Chemické vlastnosti jednoduchých kovov. Všeobecné fyzikálne a chemické vlastnosti kovov

Kovy sú aktívne redukčné činidlá s pozitívnym oxidačným stavom. Pre svoje chemické vlastnosti sú kovy široko používané v priemysle, hutníctve, medicíne a stavebníctve.

Kovová činnosť

Pri reakciách atómy kovov darujú valenčné elektróny a sú oxidované. Čím viac energetických hladín a menej elektrónov má atóm kovu, tým ľahšie daruje elektróny a vstupuje do reakcií. Preto sa vlastnosti kovu v periodickej tabuľke zvyšujú zhora nadol a sprava doľava.

Ryža. 1. Zmena vlastností kovov v periodickej tabuľke.

Aktivita jednoduchých látok je znázornená v elektrochemickom rade napätí kovov. Vľavo od vodíka sú aktívne kovy (aktivita sa zvyšuje smerom k ľavému okraju), vpravo - neaktívne.

Najaktívnejšie sú alkalické kovy, ktoré sú v skupine I periodickej tabuľky a v elektrochemickom rade napätí sú naľavo od vodíka. S mnohými látkami reagujú už pri izbovej teplote. Za nimi nasledujú kovy alkalických zemín, ktoré sú zaradené do skupiny II. Pri zahrievaní reagujú s väčšinou látok. Kovy, ktoré sú v elektrochemickej sérii od hliníka po vodík (stredná aktivita), vyžadujú dodatočné podmienky na vstup do reakcií.

Ryža. 2. Elektrochemický rad napätí kovov.

Niektoré kovy vykazujú amfotérne vlastnosti alebo dualitu. Kovy, ich oxidy a hydroxidy reagujú s kyselinami a zásadami. Väčšina kovov reaguje iba s určitými kyselinami, aby nahradili vodík a vytvorili soľ. Najvýraznejšie dvojité vlastnosti ukazujú:

  • hliník;
  • viesť;
  • zinok;
  • železo;
  • meď;
  • berýlium;
  • chróm.

Každý kov je schopný v elektrochemickej sérii vytesniť iný kov napravo od neho zo solí. Kovy naľavo od vodíka ho vytláčajú zo zriedených kyselín.

Vlastnosti

Vlastnosti interakcie kovov s rôznymi látkami sú uvedené v tabuľke chemických vlastností kovov.

Reakcia

Zvláštnosti

Rovnica

S kyslíkom

Väčšina kovov tvorí oxidové filmy. Alkalické kovy sa v prítomnosti kyslíka spontánne vznietia. V tomto prípade sodík tvorí peroxid (Na 2 O 2), zvyšné kovy I. skupiny sú superoxidy (RO 2). Pri zahrievaní sa kovy alkalických zemín spontánne vznietia, zatiaľ čo kovy strednej aktivity oxidujú. Zlato a platina neinteragujú s kyslíkom

4Li + 02 -> 2Li20;

2Na + 02 -> Na202;

K + 02 -> KO2;

4Al + 302 -> 2Al203;

2Cu + O2 → 2CuO

S vodíkom

Alkalická reaguje pri izbovej teplote, zatiaľ čo alkalická zemina reaguje pri zahrievaní. Berýlium nereaguje. Horčík navyše potrebuje vysoký tlak

Sr + H2 -> SrH2;

2Na + H2 -> 2NaH;

Mg + H2 -> MgH2

Iba aktívne kovy. Lítium reaguje pri izbovej teplote. Ostatné kovy - pri zahrievaní

6Li + N2 -> 2Li3N;

3Ca + N2 → Ca3N2

S uhlíkom

Lítium a sodík, zvyšok - pri zahrievaní

4Al + 3C -> Al3C4;

2Li+2C → Li2C2

Zlato a platina spolu neinteragujú

2K + S -> K2S;

Fe + S → FeS;

Zn + S → ZnS

s fosforom

Pri zahriatí

3Ca + 2P → Ca3P 2

S halogénmi

Len neaktívne kovy nereagujú, meď - pri zahrievaní

Cu + Cl2 → CuCl2

Alkálie a niektoré kovy alkalických zemín. Pri zahrievaní v kyslom alebo alkalickom prostredí reagujú kovy strednej aktivity

2Na + 2H20 -> 2NaOH + H2;

Ca + 2H20 -> Ca (OH)2 + H2;

Pb + H20 → PbO + H2

S kyselinami

Kovy naľavo od vodíka. Meď sa rozpúšťa v koncentrovaných kyselinách

Zn + 2HCl -> ZnCl2 + 2H2;

Fe + H2S04 -> FeS04 + H2;

Cu + 2H2S04 → CuS04 + SO2 + 2H20

S alkáliami

Iba amfotérne kovy

2Al + 2KOH + 6H20 -> 2K + 3H 2

Aktívne náhrady za menej aktívne kovy

3Na + AlCl3 -> 3NaCl + Al

Kovy medzi sebou interagujú a tvoria intermetalické zlúčeniny - 3Cu + Au → Cu 3 Au, 2Na + Sb → Na 2 Sb.

