Proprietățile chimice ale metalelor simple. Proprietăți fizice și chimice generale ale metalelor

Metalele sunt agenți reducători activi cu o stare de oxidare pozitivă. Datorită proprietăților lor chimice, metalele sunt utilizate pe scară largă în industrie, metalurgie, medicină și construcții.

Activitatea metalelor

În reacții, atomii de metal donează electroni de valență și sunt oxidați. Cu cât un atom de metal are mai multe niveluri de energie și mai puțini electroni, cu atât îi este mai ușor să doneze electroni și să intre în reacții. Prin urmare, proprietățile metalice cresc de sus în jos și de la dreapta la stânga în tabelul periodic.

Orez. 1. Modificarea proprietăților metalice în tabelul periodic.

Activitatea substanţelor simple este prezentată în seria electrochimică a tensiunilor metalice. În stânga hidrogenului sunt metale active (activitatea crește spre marginea stângă), în dreapta - inactive.

Cele mai active sunt metalele alcaline, care se află în grupa I a tabelului periodic și sunt la stânga hidrogenului în seria electrochimică a tensiunilor. Ele reacționează cu multe substanțe deja la temperatura camerei. Ele sunt urmate de metalele alcalino-pământoase, care sunt incluse în grupa II. Ele reacționează cu majoritatea substanțelor atunci când sunt încălzite. Metalele care se află în seria electrochimică de la aluminiu la hidrogen (activitate medie) necesită condiții suplimentare pentru a intra în reacții.

Orez. 2. Serii electrochimice de tensiuni ale metalelor.

Unele metale prezintă proprietăți amfotere sau dualitate. Metalele, oxizii și hidroxizii lor reacţionează cu acizii și bazele. Majoritatea metalelor reacţionează doar cu anumiţi acizi pentru a înlocui hidrogenul şi a forma o sare. Cele mai pronunțate proprietăți duale arată:

  • aluminiu;
  • conduce;
  • zinc;
  • fier;
  • cupru;
  • beriliu;
  • crom.

Fiecare metal este capabil să înlocuiască un alt metal la dreapta lui în seria electrochimică din săruri. Metalele din stânga hidrogenului îl înlocuiesc din acizii diluați.

Proprietăți

Caracteristicile interacțiunii metalelor cu diferite substanțe sunt prezentate în tabelul cu proprietățile chimice ale metalelor.

Reacţie

Particularități

Ecuația

Cu oxigen

Majoritatea metalelor formează pelicule de oxid. Metalele alcaline se aprind spontan în prezența oxigenului. În acest caz, sodiul formează peroxid (Na 2 O 2), metalele rămase din grupa I sunt superoxizi (RO 2). Când sunt încălzite, metalele alcalino-pământoase se aprind spontan, în timp ce metalele cu activitate medie se oxidează. Aurul și platina nu interacționează cu oxigenul

4Li + O2 → 2Li2O;

2Na + O2 → Na2O2;

K + O 2 → KO 2;

4Al + 3O2 → 2Al2O3;

2Cu + O 2 → 2CuO

Cu hidrogen

Alcalinul reacționează la temperatura camerei, în timp ce alcalino-pământos reacționează atunci când este încălzit. Beriliul nu reacționează. În plus, magneziul are nevoie de presiune ridicată

Sr + H2 → SrH2;

2Na + H2 → 2NaH;

Mg + H2 → MgH2

Doar metale active. Litiul reacţionează la temperatura camerei. Alte metale - atunci când sunt încălzite

6Li + N2 → 2Li3N;

3Ca + N 2 → Ca 3 N 2

Cu carbon

Litiu și sodiu, restul - când sunt încălzite

4Al + 3C → Al3C4;

2Li+2C → Li 2C 2

Aurul și platina nu interacționează

2K + S → K2S;

Fe + S → FeS;

Zn + S → ZnS

cu fosfor

Când este încălzit

3Ca + 2P → Ca 3 P 2

Cu halogeni

Numai metalele inactive nu reacţionează, cuprul - când este încălzit

Cu + Cl 2 → CuCl 2

Alcaline și unele metale alcalino-pământoase. Când sunt încălzite, într-un mediu acid sau alcalin, metalele cu activitate medie reacţionează

2Na + 2H20 → 2NaOH + H2;

Ca + 2H20 → Ca (OH)2 + H2;

Pb + H2O → PbO + H2

Cu acizi

Metalele la stânga hidrogenului. Cuprul se dizolvă în acizi concentrați

Zn + 2HCI → ZnCI2 + 2H2;

Fe + H2S04 → FeS04 + H2;

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

Cu alcalii

Doar metale amfotere

2Al + 2KOH + 6H2O → 2K + 3H2

Înlocuitori activi pentru metalele mai puțin active

3Na + AlCl3 → 3NaCl + Al

Metalele interacționează între ele și formează compuși intermetalici - 3Cu + Au → Cu 3 Au, 2Na + Sb → Na 2 Sb.

