Kemijske lastnosti preprostih kovin. Splošne fizikalne in kemijske lastnosti kovin

Kovine so aktivna redukcijska sredstva s pozitivnim oksidacijskim stanjem. Zaradi svojih kemičnih lastnosti se kovine pogosto uporabljajo v industriji, metalurgiji, medicini in gradbeništvu.

Kovinska dejavnost

V reakcijah kovinski atomi darujejo valenčne elektrone in se oksidirajo. Več energijskih nivojev in manj elektronov ima atom kovine, lažje mu je darovati elektrone in vstopiti v reakcije. Zato se kovinske lastnosti povečajo od zgoraj navzdol in od desne proti levi v periodnem sistemu.

riž. 1. Sprememba kovinskih lastnosti v periodnem sistemu.

Aktivnost preprostih snovi je prikazana v elektrokemični seriji kovinskih napetosti. Levo od vodika so aktivne kovine (aktivnost narašča proti levemu robu), desno - neaktivne.

Najbolj aktivne so alkalijske kovine, ki so v skupini I periodnega sistema in so levo od vodika v elektrokemični seriji napetosti. Že pri sobni temperaturi reagirajo s številnimi snovmi. Sledijo zemeljskoalkalijske kovine, ki jih uvrščamo v skupino II. Pri segrevanju reagirajo z večino snovi. Kovine, ki so v elektrokemični seriji od aluminija do vodika (srednja aktivnost), zahtevajo dodatne pogoje za vstop v reakcije.

riž. 2. Elektrokemični niz napetosti kovin.

Nekatere kovine kažejo amfoterne lastnosti ali dvojnost. Kovine, njihovi oksidi in hidroksidi reagirajo s kislinami in bazami. Večina kovin reagira samo z določenimi kislinami, da nadomesti vodik in tvori sol. Najbolj izrazite dvojne lastnosti kažejo:

  • aluminij;
  • svinec;
  • cink;
  • železo;
  • baker;
  • berilij;
  • krom.

Vsaka kovina je sposobna premakniti drugo kovino desno od sebe v elektrokemični seriji iz soli. Kovine levo od vodika ga izpodrivajo iz razredčenih kislin.

Lastnosti

Značilnosti interakcije kovin z različnimi snovmi so predstavljene v tabeli kemijskih lastnosti kovin.

Reakcija

Posebnosti

Enačba

S kisikom

Večina kovin tvori oksidne filme. Alkalijske kovine se spontano vžgejo v prisotnosti kisika. V tem primeru natrij tvori peroksid (Na 2 O 2), preostale kovine skupine I so superoksidi (RO 2). Pri segrevanju se zemeljskoalkalijske kovine spontano vnamejo, medtem ko kovine srednje aktivnosti oksidirajo. Zlato in platina ne sodelujeta s kisikom

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

Z vodikom

Alkalna reakcija reagira pri sobni temperaturi, medtem ko zemeljskoalkalna reagira pri segrevanju. Berilij ne reagira. Magnezij poleg tega potrebuje visok pritisk

Sr + H 2 → SrH 2 ;

2Na + H2 → 2NaH;

Mg + H 2 → MgH 2

Samo aktivne kovine. Litij reagira pri sobni temperaturi. Druge kovine - pri segrevanju

6Li + N 2 → 2Li 3 N;

3Ca + N 2 → Ca 3 N 2

Z ogljikom

Litij in natrij, ostalo - pri segrevanju

4Al + 3C → Al 3 C4;

2Li+2C → Li 2 C 2

Zlato in platina ne delujeta

2K + S → K 2 S;

Fe + S → FeS;

Zn + S → ZnS

s fosforjem

Ko se segreje

3Ca + 2P → Ca 3 P 2

S halogeni

Samo neaktivne kovine ne reagirajo, baker - pri segrevanju

Cu + Cl 2 → CuCl 2

Alkalijske in nekatere zemeljskoalkalijske kovine. Ko se segreje, v kislem ali alkalnem okolju reagirajo kovine srednje aktivnosti

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2;

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2;

Pb + H 2 O → PbO + H 2

S kislinami

Kovine levo od vodika. Baker se raztopi v koncentriranih kislinah

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

Z alkalijami

Samo amfoterne kovine

2Al + 2KOH + 6H 2 O → 2K + 3H 2

Aktivni nadomestki za manj aktivne kovine

3Na + AlCl 3 → 3NaCl + Al

Kovine medsebojno delujejo in tvorijo intermetalne spojine - 3Cu + Au → Cu 3 Au, 2Na + Sb → Na 2 Sb.