Aplikácia

Všeobecné chemické vlastnosti kovov sa využívajú na vytváranie zliatin, detergentov a používajú sa pri katalytických reakciách. Kovy sú prítomné v batériách, elektronike a nosných konštrukciách.

Hlavné oblasti použitia sú uvedené v tabuľke.

Ryža. 3. Bizmut.

Čo sme sa naučili?

Na hodine chémie v 9. ročníku sme sa dozvedeli o základných chemických vlastnostiach kovov. Schopnosť interakcie s jednoduchými a zložitými látkami určuje aktivitu kovov. Čím je kov aktívnejší, tým ľahšie za normálnych podmienok reaguje. Aktívne kovy reagujú s halogénmi, nekovmi, vodou, kyselinami, soľami. Amfotérne kovy interagujú s alkáliami. Neaktívne kovy nereagujú s vodou, halogénmi a väčšinou nekovov. Stručne zhodnotil oblasti použitia. Kovy sa používajú v medicíne, priemysle, metalurgii a elektronike.

Tématický kvíz

Hodnotenie správy

Priemerné hodnotenie: 4.4. Celkový počet získaných hodnotení: 89.

Prvým materiálom, ktorý sa ľudia naučili využívať pre svoje potreby, je kameň. Avšak neskôr, keď si človek uvedomil vlastnosti kovov, kameň sa posunul ďaleko dozadu. Práve tieto látky a ich zliatiny sa stali najdôležitejším a hlavným materiálom v rukách ľudí. Vyrábali sa z nich domáce potreby, pracovné nástroje, stavali sa priestory. Preto v tomto článku zvážime, čo sú kovy, ktorých všeobecné charakteristiky, vlastnosti a použitie sú tak dôležité dodnes. Vskutku, doslova bezprostredne po dobe kamennej nasledovala celá galaxia kovových: meď, bronz a železo.

Kovy: všeobecná charakteristika

Čo spája všetkých predstaviteľov týchto jednoduchých látok? Samozrejme, ide o štruktúru ich kryštálovej mriežky, typy chemických väzieb a vlastnosti elektrónovej štruktúry atómu. Koniec koncov, odtiaľ charakteristické fyzikálne vlastnosti, ktoré sú základom používania týchto materiálov ľuďmi.

Najprv zvážte kovy ako chemické prvky periodického systému. V ňom sú umiestnené celkom voľne a zaberajú 95 buniek z doteraz známych 115. Existuje niekoľko znakov ich umiestnenia vo všeobecnom systéme:

  • Tvoria hlavné podskupiny skupín I a II, ako aj III, počnúc hliníkom.
  • Všetky vedľajšie podskupiny pozostávajú iba z kovov.
  • Sú umiestnené pod podmienenou uhlopriečkou od bóru po astat.

Na základe takýchto údajov je ľahké vidieť, že v pravej hornej časti systému sa zhromažďujú nekovy a zvyšok priestoru patrí prvkom, ktoré zvažujeme.

Všetky majú niekoľko vlastností elektronickej štruktúry atómu:


Všeobecná charakteristika kovov a nekovov umožňuje identifikovať vzory v ich štruktúre. Takže kryštálová mriežka prvej je kovová, špeciálna. Jeho uzly obsahujú niekoľko typov častíc naraz:

  • ióny;
  • atómy;
  • elektróny.

Vo vnútri sa hromadí bežný oblak, nazývaný elektrónový plyn, ktorý vysvetľuje všetky fyzikálne vlastnosti týchto látok. Typ chemickej väzby v kovoch je s nimi rovnaký.

Fyzikálne vlastnosti

Existuje množstvo parametrov, ktoré spájajú všetky kovy. Ich všeobecné charakteristiky z hľadiska fyzikálnych vlastností sú nasledovné.


Uvedené parametre sú všeobecnou charakteristikou kovov, teda všetkým, čo ich spája do jednej veľkej rodiny. Treba však pochopiť, že z každého pravidla existujú výnimky. Okrem toho existuje príliš veľa prvkov tohto druhu. Preto aj v rámci samotnej rodiny existujú delenia do rôznych skupín, ktorým sa budeme venovať nižšie a pre ktoré uvedieme charakteristické znaky.

Chemické vlastnosti

Z hľadiska vedy chémie sú všetky kovy redukčnými činidlami. A veľmi silný. Čím menej elektrónov vo vonkajšej úrovni a čím väčší je atómový polomer, tým silnejší je kov podľa špecifikovaného parametra.

Výsledkom je, že kovy sú schopné reagovať s:


Toto je len všeobecný prehľad chemických vlastností. Koniec koncov, pre každú skupinu prvkov sú čisto individuálne.

kovy alkalických zemín

Všeobecné vlastnosti kovov alkalických zemín sú nasledovné:


Kovy alkalických zemín sú teda bežnými prvkami rodiny s, vykazujúce vysokú chemickú aktivitu a sú silnými redukčnými činidlami a dôležitými účastníkmi biologických procesov v tele.

alkalických kovov

Všeobecná charakteristika začína ich menom. Dostali ho pre schopnosť rozpúšťať sa vo vode, vytvárať alkálie – žieravé hydroxidy. Reakcie s vodou sú veľmi prudké, niekedy horľavé. Tieto látky sa v prírode nenachádzajú vo voľnej forme, pretože ich chemická aktivita je príliš vysoká. Reagujú so vzduchom, vodnou parou, nekovmi, kyselinami, oxidmi a soľami, teda takmer so všetkým.