Aplicație

Proprietățile chimice generale ale metalelor sunt folosite pentru a crea aliaje, detergenți și sunt utilizate în reacții catalitice. Metalele sunt prezente în baterii, electronice și structuri portante.

Principalele domenii de aplicare sunt indicate în tabel.

Orez. 3. Bismut.

Ce am învățat?

De la lecția de chimie de clasa a IX-a am învățat despre proprietățile chimice de bază ale metalelor. Capacitatea de a interacționa cu substanțe simple și complexe determină activitatea metalelor. Cu cât metalul este mai activ, cu atât reacționează mai ușor în condiții normale. Metalele active reacţionează cu halogeni, nemetale, apă, acizi, săruri. Metalele amfotere interacționează cu alcalii. Metalele inactive nu reacţionează cu apa, halogenii şi majoritatea nemetalelor. Am analizat pe scurt domeniile de aplicare. Metalele sunt folosite în medicină, industrie, metalurgie și electronică.

Test cu subiecte

Raport de evaluare

Rata medie: 4.4. Evaluări totale primite: 89.

Primul material pe care oamenii au învățat să-l folosească pentru nevoile lor este piatra. Cu toate acestea, mai târziu, când o persoană a devenit conștientă de proprietățile metalelor, piatra sa mutat mult înapoi. Aceste substanțe și aliajele lor au devenit cel mai important și principal material în mâinile oamenilor. Din ele s-au făcut obiecte de uz casnic, unelte de muncă, au fost construite spații. Prin urmare, în acest articol vom lua în considerare ce sunt metalele, ale căror caracteristici generale, proprietăți și utilizare sunt atât de relevante până în prezent. Într-adevăr, imediat după epoca de piatră, a urmat o întreagă galaxie de metale: cupru, bronz și fier.

Metale: caracteristici generale

Ce îi unește pe toți reprezentanții acestor substanțe simple? Desigur, aceasta este structura rețelei lor cristaline, tipurile de legături chimice și caracteristicile structurii electronice a atomului. La urma urmei, de aici și proprietățile fizice caracteristice care stau la baza utilizării acestor materiale de către oameni.

În primul rând, luați în considerare metalele ca elemente chimice ale sistemului periodic. În ea, ele sunt localizate destul de liber, ocupând 95 de celule din cele 115 cunoscute astăzi. Există mai multe caracteristici ale locației lor în sistemul general:

  • Ele formează principalele subgrupe ale grupelor I și II, precum și III, începând cu aluminiu.
  • Toate subgrupurile laterale constau numai din metale.
  • Ele sunt situate sub diagonala condiționată de la bor la astatin.

Pe baza unor astfel de date, este ușor de observat că nemetalele sunt colectate în partea dreaptă sus a sistemului, iar restul spațiului aparține elementelor pe care le luăm în considerare.

Toate au mai multe caracteristici ale structurii electronice a atomului:


Caracteristicile generale ale metalelor și nemetalelor fac posibilă identificarea modelelor în structura lor. Deci, rețeaua cristalină a primei este metalică, deosebită. Nodurile sale conțin mai multe tipuri de particule simultan:

  • ioni;
  • atomi;
  • electroni.

În interior se acumulează un nor comun, numit gaz de electroni, ceea ce explică toate proprietățile fizice ale acestor substanțe. Tipul de legătură chimică din metale este cu același nume cu ele.

Proprietăți fizice

Există o serie de parametri care unesc toate metalele. Caracteristicile lor generale în ceea ce privește proprietățile fizice sunt următoarele.


Parametrii enumerați sunt caracteristicile generale ale metalelor, adică tot ceea ce le unește într-o singură familie mare. Cu toate acestea, trebuie înțeles că există excepții de la fiecare regulă. Mai mult, sunt prea multe elemente de acest fel. Prin urmare, în cadrul familiei în sine există și împărțiri în diferite grupuri, pe care le vom analiza mai jos și pentru care vom indica trăsăturile caracteristice.

Proprietăți chimice

Din punctul de vedere al științei chimiei, toate metalele sunt agenți reducători. Și, foarte puternic. Cu cât sunt mai puțini electroni la nivelul exterior și cu cât raza atomică este mai mare, cu atât metalul este mai puternic conform parametrului specificat.

Ca urmare, metalele sunt capabile să reacționeze cu:


Aceasta este doar o prezentare generală a proprietăților chimice. La urma urmei, pentru fiecare grup de elemente sunt pur individuale.

metale alcalino-pământoase

Caracteristicile generale ale metalelor alcalino-pământoase sunt următoarele:


Astfel, metalele alcalino-pământoase sunt elemente comune ale familiei s, prezentând activitate chimică ridicată și sunt agenți reducători puternici și participanți importanți la procesele biologice din organism.