Aplikacija

Splošne kemijske lastnosti kovin se uporabljajo za ustvarjanje zlitin, detergentov in se uporabljajo v katalitskih reakcijah. Kovine so prisotne v baterijah, elektroniki in nosilnih konstrukcijah.

Glavna področja uporabe so navedena v tabeli.

riž. 3. Bizmut.

Kaj smo se naučili?

Pri pouku kemije v 9. razredu smo spoznavali osnovne kemijske lastnosti kovin. Sposobnost interakcije s preprostimi in zapletenimi snovmi določa aktivnost kovin. Bolj aktivna je kovina, lažje reagira v normalnih pogojih. Aktivne kovine reagirajo s halogeni, nekovinami, vodo, kislinami, solmi. Amfoterne kovine medsebojno delujejo z alkalijami. Neaktivne kovine ne reagirajo z vodo, halogeni in večino nekovin. Na kratko pregledali področja uporabe. Kovine se uporabljajo v medicini, industriji, metalurgiji in elektroniki.

Tematski kviz

Ocenjevanje poročila

Povprečna ocena: 4.4. Skupno prejetih ocen: 89.

Prvi material, ki so se ga ljudje naučili uporabljati za svoje potrebe, je kamen. Vendar pa se je kasneje, ko se je človek zavedal lastnosti kovin, kamen premaknil daleč nazaj. Prav te snovi in ​​njihove zlitine so postale najpomembnejši in glavni material v rokah ljudi. Iz njih so izdelovali gospodinjske predmete, delovno orodje, zgradili prostore. Zato bomo v tem članku preučili, kaj so kovine, katerih splošne značilnosti, lastnosti in uporaba so tako pomembne do danes. Dejansko je dobesedno takoj po kameni dobi sledila cela galaksija kovinskih: bakra, brona in železa.

Kovine: splošne značilnosti

Kaj združuje vse predstavnike teh preprostih snovi? Seveda je to struktura njihove kristalne mreže, vrste kemičnih vezi in značilnosti elektronske strukture atoma. Konec koncev, od tod značilne fizikalne lastnosti, ki so osnova za uporabo teh materialov s strani ljudi.

Najprej upoštevajte kovine kot kemične elemente periodnega sistema. V njem se nahajajo precej prosto in zasedajo 95 celic od do zdaj znanih 115. V splošnem sistemu je več značilnosti njihove lokacije:

  • Sestavljajo glavne podskupine skupin I in II, pa tudi III, začenši z aluminijem.
  • Vse stranske podskupine sestavljajo samo kovine.
  • Nahajajo se pod pogojno diagonalo od bora do astatina.

Na podlagi takih podatkov je enostavno ugotoviti, da so nekovine zbrane v zgornjem desnem delu sistema, preostali prostor pa pripada elementom, ki jih obravnavamo.

Vsi imajo več značilnosti elektronske strukture atoma:


Splošne značilnosti kovin in nekovin omogočajo prepoznavanje vzorcev v njihovi strukturi. Torej, kristalna rešetka prvega je kovinska, posebna. Njegova vozlišča vsebujejo več vrst delcev hkrati:

  • ioni;
  • atomi;
  • elektronov.

V notranjosti se nabira navaden oblak, imenovan elektronski plin, ki pojasnjuje vse fizikalne lastnosti teh snovi. Vrsta kemične vezi v kovinah je z njimi enaka.

Fizične lastnosti

Obstaja več parametrov, ki združujejo vse kovine. Njihove splošne značilnosti glede fizikalnih lastnosti so naslednje.