Je to spôsobené ich elektronickou štruktúrou. Na vonkajšej úrovni je len jeden elektrón, ktorý ľahko rozdajú. Sú to najsilnejšie redukčné činidlá, a preto ich získanie v čistej forme trvalo pomerne dlho. Prvýkrát to urobil Humphrey Davy už v 18. storočí elektrolýzou hydroxidu sodného. Teraz sa touto metódou ťažia všetci zástupcovia tejto skupiny.

Všeobecnou charakteristikou alkalických kovov je tiež to, že tvoria prvú skupinu hlavnej podskupiny periodického systému. Všetky sú dôležitými prvkami, ktoré tvoria mnohé cenné prírodné zlúčeniny využívané človekom.

Všeobecná charakteristika kovov skupín d a f

Do tejto skupiny prvkov patria všetky prvky, ktorých oxidačný stav sa môže meniť. To znamená, že v závislosti od podmienok môže kov pôsobiť ako oxidačné činidlo aj ako redukčné činidlo. Takéto prvky majú veľkú schopnosť vstupovať do reakcií. Medzi nimi je veľké množstvo amfotérnych látok.

Spoločným názvom všetkých týchto atómov sú prechodné prvky. Dostali ho za to, že svojimi vlastnosťami skutočne stoja akoby v strede medzi typickými kovmi s-rodiny a nekovmi p-rodiny.

Všeobecná charakteristika prechodných kovov znamená označenie ich podobných vlastností. Sú to nasledovné:

  • veľký počet elektrónov na vonkajšej úrovni;
  • veľký atómový polomer;
  • niekoľko stupňov oxidácie (od +3 do +7);
  • sú na d- alebo f-podúrovni;
  • tvoria 4-6 veľkých období systému.

Ako jednoduché látky sú kovy tejto skupiny veľmi pevné, ťažné a kujné, preto majú veľký priemyselný význam.

Vedľajšie podskupiny periodického systému

Všeobecné charakteristiky kovov sekundárnych podskupín sa úplne zhodujú s charakteristikami prechodných podskupín. A to nie je prekvapujúce, pretože v skutočnosti je to presne to isté. Ide len o to, že vedľajšie podskupiny systému tvoria práve zástupcovia rodín d a f, teda prechodné kovy. Preto môžeme povedať, že tieto pojmy sú synonymá.

Najaktívnejšie a najdôležitejšie z nich sú prvý rad 10 zástupcov od skandia po zinok. Všetky majú veľký priemyselný význam a človek ich často využíva najmä na tavenie.

Zliatiny

Všeobecná charakteristika kovov a zliatin umožňuje pochopiť, kde a ako je možné tieto látky použiť. Takéto zlúčeniny prešli v posledných desaťročiach veľkými premenami, pretože sa objavuje a syntetizuje stále viac nových aditív na zlepšenie ich kvality.

Najznámejšie zliatiny súčasnosti sú:

  • mosadz;
  • dural;
  • liatina;
  • oceľ;
  • bronz;
  • vyhrám;
  • nichrom a ďalšie.

Čo je zliatina? Ide o zmes kovov získaných tavením v špeciálnych peciach. Deje sa tak s cieľom získať produkt, ktorý má lepšie vlastnosti ako čisté látky, ktoré ho tvoria.

Porovnanie vlastností kovov a nekovov

Ak hovoríme o všeobecných vlastnostiach, potom sa charakteristiky kovov a nekovov budú líšiť v jednom veľmi významnom bode: pre druhé nemožno rozlíšiť podobné vlastnosti, pretože sa značne líšia vo svojich prejavených vlastnostiach, fyzikálnych aj chemických.

Preto je nemožné vytvoriť takúto charakteristiku pre nekovy. Je možné len samostatne zvážiť zástupcov každej skupiny a opísať ich vlastnosti.

Ak v periodickej tabuľke prvkov D.I. Mendelejeva nakreslíme uhlopriečku od berýlia po astat, potom na uhlopriečke vľavo dole budú kovové prvky (zahŕňajú aj prvky sekundárnych podskupín, zvýraznené modrou farbou) a navrchu vpravo - nekovové prvky (zvýraznené žltou farbou). Prvky umiestnené v blízkosti uhlopriečky - polokovy alebo metaloidy (B, Si, Ge, Sb atď.) majú duálny charakter (zvýraznené ružovou farbou).

Ako je zrejmé z obrázku, prevažnú väčšinu prvkov tvoria kovy.

Svojou chemickou povahou sú kovy chemickými prvkami, ktorých atómy darujú elektróny z vonkajšej alebo predvonkajšej energetickej hladiny, čím vytvárajú kladne nabité ióny.