Metale alcaline

Caracteristica generală începe cu numele lor. L-au primit pentru capacitatea de a se dizolva în apă, formând alcali - hidroxizi caustici. Reacțiile cu apa sunt foarte violente, uneori inflamabile. Aceste substanțe nu se găsesc în formă liberă în natură, deoarece activitatea lor chimică este prea mare. Reacţionează cu aerul, vaporii de apă, nemetalele, acizii, oxizii şi sărurile, adică cu aproape orice.

Acest lucru se datorează structurii lor electronice. La nivelul exterior, există un singur electron, pe care îl cedează cu ușurință. Aceștia sunt cei mai puternici agenți reducători, motiv pentru care a fost nevoie de destul de mult timp pentru a le obține în forma lor pură. Acest lucru a fost făcut pentru prima dată de Humphrey Davy deja în secolul al XVIII-lea prin electroliza hidroxidului de sodiu. Acum toți reprezentanții acestui grup sunt extrași folosind această metodă.

Caracteristica generală a metalelor alcaline este, de asemenea, că ele constituie primul grup al subgrupului principal al sistemului periodic. Toate acestea sunt elemente importante care formează mulți compuși naturali valoroși folosiți de om.

Caracteristicile generale ale metalelor din familiile d și f

Acest grup de elemente include toate cele a căror stare de oxidare poate varia. Aceasta înseamnă că, în funcție de condiții, metalul poate acționa atât ca agent oxidant, cât și ca agent reducător. Astfel de elemente au o mare capacitate de a intra în reacții. Printre acestea se numără un număr mare de substanțe amfotere.

Numele comun pentru toți acești atomi este elemente de tranziție. Au primit-o pentru faptul că, în ceea ce privește proprietățile lor, se situează într-adevăr, parcă, la mijloc, între metalele tipice din familia s și nemetale din familia p.

Caracteristica generală a metalelor de tranziție implică desemnarea proprietăților lor similare. Acestea sunt următoarele:

  • un număr mare de electroni la nivelul exterior;
  • rază atomică mare;
  • mai multe grade de oxidare (de la +3 la +7);
  • sunt la subnivelul d sau f;
  • formează 4-6 perioade mari ale sistemului.

Ca substanțe simple, metalele din acest grup sunt foarte puternice, ductile și maleabile, de aceea au o importanță industrială deosebită.

Subgrupuri laterale ale sistemului periodic

Caracteristicile generale ale metalelor subgrupurilor secundare coincid complet cu cele ale celor tranzitorii. Și acest lucru nu este surprinzător, pentru că, de fapt, este exact același lucru. Doar că subgrupurile laterale ale sistemului sunt formate tocmai din reprezentanți ai familiilor d și f, adică metale de tranziție. Prin urmare, putem spune că aceste concepte sunt sinonime.

Cei mai activi și importanți dintre ei sunt primul rând de 10 reprezentanți de la scandiu la zinc. Toate sunt de mare importanță industrială și sunt adesea folosite de om, în special pentru topire.

Aliaje

Caracteristicile generale ale metalelor și aliajelor fac posibilă înțelegerea unde și cum este posibilă utilizarea acestor substanțe. Astfel de compuși au suferit mari transformări în ultimele decenii, deoarece se descoperă și sintetizează din ce în ce mai mulți aditivi noi pentru a le îmbunătăți calitatea.

Cele mai cunoscute aliaje de astăzi sunt:

  • alamă;
  • duraluminiu;
  • fontă;
  • oţel;
  • bronz;
  • vom castiga;
  • nicrom și altele.

Ce este un aliaj? Acesta este un amestec de metale obținut prin topirea acestora din urmă în dispozitive speciale de cuptor. Acest lucru se face pentru a obține un produs cu proprietăți superioare substanțelor pure care îl formează.

Compararea proprietăților metalelor și nemetalelor

Dacă vorbim despre proprietăți generale, atunci caracteristicile metalelor și nemetalelor vor diferi într-un punct foarte semnificativ: pentru acestea din urmă, caracteristicile similare nu pot fi distinse, deoarece diferă foarte mult în proprietățile lor manifestate, atât fizice, cât și chimice.

Prin urmare, este imposibil să se creeze o astfel de caracteristică pentru nemetale. Este posibil doar să luați în considerare separat reprezentanții fiecărui grup și să le descrieți proprietățile.

Dacă desenăm o diagonală de la beriliu la astatin în tabelul periodic al elementelor lui D.I. Mendeleev, atunci vor exista elemente metalice pe diagonala din stânga jos (include și elemente ale subgrupurilor secundare, evidențiate cu albastru), și în partea de sus. dreapta - elemente nemetalice (evidențiate cu galben). Elementele situate în apropierea diagonalei - semimetale sau metaloizi (B, Si, Ge, Sb etc.) au caracter dual (evidențiate cu roz).