Navedeni parametri so splošne značilnosti kovin, torej vse, kar jih združuje v eno veliko družino. Vendar je treba razumeti, da obstajajo izjeme pri vsakem pravilu. Poleg tega je takšnih elementov preveč. Zato znotraj same družine obstajajo tudi delitve na različne skupine, ki jih bomo obravnavali v nadaljevanju in za katere bomo navedli značilne lastnosti.

Kemijske lastnosti

Z vidika kemijske znanosti so vse kovine redukci. In zelo močno. Manj kot je elektronov na zunanji ravni in večji je atomski polmer, močnejša je kovina glede na določen parameter.

Kot rezultat, kovine lahko reagirajo z:


To je le splošen pregled kemičnih lastnosti. Konec koncev so za vsako skupino elementov povsem individualni.

zemeljskoalkalijske kovine

Splošne značilnosti zemeljskoalkalijskih kovin so naslednje:


Tako so zemeljskoalkalijske kovine pogosti elementi družine s, ki kažejo visoko kemično aktivnost in so močna redukcijska sredstva ter pomembni udeleženci bioloških procesov v telesu.

alkalijske kovine

Splošna značilnost se začne z njihovim imenom. Prejeli so ga zaradi sposobnosti, da se raztopi v vodi, pri čemer tvori alkalije - jedke hidrokside. Reakcije z vodo so zelo burne, včasih vnetljive. Te snovi v naravi ne najdemo v prosti obliki, saj je njihova kemična aktivnost previsoka. Reagirajo z zrakom, vodno paro, nekovinami, kislinami, oksidi in solmi, torej s skoraj vsem.

To je posledica njihove elektronske strukture. Na zunanji ravni je samo en elektron, ki ga zlahka oddajo. To so najmočnejša redukcijska sredstva, zato je trajalo precej časa, da so jih pridobili v čisti obliki. Prvi je to storil Humphrey Davy že v 18. stoletju z elektrolizo natrijevega hidroksida. Zdaj so vsi predstavniki te skupine rudarjeni s to metodo.

Splošna značilnost alkalijskih kovin je tudi, da predstavljajo prvo skupino glavne podskupine periodnega sistema. Vsi so pomembni elementi, ki tvorijo številne dragocene naravne spojine, ki jih uporablja človek.

Splošne značilnosti kovin d- in f-družin

Ta skupina elementov vključuje vse tiste, katerih oksidacijsko stanje se lahko razlikuje. To pomeni, da lahko kovina, odvisno od pogojev, deluje tako kot oksidant kot redukcijsko sredstvo. Takšni elementi imajo veliko sposobnost, da vstopijo v reakcije. Med njimi je veliko število amfoternih snovi.

Splošno ime za vse te atome so prehodni elementi. Prejeli so ga zaradi dejstva, da po svojih lastnostih res stojijo tako rekoč na sredini med tipičnimi kovinami iz družine s in nekovinami iz družine p.

Splošna značilnost prehodnih kovin pomeni označevanje njihovih podobnih lastnosti. so naslednji:

  • veliko število elektronov na zunanji ravni;
  • velik atomski polmer;
  • več stopenj oksidacije (od +3 do +7);
  • so na d- ali f-podravni;
  • tvorijo 4-6 velikih obdobij sistema.

Kot enostavne snovi so kovine te skupine zelo močne, duktilne in temprane, zato so velikega industrijskega pomena.

Stranske podskupine periodnega sistema

Splošne značilnosti kovin sekundarnih podskupin popolnoma sovpadajo s tistimi prehodnih. In to ni presenetljivo, saj je v resnici popolnoma ista stvar. Samo stranske podskupine sistema tvorijo ravno predstavniki d- in f-družin, torej prehodne kovine. Zato lahko rečemo, da so ti pojmi sinonimi.

Najaktivnejši in najpomembnejši med njimi je prva vrsta 10 predstavnikov od skadija do cinka. Vsi so velikega industrijskega pomena in jih človek pogosto uporablja, zlasti za taljenje.

zlitine

Splošne značilnosti kovin in zlitin omogočajo razumevanje, kje in kako je mogoče uporabiti te snovi. Takšne spojine so v zadnjih desetletjih doživele velike preobrazbe, saj se odkriva in sintetizira vedno več novih dodatkov za izboljšanje njihove kakovosti.