Takmer všetky kovy majú relatívne veľké polomery a malý počet elektrónov (od 1 do 3) na vonkajšej energetickej úrovni. Kovy sa vyznačujú nízkymi hodnotami elektronegativity a redukčnými vlastnosťami.

Najtypickejšie kovy sa nachádzajú na začiatku periód (od druhej), ďalej zľava doprava sa vlastnosti kovu oslabujú. V skupine zhora nadol sú kovové vlastnosti vylepšené, pretože sa zväčšuje polomer atómov (v dôsledku zvýšenia počtu energetických hladín). To vedie k zníženiu elektronegativity (schopnosť priťahovať elektróny) prvkov a zvýšeniu redukčných vlastností (schopnosť darovať elektróny iným atómom v chemických reakciách).

typický kovy sú s-prvky (prvky skupiny IA od Li po Fr. prvky skupiny PA od Mg po Ra). Všeobecný elektrónový vzorec ich atómov je ns 1-2. Vyznačujú sa oxidačnými stavmi + I a + II.

Malý počet elektrónov (1-2) vo vonkajšej energetickej hladine typických kovových atómov naznačuje ľahkú stratu týchto elektrónov a prejav silných redukčných vlastností, ktoré odrážajú nízke hodnoty elektronegativity. To znamená obmedzené chemické vlastnosti a metódy na získanie typických kovov.

Charakteristickým znakom typických kovov je tendencia ich atómov vytvárať katióny a iónové chemické väzby s nekovovými atómami. Zlúčeniny typických kovov s nekovmi sú iónové kryštály "kovový katiónový anión nekovov", napríklad K + Br -, Ca 2+ O 2-. Typické kovové katióny sú tiež zahrnuté v zlúčeninách s komplexnými aniónmi - hydroxidmi a soľami, napríklad Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-.

Kovy skupiny A tvoriace amfotérnu diagonálu v periodickej tabuľke Be-Al-Ge-Sb-Po, ako aj kovy s nimi susediace (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) nevykazujú typické kovové vlastnosti. . Všeobecný elektrónový vzorec ich atómov ns 2 np 0-4 znamená väčšiu rozmanitosť oxidačných stavov, väčšiu schopnosť zadržiavať vlastné elektróny, postupné znižovanie ich redukčnej schopnosti a objavenie sa oxidačnej schopnosti najmä vo vysokých oxidačných stavoch (typickým príkladom sú zlúčeniny Tl III, Pb IV, Bi v ). Podobné chemické správanie je charakteristické aj pre väčšinu (d-prvky, t.j. prvky B-skupín periodickej sústavy prvkov (typickým príkladom sú amfotérne prvky Cr a Zn).

Tento prejav duality (amfotérnych) vlastností, kovových (základných) aj nekovových, je spôsobený povahou chemickej väzby. V tuhom stave obsahujú zlúčeniny atypických kovov s nekovmi prevažne kovalentné väzby (ale menej silné ako väzby medzi nekovmi). V roztoku sa tieto väzby ľahko rozbijú a zlúčeniny sa disociujú na ióny (úplne alebo čiastočne). Napríklad kov gália pozostáva z molekúl Ga 2, v pevnom stave chloridy hliníka a ortuti (II) AlCl 3 a HgCl 2 obsahujú silne kovalentné väzby, ale v roztoku AlCl 3 disociuje takmer úplne a HgCl 2 - na veľmi malú rozsahu (a dokonca aj na ióny HgCl + a Cl -).


Všeobecné fyzikálne vlastnosti kovov

V dôsledku prítomnosti voľných elektrónov ("elektrónový plyn") v kryštálovej mriežke majú všetky kovy tieto charakteristické všeobecné vlastnosti:

1) Plastové- schopnosť ľahko meniť tvar, natiahnuť do drôtu, zvinúť do tenkých plátov.

2) kovový lesk a nepriehľadnosť. Je to spôsobené interakciou voľných elektrónov so svetlom dopadajúcim na kov.

3) Elektrická vodivosť. Vysvetľuje sa to usmerneným pohybom voľných elektrónov zo záporného na kladný pól pod vplyvom malého rozdielu potenciálov. Pri zahrievaní sa elektrická vodivosť znižuje, pretože. so stúpajúcou teplotou sa zväčšujú vibrácie atómov a iónov v uzloch kryštálovej mriežky, čo sťažuje usmernený pohyb „elektrónového plynu“.

4) Tepelná vodivosť. Je to kvôli vysokej pohyblivosti voľných elektrónov, vďaka čomu sa teplota rýchlo vyrovnáva s hmotnosťou kovu. Najvyššia tepelná vodivosť je v bizmute a ortuti.

5) Tvrdosť. Najtvrdší je chróm (reže sklo); najjemnejšie - alkalické kovy - draslík, sodík, rubídium a cézium - sa režú nožom.