După cum se poate observa din figură, marea majoritate a elementelor sunt metale.

Prin natura lor chimică, metalele sunt elemente chimice ai căror atomi donează electroni de la nivelurile energetice exterioare sau pre-exterioare, formând astfel ioni încărcați pozitiv.

Aproape toate metalele au raze relativ mari și un număr mic de electroni (de la 1 la 3) la nivelul energiei externe. Metalele se caracterizează prin valori scăzute de electronegativitate și proprietăți reducătoare.

Cele mai tipice metale sunt situate la începutul perioadelor (începând din a doua), mai departe de la stânga la dreapta, proprietățile metalice slăbesc. Într-un grup de sus în jos, proprietățile metalice sunt îmbunătățite, deoarece raza atomilor crește (datorită creșterii numărului de niveluri de energie). Aceasta duce la o scădere a electronegativității (capacitatea de a atrage electroni) a elementelor și o creștere a proprietăților reducătoare (capacitatea de a dona electroni altor atomi în reacții chimice).

tipic metalele sunt elemente s (elemente ale grupului IA de la Li la Fr. elemente ale grupului PA de la Mg la Ra). Formula electronică generală a atomilor lor este ns 1-2. Ele sunt caracterizate prin stări de oxidare + I și, respectiv, + II.

Numărul mic de electroni (1-2) din nivelul energetic exterior al atomilor tipici de metal sugerează pierderea ușoară a acestor electroni și manifestarea unor proprietăți reducătoare puternice, care reflectă valori scăzute de electronegativitate. Aceasta implică proprietățile chimice limitate și metodele de obținere a metalelor tipice.

O trăsătură caracteristică a metalelor tipice este tendința atomilor lor de a forma cationi și legături chimice ionice cu atomii nemetalici. Compușii metalelor tipice cu nemetale sunt cristale ionice „anion cation metalic al nemetal”, de exemplu, K + Br -, Ca 2 + O 2-. Cationii metalici tipici sunt de asemenea incluși în compușii cu anioni complecși - hidroxizi și săruri, de exemplu, Mg2+ (OH-)2, (Li +)2CO32-.

Metalele din grupul A care formează diagonala amfoteră în tabelul periodic Be-Al-Ge-Sb-Po, precum și metalele adiacente acestora (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) nu prezintă proprietăți tipic metalice . Formula electronică generală a atomilor lor ns 2 np 0-4 implică o varietate mai mare de stări de oxidare, o capacitate mai mare de reținere a propriilor electroni, o scădere treptată a capacității lor reducătoare și apariția unei capacități de oxidare, în special în stările de oxidare ridicată (exemple tipice sunt compușii Tl III, Pb IV, Bi v ). Un comportament chimic similar este, de asemenea, caracteristic pentru majoritatea (elementele d, adică elementele grupurilor B din Tabelul Periodic (exemplele tipice sunt elementele amfotere Cr și Zn).

Această manifestare a proprietăților dualității (amfotere), atât metalice (de bază), cât și nemetalice, se datorează naturii legăturii chimice. În stare solidă, compușii metalelor atipice cu nemetale conțin predominant legături covalente (dar mai puțin puternice decât legăturile dintre nemetale). În soluție, aceste legături se rup ușor, iar compușii se disociază în ioni (complet sau parțial). De exemplu, galiu metal constă din molecule Ga 2, în stare solidă clorurile de aluminiu și mercur (II) AlCl 3 și HgCl 2 conțin legături puternic covalente, dar într-o soluție AlCl 3 se disociază aproape complet, iar HgCl 2 - la o cantitate foarte mică măsura (și chiar și atunci în ioni HgCl + și Cl -).


Proprietățile fizice generale ale metalelor

Datorită prezenței electronilor liberi ("gazul de electroni") în rețeaua cristalină, toate metalele prezintă următoarele proprietăți generale caracteristice:

1) Plastic- capacitatea de a schimba cu ușurință forma, de a se întinde într-un fir, de a se rula în foi subțiri.

2) luciu metalicși opacitate. Acest lucru se datorează interacțiunii electronilor liberi cu lumina incidentă pe metal.

3) Conductivitate electrică. Se explică prin mișcarea direcționată a electronilor liberi de la polul negativ la cel pozitiv sub influența unei mici diferențe de potențial. La încălzire, conductivitatea electrică scade, deoarece. pe măsură ce temperatura crește, vibrațiile atomilor și ionilor din nodurile rețelei cristaline cresc, ceea ce îngreunează mișcarea direcționată a „gazului de electroni”.

4) Conductivitate termică. Se datorează mobilității mari a electronilor liberi, datorită căreia temperatura este egalată rapid de masa metalului. Cea mai mare conductivitate termică este în bismut și mercur.