Najbolj znane zlitine danes so:

  • medenina;
  • duralumin;
  • lito železo;
  • jeklo;
  • bron;
  • bo zmagal;
  • nikrom in drugi.

Kaj je zlitina? To je mešanica kovin, pridobljena s taljenjem slednjih v posebnih pečalnih napravah. To se naredi, da dobimo izdelek, ki je po lastnostih boljši od čistih snovi, ki ga tvorijo.

Primerjava lastnosti kovin in nekovin

Če govorimo o splošnih lastnostih, se bodo značilnosti kovin in nekovin razlikovale v eni zelo pomembni točki: pri slednjih podobnih lastnosti ni mogoče razlikovati, saj se močno razlikujejo po svojih manifestiranih lastnostih, tako fizikalnih kot kemičnih.

Zato je nemogoče ustvariti takšno značilnost za nekovine. Možno je le ločeno obravnavati predstavnike vsake skupine in opisati njihove lastnosti.

Če v periodnem sistemu elementov D.I. Mendelejeva narišemo diagonalo od berilija do astatina, bodo na diagonali spodaj levo kovinski elementi (vključujejo tudi elemente sekundarnih podskupin, označene z modro), in na vrhu desno - nekovinski elementi (označeni z rumeno). Elementi, ki se nahajajo v bližini diagonale - polkovine ali metaloidi (B, Si, Ge, Sb itd.), Imajo dvojni značaj (poudarjeni z roza).

Kot je razvidno iz slike, je velika večina elementov kovin.

Kovine so po svoji kemični naravi kemični elementi, katerih atomi oddajajo elektrone z zunanjih ali predzunanjih energijskih nivojev in tako tvorijo pozitivno nabite ione.

Skoraj vse kovine imajo relativno velike polmere in majhno število elektronov (od 1 do 3) na zunanji energijski ravni. Za kovine so značilne nizke vrednosti elektronegativnosti in redukcijske lastnosti.

Najbolj značilne kovine se nahajajo na začetku obdobij (začenši od drugega), naprej od leve proti desni, kovinske lastnosti oslabijo. V skupini od zgoraj navzdol se izboljšajo kovinske lastnosti, ker se radij atomov poveča (zaradi povečanja števila energijskih nivojev). To vodi do zmanjšanja elektronegativnosti (zmožnosti privabljanja elektronov) elementov in povečanja redukcijskih lastnosti (zmožnost darovanja elektronov drugim atomom v kemičnih reakcijah).

tipično kovine so s-elementi (elementi skupine IA od Li do Fr. elementi skupine PA od Mg do Ra). Splošna elektronska formula njihovih atomov je ns 1-2. Zanje sta značilna oksidacijska stanja + I in + II.

Majhno število elektronov (1-2) v zunanji energijski ravni tipičnih kovinskih atomov kaže na enostavno izgubo teh elektronov in na pojav močnih redukcijskih lastnosti, ki odražajo nizke vrednosti elektronegativnosti. To pomeni omejene kemične lastnosti in metode za pridobivanje tipičnih kovin.

Značilna lastnost tipičnih kovin je težnja njihovih atomov, da tvorijo katione in ionske kemične vezi z atomi nekovinov. Spojine tipičnih kovin z nekovinami so ionski kristali "kovinski kationski anion nekovine", na primer K + Br -, Ca 2+ O 2-. Tipični kovinski kationi so vključeni tudi v spojine s kompleksnimi anioni - hidroksidi in soli, na primer Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-.

Kovine skupine A, ki tvorijo amfoterno diagonalo v periodnem sistemu Be-Al-Ge-Sb-Po, kot tudi kovine, ki so jim sosednje (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi), ne kažejo tipično kovinskih lastnosti . Splošna elektronska formula njihovih atomov ns 2 np 0-4 pomeni večjo raznolikost oksidacijskih stanj, večjo sposobnost zadrževanja lastnih elektronov, postopno zmanjševanje njihove redukcijske sposobnosti in pojav oksidacijske sposobnosti, zlasti v visokih oksidacijskih stanjih (tipični primeri so spojine Tl III, Pb IV, Bi v ). Podobno kemijsko obnašanje je značilno tudi za večino (d-elemente, torej elemente B-skupin periodnega sistema (tipična primera sta amfoterna elementa Cr in Zn).