6) Hustota. Je to tým menšie, čím menšia je atómová hmotnosť kovu a čím väčší je polomer atómu. Najľahšie je lítium (ρ=0,53 g/cm3); najťažšie je osmium (ρ=22,6 g/cm3). Kovy s hustotou menšou ako 5 g/cm3 sa považujú za „ľahké kovy“.

7) Teploty topenia a varu. Najtavnejším kovom je ortuť (t.t. = -39°C), najžiaruvzdornejším kovom je volfrám (t°m. = 3390°C). Kovy s t°pl. nad 1000 °C sa považujú za žiaruvzdorné, pod - nízky bod topenia.

Všeobecné chemické vlastnosti kovov

Silné redukčné činidlá: Me 0 – nē → Me n +

Množstvo napätí charakterizuje porovnávaciu aktivitu kovov v redoxných reakciách vo vodných roztokoch.

I. Reakcie kovov s nekovmi

1) S kyslíkom:
2Mg + O2 -> 2MgO

2) So sírou:
Hg + S → HgS

3) S halogénmi:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) S dusíkom:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

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

6) S vodíkom (reagujú iba alkalické kovy a kovy alkalických zemín):
2Li + H2 → 2LiH

Ca + H2 -> CaH2

II. Reakcie kovov s kyselinami

1) Kovy stojace v elektrochemickom rade napätí do H redukujú neoxidačné kyseliny na vodík:

Mg + 2HCl -> MgCl2 + H2

2Al+ 6HCl -> 2AlCl3 + 3H 2

6Na + 2H3P04 -> 2Na3P04 + 3H 2

2) S oxidačnými kyselinami:

Pri interakcii kyseliny dusičnej akejkoľvek koncentrácie a koncentrovanej kyseliny sírovej s kovmi vodík sa nikdy neuvoľňuje!

Zn + 2H2S04 (K) → ZnSO4 + S02 + 2H20

4Zn + 5H2SO4(K) → 4ZnSO4 + H2S + 4H20

3Zn + 4H2SO4(K) → 3ZnSO4 + S + 4H20

2H2S04 (c) + Cu → Cu SO4 + SO2 + 2H20

10HN03 + 4Mg → 4Mg(N03)2 + NH4NO3 + 3H20

4HN03 (c) + Сu → Сu (NO 3) 2 + 2N02 + 2H20

III. Interakcia kovov s vodou

1) Aktívne (alkalické kovy a kovy alkalických zemín) tvoria rozpustnú zásadu (alkálie) a vodík:

2Na + 2H20 -> 2NaOH + H2

Ca+ 2H20 -> Ca(OH)2 + H2

2) Kovy strednej aktivity sú oxidované vodou pri zahriatí na oxid:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Neaktívne (Au, Ag, Pt) - nereagujú.

IV. Vytesnenie menej aktívnych kovov aktívnejšími kovmi z roztokov ich solí:

Cu + HgCl2 → Hg + CuCl2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

V priemysle sa často nepoužívajú čisté kovy, ale ich zmesi - zliatin v ktorých sa prospešné vlastnosti jedného kovu dopĺňajú prospešnými vlastnosťami iného kovu. Meď má teda nízku tvrdosť a málo sa používa na výrobu častí strojov, zatiaľ čo zliatiny medi so zinkom ( mosadz) sú už dosť tvrdé a sú široko používané v strojárstve. Hliník má vysokú ťažnosť a dostatočnú ľahkosť (nízku hustotu), ale je príliš mäkký. Na jeho základe sa pripravuje zliatina s horčíkom, meďou a mangánom - dural (dural), ktorý bez straty užitočných vlastností hliníka získava vysokú tvrdosť a stáva sa vhodnou v leteckom priemysle. Zliatiny železa s uhlíkom (a prísadami iných kovov) sú všeobecne známe liatina a oceľ.

Kovy vo voľnej forme sú redukčné činidlá. Reaktivita niektorých kovov je však nízka kvôli tomu, že sú pokryté povrchový oxidový film, v rôznej miere odolné voči pôsobeniu takých chemických činidiel, ako je voda, roztoky kyselín a zásad.

Napríklad olovo je vždy pokryté oxidovým filmom, jeho prechod do roztoku si vyžaduje nielen vystavenie pôsobeniu činidla (napríklad zriedenej kyseliny dusičnej), ale aj zahrievanie. Oxidový film na hliníku zabraňuje jeho reakcii s vodou, ale je zničený pôsobením kyselín a zásad. Voľný oxidový film (Hrdza), vznikajúce na povrchu železa vo vlhkom vzduchu, nenarúša ďalšiu oxidáciu železa.

Pod vplyvom koncentrovaný na kovoch vznikajú kyseliny udržateľný oxidový film. Tento jav sa nazýva pasivácia. Takže koncentrovane kyselina sírová pasivované (a potom nereagujú s kyselinou) také kovy ako Be, Bi, Co, Fe, Mg a Nb a v koncentrovanej kyseline dusičnej - kovy A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th a U.