5) Duritate. Cel mai dur este cromul (taie sticla); cele mai moi - metale alcaline - potasiu, sodiu, rubidiu și cesiu - sunt tăiate cu un cuțit.

6) Densitate. Cu cât este mai mică, cu atât masa atomică a metalului este mai mică și raza atomului este mai mare. Cel mai ușor este litiul (ρ=0,53 g/cm3); cel mai greu este osmiul (ρ=22,6 g/cm3). Metalele cu o densitate mai mică de 5 g/cm3 sunt considerate „metale ușoare”.

7) Puncte de topire și de fierbere. Cel mai fuzibil metal este mercurul (p.t. = -39°C), cel mai refractar metal este wolfram (t°m. = 3390°C). Metale cu t°pl. peste 1000°C sunt considerate refractare, sub - punct de topire scăzut.

Proprietățile chimice generale ale metalelor

Agenți reducători puternici: Me 0 – nē → Me n +

O serie de tensiuni caracterizează activitatea comparativă a metalelor în reacțiile redox în soluții apoase.

I. Reacţiile metalelor cu nemetale

1) Cu oxigen:
2Mg + O2 → 2MgO

2) Cu sulf:
Hg + S → HgS

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

4) Cu azot:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

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

6) Cu hidrogen (reacționează doar metalele alcaline și alcalino-pământoase):
2Li + H2 → 2LiH

Ca + H2 → CaH2

II. Reacțiile metalelor cu acizii

1) Metalele aflate în seria electrochimică de tensiuni până la H reduc acizii neoxidanți la hidrogen:

Mg + 2HCI → MgCl2 + H2

2Al+ 6HCI → 2AlCI3 + 3H2

6Na + 2H3PO4 → 2Na3PO4 + 3H2

2) Cu acizi oxidanți:

În interacțiunea acidului azotic de orice concentrație și a acidului sulfuric concentrat cu metalele hidrogenul nu se eliberează niciodată!

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

4Zn + 5H2SO4(K) → 4ZnSO4 + H2S + 4H2O

3Zn + 4H2SO4(K) → 3ZnSO4 + S + 4H2O

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

10HNO3 + 4Mg → 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

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

III. Interacțiunea metalelor cu apa

1) Activul (metale alcaline și alcalino-pământoase) formează o bază solubilă (alcali) și hidrogen:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Ca+ 2H2O → Ca(OH)2 + H2

2) Metalele cu activitate medie sunt oxidate de apă când sunt încălzite la oxid:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Inactiv (Au, Ag, Pt) - nu reacționează.

IV. Deplasarea de către metalele mai active a metalelor mai puțin active din soluțiile sărurilor lor:

Cu + HgCl2 → Hg + CuCl2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

În industrie, nu se folosesc adesea metale pure, dar amestecurile lor - aliajeîn care proprietăţile benefice ale unui metal sunt completate de proprietăţile benefice ale altuia. Deci, cuprul are o duritate scăzută și este de puțin folos pentru fabricarea pieselor de mașini, în timp ce aliajele de cupru cu zinc ( alamă) sunt deja destul de dure și sunt utilizate pe scară largă în inginerie mecanică. Aluminiul are ductilitate mare și ușurință suficientă (densitate scăzută), dar este prea moale. Pe baza acestuia se prepară un aliaj cu magneziu, cupru și mangan - duraluminiu (duralumin), care, fără a pierde proprietățile utile ale aluminiului, capătă duritate mare și devine potrivit în industria aeronautică. Aliajele de fier cu carbon (și adaosurile de alte metale) sunt cunoscute pe scară largă fontăși oţel.

Metalele în formă liberă sunt agenţi reducători. Cu toate acestea, reactivitatea unor metale este scăzută datorită faptului că sunt acoperite cu peliculă de oxid de suprafață, în diferite grade rezistente la acțiunea unor astfel de reactivi chimici precum apa, soluțiile de acizi și alcalii.

De exemplu, plumbul este întotdeauna acoperit cu o peliculă de oxid; tranziția lui în soluție necesită nu numai expunerea la un reactiv (de exemplu, acid azotic diluat), ci și încălzire. Filmul de oxid de pe aluminiu împiedică reacția acestuia cu apa, dar este distrus sub acțiunea acizilor și alcalinelor. Film de oxid liber (rugini), format pe suprafața fierului în aer umed, nu interferează cu oxidarea ulterioară a fierului.

Sub influenta concentrat pe metale se formează acizi durabil peliculă de oxid. Acest fenomen se numește pasivare. Deci, în concentrat acid sulfuric pasivat (și apoi nu reacționează cu acid) metale precum Be, Bi, Co, Fe, Mg și Nb, iar în acid azotic concentrat - metale A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th și U.

