Sn i Pb su slabi redukcioni agensi, Bi ima Eo > 0.

    p-metali se ne rastvaraju u vodi u normalnim uslovima. Kada se zaštitni oksid otopi sa površine u alkalnim otopinama, Al, Ga i Sn se oksidiraju vodom.

    Među d-metalima, oni se oksidiraju vodom kada se zagreju Sc i Mn, La, Y. Gvožđe reaguje sa vodenom parom.

  • Interakcija metala sa alkalnim rastvorima

    U alkalnim rastvorima voda deluje kao oksidaciono sredstvo..

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

    Oksidirajuća svojstva vode opadaju s povećanjem pH, zbog smanjenja koncentracije H+. Kako god, neki metali koji se ne otapaju u vodi otapaju se u alkalnim rastvorima, na primjer, Al, Zn i neki drugi. Glavni razlog za rastvaranje takvih metala u alkalnim rastvorima je taj što su oksidi i hidroksidi ovih metala amfoterni i rastvaraju se u lužini, eliminišući barijeru između oksidacionog agensa i redukcionog agensa.

    Primjer. Otapanje Al u rastvoru NaOH.

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