Pri interakcii s oxidačnými činidlami v kyslých roztokoch sa väčšina kovov mení na katióny, ktorých náboj je určený stabilným oxidačným stavom daného prvku v zlúčeninách (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ a Fe 3 +)

Redukčná aktivita kovov v kyslom roztoku sa prenáša sériou napätí. Väčšina kovov sa premieňa na roztok kyseliny chlorovodíkovej a zriedenej kyseliny sírovej, ale Cu, Ag a Hg - iba kyselina sírová (koncentrovaná) a kyselina dusičná a Pt a Au - "aqua regia".

Korózia kovov

Nežiaducou chemickou vlastnosťou kovov je ich aktívna deštrukcia (oxidácia) pri kontakte s vodou a pod vplyvom v nej rozpusteného kyslíka. (kyslíková korózia). Napríklad korózia železných produktov vo vode je všeobecne známa, v dôsledku čoho sa tvorí hrdza a produkty sa rozpadajú na prášok.

Korózia kovov prebieha vo vode aj v dôsledku prítomnosti rozpustených plynov CO 2 a SO 2; vzniká kyslé prostredie a katióny H + sú vytláčané aktívnymi kovmi vo forme vodíka H 2 ( vodíková korózia).

Miesto kontaktu medzi dvoma rozdielnymi kovmi môže byť obzvlášť korozívne ( kontaktná korózia). Medzi jedným kovom, ako je Fe, a iným kovom, ako je Sn alebo Cu, umiestneným vo vode, sa objavuje galvanický pár. Tok elektrónov prechádza od aktívnejšieho kovu, ktorý je v sérii napätí vľavo (Re), k menej aktívnemu kovu (Sn, Cu) a aktívnejší kov sa ničí (koroduje).

Kvôli tomu pocínovaný povrch plechoviek (pocínované železo) pri skladovaní vo vlhkom prostredí a neopatrnej manipulácii hrdzavie (žehlička sa rýchlo zrúti už po objavení sa malého škrabanca, čo umožňuje kontakt železa s vlhkosťou). Naopak, pozinkovaný povrch železného vedra dlho nehrdzavie, pretože ak aj dôjde k škrabancom, nekoroduje železo, ale zinok (aktívnejší kov ako železo).

Odolnosť proti korózii pre daný kov je zvýšená, keď je potiahnutý aktívnejším kovom alebo keď sú tavené; napríklad pokovovanie železa chrómom alebo výroba zliatiny železa s chrómom eliminuje koróziu železa. Pochrómované železo a oceľ s obsahom chrómu ( nehrdzavejúca oceľ) majú vysokú odolnosť proti korózii.

elektrometalurgia t.j. získavanie kovov elektrolýzou tavenín (pre najaktívnejšie kovy) alebo roztokov solí;

pyrometalurgia t.j. získavanie kovov z rúd pri vysokej teplote (napríklad výroba železa vo vysokej peci);

hydrometalurgia, teda izolácia kovov z roztokov ich solí aktívnejšími kovmi (napríklad výroba medi z roztoku CuSO 4 pôsobením zinku, železa alebo hliníka).

Prírodné kovy sa niekedy vyskytujú v prírode (typické príklady sú Ag, Au, Pt, Hg), ale častejšie sú kovy vo forme zlúčenín ( kovové rudy). Prevalenciou v zemskej kôre sa kovy líšia: od najbežnejších - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) po najvzácnejšie - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.


Obnovujúce vlastnosti- Toto sú hlavné chemické vlastnosti charakteristické pre všetky kovy. Prejavujú sa v interakcii so širokou škálou oxidantov, vrátane oxidantov z prostredia. Vo všeobecnosti možno interakciu kovu s oxidačnými činidlami vyjadriť pomocou schémy:

Ja + oxidačné činidlo" ja(+X),

Kde (+X) je kladný oxidačný stav Me.

Príklady oxidácie kovov.

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

Ti + I2 → Ti(+4) Ti + 2I2 = TiI4

Zn + H + → Zn(+2) Zn + 2H + = Zn2+ + H2

  • Rad činností kovov

    Redukčné vlastnosti kovov sa navzájom líšia. Elektródové potenciály E sa používajú ako kvantitatívna charakteristika redukčných vlastností kovov.

    Čím aktívnejší je kov, tým zápornejší je jeho štandardný elektródový potenciál E o.

    Kovy usporiadané v rade, keď ich oxidačná aktivita klesá, tvoria rad aktivity.

    Rad činností kovov

    ja Li K Ca Na 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
    Kov s negatívnejšou hodnotou Eo je schopný redukovať kovový katión s kladnejším elektródovým potenciálom.

    Redukcia kovu z roztoku jeho soli iným kovom s vyššou redukčnou aktivitou sa nazýva cementácia.. Cementovanie sa používa v metalurgických technológiách.

    Najmä Cd sa získava redukciou z roztoku jeho soli so zinkom.

    Zn + Cd2+ = Cd + Zn2+

  • 3.3. 1. Interakcia kovov s kyslíkom

    Kyslík je silné oxidačné činidlo. Dokáže oxidovať veľkú väčšinu kovov okremAuaPt . Kovy vo vzduchu prichádzajú do kontaktu s kyslíkom, preto sa pri štúdiu chémie kovov vždy venuje pozornosť vlastnostiam interakcie kovu s kyslíkom.