Atunci când interacționează cu agenții oxidanți în soluții acide, majoritatea metalelor se transformă în cationi, a căror sarcină este determinată de starea de oxidare stabilă a unui element dat în compuși (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ și Fe 3). +)

Activitatea reducătoare a metalelor într-o soluție acidă este transmisă printr-o serie de solicitări. Cele mai multe metale sunt transformate într-o soluție de acizi clorhidric și sulfuric diluat, dar Cu, Ag și Hg - doar acizi sulfuric (concentrat) și azotic, iar Pt și Au - "aqua regia".

Coroziunea metalelor

O proprietate chimică nedorită a metalelor este distrugerea activă (oxidarea) la contactul cu apa și sub influența oxigenului dizolvat în ea. (coroziune cu oxigen). De exemplu, coroziunea produselor din fier în apă este larg cunoscută, în urma căreia se formează rugina, iar produsele se sfărâmă în pulbere.

Coroziunea metalelor are loc în apă și datorită prezenței gazelor CO 2 și SO 2 dizolvate; se creează un mediu acid, iar cationii H + sunt înlocuiți de metale active sub formă de hidrogen H 2 ( coroziunea cu hidrogen).

Punctul de contact dintre două metale diferite poate fi deosebit de corosiv ( coroziunea de contact).Între un metal, cum ar fi Fe, și un alt metal, cum ar fi Sn sau Cu, plasat în apă, apare un cuplu galvanic. Fluxul de electroni merge de la metalul mai activ, care se află la stânga în seria tensiunilor (Re), la metalul mai puțin activ (Sn, Cu), iar metalul mai activ este distrus (corodează).

Din acest motiv, suprafața cositorită a conservelor (fier placat cu staniu) ruginește atunci când este depozitată într-o atmosferă umedă și manipulată cu nepăsare (fierul se prăbușește rapid după ce apare chiar și o mică zgârietură, permițând contactul fierului cu umezeala). Dimpotrivă, suprafața galvanizată a unei găleți de fier nu ruginește mult timp, deoarece chiar dacă există zgârieturi, nu fierul corodează, ci zincul (un metal mai activ decât fierul).

Rezistența la coroziune pentru un metal dat este îmbunătățită atunci când este acoperit cu un metal mai activ sau atunci când acestea sunt topite; de exemplu, acoperirea fierului cu crom sau realizarea unui aliaj de fier cu crom elimină coroziunea fierului. Fier și oțel cromat cu conținut de crom ( oţel inoxidabil) au rezistență ridicată la coroziune.

electrometalurgie, adică obținerea metalelor prin electroliza topiturii (pentru metalele cele mai active) sau soluțiilor sărate;

pirometalurgia, adică recuperarea metalelor din minereuri la temperatură ridicată (de exemplu, producția de fier în procesul de furnal);

hidrometalurgie, adică izolarea metalelor din soluțiile sărurilor lor de către metale mai active (de exemplu, producerea cuprului dintr-o soluție de CuSO 4 prin acțiunea zincului, fierului sau aluminiului).

Metalele native se găsesc uneori în natură (exemplele tipice sunt Ag, Au, Pt, Hg), dar mai des metalele sunt sub formă de compuși ( minereuri metalice). Prin prevalența în scoarța terestră, metalele sunt diferite: de la cele mai comune - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) la cele mai rare - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.


Proprietăți de restaurare- Acestea sunt principalele proprietăți chimice caracteristice tuturor metalelor. Ele se manifestă prin interacțiune cu o mare varietate de oxidanți, inclusiv oxidanți din mediu. În general, interacțiunea unui metal cu agenții oxidanți poate fi exprimată prin schema:

Eu + oxidant" Pe mine(+X),

Unde (+X) este starea de oxidare pozitivă a lui Me.

Exemple de oxidare a metalelor.

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

  • Seria de activitate a metalelor

    Proprietățile reducătoare ale metalelor diferă unele de altele. Potențialele electrodului E sunt utilizate ca o caracteristică cantitativă a proprietăților reducătoare ale metalelor.

    Cu cât metalul este mai activ, cu atât potenţialul său standard de electrod E o este mai negativ.

    Metalele dispuse pe rând pe măsură ce activitatea lor oxidativă scade formează un rând de activitate.

    Seria de activitate a metalelor

    Pe mine Li K Ca N / A mg Al Mn Zn Cr Fe Ni sn 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
    Un metal cu o valoare Eo mai negativă este capabil să reducă un cation metalic cu un potențial electrod mai pozitiv.

    Reducerea unui metal dintr-o soluție de sare cu un alt metal cu activitate reducătoare mai mare se numește cimentare.. Cimentarea este utilizată în tehnologiile metalurgice.

    În special, Cd se obține prin reducerea acestuia dintr-o soluție a sării sale cu zinc.

    Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

  • 3.3. 1. Interacțiunea metalelor cu oxigenul

    Oxigenul este un agent oxidant puternic. Poate oxida marea majoritate a metalelor, cu excepțiaAușiPt . Metalele din aer intră în contact cu oxigenul, prin urmare, atunci când se studiază chimia metalelor, se acordă întotdeauna atenție caracteristicilor interacțiunii unui metal cu oxigenul.

    Toată lumea știe că fierul în aer umed este acoperit cu rugină - oxid de fier hidratat. Dar multe metale în stare compactă la o temperatură nu prea ridicată prezintă rezistență la oxidare, deoarece formează pelicule de protecție subțiri pe suprafața lor. Aceste pelicule de produse de oxidare nu permit agentului oxidant să intre în contact cu metalul. Fenomenul de formare a straturilor de protecție pe suprafața metalului care împiedică oxidarea metalului se numește pasivare a metalului.

    O creștere a temperaturii favorizează oxidarea metalelor de către oxigen. Activitatea metalelor crește în starea fin divizată. Majoritatea metalelor sub formă de pulbere ard în oxigen.

  • s-metale

    Se arată cea mai mare activitate de restaurares-metale. Metalele Na, K, Rb Cs sunt capabile să se aprindă în aer și sunt depozitate în vase sigilate sau sub un strat de kerosen. Be și Mg sunt pasivați la temperaturi scăzute în aer. Dar când este aprinsă, banda de Mg arde cu o flacără orbitoare.

    MetaleleIISubgrupurile A și Li, atunci când interacționează cu oxigenul, formează oxizi.

    2Ca + O 2 \u003d 2CaO

    4 Li + O 2 \u003d 2 Li 2 O

    Metale alcaline, altele decâtLi, atunci când interacționează cu oxigenul, nu formează oxizi, ci peroxiziPe mine 2 O 2 și superoxiziMeO 2 .

    2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

    K + O 2 = KO 2

  • p-metale

    Metale deținutep- la bloc pe aer sunt pasivate.

    Când arde în oxigen

    • Metalele din subgrupa IIIA formează oxizi de tipul Eu 2 O 3,
    • Sn este oxidat la SNO 2 , și Pb - până la PbO
    • Bi merge la Bi 2 O 3.
  • d-metale

    Toated- metalele din perioada 4 sunt oxidate de oxigen. Sc, Mn, Fe se oxidează cel mai ușor. Deosebit de rezistent la coroziune Ti, V, Cr.

    Când este ars în oxigen dintre toated

    Când este ars în oxigen dintre toated- elemente din perioada a 4-a, doar scandiul, titanul si vanadiul formeaza oxizi in care Me se afla in cea mai mare stare de oxidare, egala cu numarul grupului. D-metalele rămase din perioada a 4-a, atunci când sunt arse în oxigen, formează oxizi în care Me se află în stări de oxidare intermediare, dar stabile.

    Tipuri de oxizi formați din d-metale de 4 perioade în timpul arderii în oxigen:

    • Meo forma Zn, Cu, Ni, Co. (la T>1000оС Cu formează Cu 2 O),
    • Eu 2 O 3, formează Cr, Fe și Sc,
    • MeO 2 - Mn și Ti
    • V formează cel mai mare oxid - V 2 O 5 .
    d-metale din perioadele a 5-a si a 6-a, cu exceptia Y, La, mai mult decât toate celelalte metale sunt rezistente la oxidare. Nu reacționați cu oxigenul Au, Pt .

    Când este ars în oxigend-metale de 5 si 6 perioade, de regula, formeaza oxizi superiori, exceptie fac metalele Ag, Pd, Rh, Ru.

    Tipuri de oxizi formați din d-metale de 5 și 6 perioade în timpul arderii în oxigen:

    • Eu 2 O 3- forma Y, La; Rh;
    • MeO 2- Zr, Hf; Ir:
    • Eu 2 O 5- Nb, Ta;
    • MeO 3- Lu, V
    • Eu 2 O 7- Tc, Re
    • Meo 4 - Os
    • MeO- Cd, Hg, Pd;
    • Eu 2 O- Ag;
  • Interacțiunea metalelor cu acizii

    În soluțiile acide, cationul hidrogen este un agent oxidant.. Cationul H + poate oxida metalele din seria de activitate la hidrogen, adică având potențiale negative ale electrodului.

    Multe metale, atunci când sunt oxidate, în soluții apoase acide, multe se transformă în cationiMez + .

    Anionii unui număr de acizi sunt capabili să prezinte proprietăți oxidante care sunt mai puternice decât H+. Astfel de agenți de oxidare includ anioni și cei mai obișnuiți acizi H 2 ASA DE 4 șiHNO 3 .

    Anionii NO 3 - prezintă proprietăți oxidante la orice concentrație în soluție, dar produsele de reducere depind de concentrația acidului și de natura metalului oxidat.

    Anionii SO42- prezintă proprietăți oxidante numai în H2SO4 concentrat.

    Produse reducătoare de oxidare: H + , NO 3 - , ASA DE 4 2 -

    2H + + 2e - =H 2

    ASA DE 4 2- din H2S04 concentrat ASA DE 4 2- + 2e - + 4 H + = ASA DE 2 + 2 H 2 O

    (posibilă și formarea de S, H 2 S)

    NO 3 - din HNO 3 concentrat NU 3 - + e - +2H+= NO2 + H2O
    NO 3 - din HNO 3 diluat NU 3 - + 3e - +4H+=NO + 2H20

    (De asemenea, este posibil să se formeze N 2 O, N 2, NH 4 +)

    Exemple de reacții de interacțiune a metalelor cu acizi

    Zn + H2S04 (razb.) "ZnS04 + H2

    8Al + 15H2SO4 (c.) "4Al2 (SO4)3 + 3H2S + 12H2O

    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

  • Produse de oxidare a metalelor în soluții acide

    Metalele alcaline formează un cation de tip Me +, metalele s din al doilea grup formează cationi Eu 2+.

    Metalele p-bloc, atunci când sunt dizolvate în acizi, formează cationii indicați în tabel.

    Metalele Pb și Bi se dizolvă numai în acid azotic.

    Pe mine Al Ga În Tl sn Pb Bi
    Mez+ Al 3+ Ga3+ În 3+ Tl + sn 2+ Pb 2+ Bi 3+
    Eo,B -1,68 -0,55 -0,34 -0,34 -0,14 -0,13 +0,317

    Toate d-metale 4 perioade cu excepția Cu , poate fi oxidat de ioniH+ în soluţii acide.

    Tipuri de cationi formați din d-metale 4 perioade:

    • Eu 2+(formă d-metale variind de la Mn la Cu)
    • eu 3+ ( formează Sc, Ti, V, Cr și Fe în acid azotic).
    • Ti și V formează și cationi MeO 2+
    d- elementele perioadelor 5 și 6 sunt mai rezistente la oxidare decât 4d- metale.

    În soluții acide, H + se poate oxida: Y, La, Cd.

    În HNO3 se pot dizolva: Cd, Hg, Ag. HNO3 fierbinte dizolvă Pd, Tc, Re.

    În H2S04 fierbinte se dizolvă: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg.

    Metale: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W sunt de obicei dizolvate într-un amestec de HNO3 + HF.

    În acva regia (amestecuri HNO 3 + HCl) Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au și Os pot fi dizolvate cu dificultate). Motivul dizolvării metalelor în acva regia sau într-un amestec de HNO 3 + HF este formarea de compuși complecși.

    Exemplu. Dizolvarea aurului în acva regia devine posibilă datorită formării unui complex -

    Au + HNO3 + 4HCl \u003d H + NO + 2H2O

  • Interacțiunea metalelor cu apa

    Proprietățile oxidante ale apei se datorează H(+1).

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

    Deoarece concentrația de H + în apă este scăzută, proprietățile sale de oxidare sunt scăzute. Metalele se pot dizolva în apă 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. Toates- metale, altele decât Fii și Mg usor solubil in apa.

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

    Na reacționează energic cu apa, eliberând căldură. H2 emis se poate aprinde.

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

    Mg se dizolvă numai în apă clocotită, Be este protejat de oxidare de un oxid inert insolubil

    metalele p-bloc sunt agenți reducători mai puțin puternici decâts.

    Dintre metalele p, activitatea reducătoare este mai mare pentru metalele din subgrupa IIIA, Sn și Pb sunt agenți reducători slabi, Bi are Eo > 0.

    p-metale nu se dizolvă în apă în condiții normale. Când oxidul protector este dizolvat de la suprafață în soluții alcaline, Al, Ga și Sn sunt oxidați de apă.

    Printre d-metale, ele sunt oxidate de apă când este încălzit Sc și Mn, La, Y. Fierul reacţionează cu vaporii de apă.

  • Interacțiunea metalelor cu soluțiile alcaline

    În soluțiile alcaline, apa acționează ca un agent oxidant..

    2H 2 O + 2e - \u003dH2 + 2OH - Eo \u003d - 0,826 B (pH \u003d 14)

    Proprietățile oxidante ale apei scad odată cu creșterea pH-ului, datorită scăderii concentrației de H +. In orice caz, unele metale care nu se dizolvă în apă se dizolvă în soluții alcaline, de exemplu, Al, Zn și alții. Principalul motiv pentru dizolvarea unor astfel de metale în soluții alcaline este că oxizii și hidroxizii acestor metale sunt amfoteri și se dizolvă în alcali, eliminând bariera dintre agentul oxidant și agentul reducător.

    Exemplu. Dizolvarea Al în soluție de NaOH.

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