    Každý vie, že železo vo vlhkom vzduchu je pokryté hrdzou - hydratovaný oxid železa. Mnohé kovy v kompaktnom stave pri nie príliš vysokej teplote však vykazujú odolnosť voči oxidácii, pretože na svojom povrchu vytvárajú tenké ochranné filmy. Tieto filmy oxidačných produktov nedovoľujú, aby sa oxidačné činidlo dostalo do kontaktu s kovom. Jav tvorby ochranných vrstiev na povrchu kovu, ktoré zabraňujú oxidácii kovu, sa nazýva pasivácia kovu.

    Zvýšenie teploty podporuje oxidáciu kovov kyslíkom. Aktivita kovov sa zvyšuje v jemne rozomletom stave. Väčšina kovov vo forme prášku horí v kyslíku.

  • s-kovy

    Ukazuje sa najväčšia obnovovacia aktivitas-kovy. Kovy Na, K, Rb Cs sú schopné vznietenia na vzduchu a skladujú sa v uzavretých nádobách alebo pod vrstvou petroleja. Be a Mg sa pasivujú pri nízkych teplotách na vzduchu. Ale po zapálení horí Mg pásik oslnivým plameňom.

    KovyIIA-podskupiny a Li pri interakcii s kyslíkom tvoria oxidy.

    2Ca + O2 \u003d 2CaO

    4 Li + O 2 \u003d 2 Li 2 O

    Alkalické kovy okremLi, pri interakcii s kyslíkom netvoria oxidy, ale peroxidyja 2 O 2 a superoxidyMeO 2 .

    2Na + O2 \u003d Na202

    K + O2 = KO2

  • p-kovy

    Kovy vlastnenép- do bloku na vzduchu sú pasivované.

    Pri horení v kyslíku

    • Kovy podskupiny IIIA tvoria oxidy typu Ja 2 O 3,
    • Sn sa oxiduje na SNO 2 a Pb – až PbO
    • Bi ide do Bi203.
  • d-kovy

    Všetkyd- perióda 4 kovy sa oxidujú kyslíkom. Sc, Mn, Fe sa najľahšie oxidujú. Mimoriadne odolný proti korózii Ti, V, Cr.

    Pri spaľovaní v kyslíku zo všetkýchd

    Pri spaľovaní v kyslíku zo všetkýchd- prvky 4. periódy, len skandium, titán a vanád tvoria oxidy, v ktorých je Me v najvyššom oxidačnom stupni, rovnajúcom sa číslu skupiny. Zvyšné d-kovy 4. periódy pri spaľovaní v kyslíku vytvárajú oxidy, v ktorých je Me v strednom, ale stabilnom oxidačnom stave.

    Druhy oxidov tvorené d-kovmi so 4 periódami počas spaľovania v kyslíku:

    • Meo formy Zn, Cu, Ni, Co. (pri T>1000°C Cu tvorí Cu 2 O),
    • Ja 2 O 3, forma Cr, Fe a Sc,
    • MeO 2 - Mn a Ti
    • V tvorí najvyšší oxid - V 2 O 5 .
    d-kovy 5. a 6. periódy, okrem Y, La, viac ako všetky ostatné kovy sú odolné voči oxidácii. Nereagujte s kyslíkom Au, Pt .

    Pri spaľovaní v kyslíkud-kovy s 5 a 6 periódami tvoria spravidla vyššie oxidy, výnimkou sú kovy Ag, Pd, Rh, Ru.

    Druhy oxidov tvorené d-kovmi s 5 a 6 periódami počas spaľovania v kyslíku:

    • Ja 2 O 3- forma 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;
  • Interakcia kovov s kyselinami

    V kyslých roztokoch je katión vodíka oxidačným činidlom.. Katión H + môže oxidovať kovy v sérii aktivít na vodík, t.j. so záporným elektródovým potenciálom.

    Mnohé kovy sa po oxidácii v kyslých vodných roztokoch menia na katiónyMez + .

    Anióny mnohých kyselín sú schopné vykazovať oxidačné vlastnosti, ktoré sú silnejšie ako H+. Medzi takéto oxidačné činidlá patria anióny a najbežnejšie kyseliny H 2 SO 4 aHNO 3 .

    Anióny NO 3 - vykazujú oxidačné vlastnosti pri akejkoľvek koncentrácii v roztoku, ale produkty redukcie závisia od koncentrácie kyseliny a povahy oxidovaného kovu.

    Anióny SO 4 2- vykazujú oxidačné vlastnosti len v koncentrovanej H 2 SO 4 .

    Produkty redukcie oxidantov: H+, NO 3 - , SO 4 2 -

    2H++ 2e-=H 2

    SO 4 2- z koncentrovanej H2SO4 SO 4 2- + 2e - + 4 H + = SO 2 + 2 H 2 O

    (možná aj tvorba S, H2S)

    NO 3 - z koncentrovanej HNO 3 NO 3 - + e - +2H+= N02 + H20
    NO 3 - zo zriedenej HNO 3 NO 3 - + 3e - +4H+=NO + 2H20

    (Je tiež možné vytvoriť N20, N2, NH4+)

    Príklady reakcií interakcií kovov s kyselinami

    Zn + H2S04 (razb.) "ZnS04 + H2

    8Al + 15H2S04 (c.) "4Al2(S04)3 + 3H2S + 12H20

    3Ni + 8HNO3 (deb.) " 3Ni(N03)2 + 2NO + 4H20

    Cu + 4HN03 (c.) "Cu (N03)2 + 2N02 + 2H20

  • Produkty oxidácie kovov v kyslých roztokoch

    Alkalické kovy tvoria katión typu Me +, s-kovy druhej skupiny tvoria katióny Ja 2+.

    Kovy p-bloku, keď sú rozpustené v kyselinách, tvoria katióny uvedené v tabuľke.

    Kovy Pb a Bi sa rozpúšťajú iba v kyseline dusičnej.

    ja Al Ga In Tl sn Pb Bi
    Mez+ Al 3+ Ga3+ V 3+ Tl+ sn 2+ Pb 2+ Bi 3+
    Eo, B -1,68 -0,55 -0,34 -0,34 -0,14 -0,13 +0,317

    Všetky d-kovy 4 periódy okrem Cu , môžu byť oxidované iónmiH+ v kyslých roztokoch.

    Typy katiónov tvorených d-kovmi 4 periódy:

    • Ja 2+(tvoria d-kovy od Mn po Cu)
    • Ja 3+ ( forma Sc, Ti, V, Cr a Fe v kyseline dusičnej).
    • Ti a V tiež tvoria katióny MeO2+
    d-prvky z obdobia 5 a 6 sú odolnejšie voči oxidácii ako 4d- kovy.

    V kyslých roztokoch môže H + oxidovať: Y, La, Cd.

    V HNO 3 môže rozpúšťať: Cd, Hg, Ag. Horúca HNO 3 rozpúšťa Pd, Tc, Re.

    V horúcej H 2 SO 4 rozpúšťame: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg.

    Kovy: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W sa zvyčajne rozpúšťajú v zmesi HNO 3 + HF.

    V aqua regia (zmesi HNO 3 + HCl) sa ťažko rozpúšťajú Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au a Os). Dôvodom rozpúšťania kovov v aqua regia alebo v zmesi HNO 3 + HF je tvorba komplexných zlúčenín.

    Príklad. Rozpustenie zlata v aqua regia je možné v dôsledku vytvorenia komplexu -

    Au + HNO3 + 4HCl \u003d H + NO + 2H20

  • Interakcia kovov s vodou

    Oxidačné vlastnosti vody sú spôsobené H(+1).

    2H20 + 2e -" H 2 + 2OH -

    Keďže koncentrácia H + vo vode je nízka, jeho oxidačné vlastnosti sú nízke. Kovy sa môžu rozpúšťať vo vode 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. Všetkys- kovy okrem Be a Mg ľahko rozpustný vo vode.

    2 Na + 2 HOH = H 2 + 2 Oh -

    Na prudko reaguje s vodou a uvoľňuje teplo. Emitovaný H2 sa môže vznietiť.

    2H2+02 \u003d 2H20

    Mg sa rozpúšťa len vo vriacej vode, Be je chránené pred oxidáciou inertným nerozpustným oxidom

    p-blokové kovy sú menej silné redukčné činidlá akos.

    Medzi p-kovmi je redukčná aktivita vyššia pre kovy podskupiny IIIA, Sn a Pb sú slabé redukčné činidlá, Bi má Eo > 0.

    p-kovy sa za normálnych podmienok vo vode nerozpúšťajú. Keď sa ochranný oxid rozpustí z povrchu v alkalických roztokoch, Al, Ga a Sn sa oxidujú vodou.

    Spomedzi d-kovov sa oxidujú vodou pri zahrievaní Sc a Mn, La, Y. Železo reaguje s vodnou parou.

  • Interakcia kovov s alkalickými roztokmi

    V alkalických roztokoch voda pôsobí ako oxidačné činidlo..

    2H20 + 2e - \u003dH2 + 2OH - Eo \u003d - 0,826 B (pH \u003d 14)

    Oxidačné vlastnosti vody sa znižujú so zvyšujúcim sa pH, v dôsledku poklesu koncentrácie H +. však niektoré kovy, ktoré sa nerozpúšťajú vo vode, sa rozpúšťajú v alkalických roztokoch, napríklad Al, Zn a niektoré ďalšie. Hlavným dôvodom rozpúšťania takýchto kovov v alkalických roztokoch je to, že oxidy a hydroxidy týchto kovov sú amfotérne, rozpúšťajú sa v zásadách, čím sa eliminuje bariéra medzi oxidačným činidlom a redukčným činidlom.

    Príklad. Rozpustenie Al v roztoku NaOH.

    2Al + 3H20 + 2NaOH + 3H20 \u003d 2Na + 3H2