Ta manifestacija dvojnih (amfoternih) lastnosti, tako kovinskih (bazičnih) kot nekovinskih, je posledica narave kemične vezi. V trdnem stanju spojine atipičnih kovin z nekovinami vsebujejo pretežno kovalentne vezi (vendar manj močne kot vezi med nekovinami). V raztopini se te vezi zlahka pretrgajo in spojine disociirajo na ione (popolnoma ali delno). Na primer, kovinski galij je sestavljen iz molekul Ga 2, v trdnem stanju aluminij in živosrebrov (II) klorid AlCl 3 in HgCl 2 vsebujeta močno kovalentne vezi, vendar se v raztopini AlCl 3 skoraj popolnoma disociira, HgCl 2 pa do zelo majhne obsega (in tudi takrat v ione HgCl + in Cl -).


Splošne fizikalne lastnosti kovin

Zaradi prisotnosti prostih elektronov ("elektronskega plina") v kristalni mreži imajo vse kovine naslednje značilne splošne lastnosti:

1) Plastični- sposobnost enostavnega spreminjanja oblike, raztezanja v žico, zvijanja v tanke liste.

2) kovinski lesk in motnost. To je posledica interakcije prostih elektronov s svetlobo, ki pada na kovino.

3) Električna prevodnost. Pojasnjuje se z usmerjenim gibanjem prostih elektronov od negativnega do pozitivnega pola pod vplivom majhne potencialne razlike. Pri segrevanju se električna prevodnost zmanjša, ker. z dvigom temperature se povečajo vibracije atomov in ionov v vozliščih kristalne mreže, kar oteži usmerjeno gibanje »elektronskega plina«.

4) Toplotna prevodnost. To je posledica visoke mobilnosti prostih elektronov, zaradi česar se temperatura hitro izenači z maso kovine. Najvišjo toplotno prevodnost imata bizmut in živo srebro.

5) Trdota. Najtrši je krom (reže steklo); najmehkejše - alkalijske kovine - kalij, natrij, rubidij in cezij - režemo z nožem.

6) Gostota. Manjša je, manjša je atomska masa kovine in večji je polmer atoma. Najlažji je litij (ρ=0,53 g/cm3); najtežji je osmij (ρ=22,6 g/cm3). Kovine z gostoto manj kot 5 g/cm3 se štejejo za "lahke kovine".

7) Tališča in vrelišče. Najbolj topljiva kovina je živo srebro (m.p. = -39°C), najbolj ognjevzdržna kovina je volfram (t°m. = 3390°C). Kovine s t°pl. nad 1000°C veljajo za ognjevzdržne, pod - nizko tališče.

Splošne kemijske lastnosti kovin

Močna redukcijska sredstva: Me 0 – nē → Me n +

Številne napetosti so značilne za primerjalno aktivnost kovin v redoks reakcijah v vodnih raztopinah.

I. Reakcije kovin z nekovinami

1) S kisikom:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Z žveplom:
Hg + S → HgS

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

4) Z dušikom:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) s fosforjem:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) Z vodikom (reagirajo samo alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Reakcije kovin s kislinami

1) Kovine, ki stojijo v elektrokemični seriji napetosti do H, reducirajo neoksidativne kisline v vodik:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) Z oksidacijskimi kislinami:

Pri interakciji dušikove kisline katere koli koncentracije in koncentrirane žveplove kisline s kovinami vodik se nikoli ne sprošča!

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) + Сu → Сu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Interakcija kovin z vodo

1) Aktivni (alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine) tvorijo topno bazo (alkalijo) in vodik:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) Kovine srednje aktivnosti oksidira voda, ko se segreje v oksid:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Neaktiven (Au, Ag, Pt) - ne reagirajte.

IV. Izpodrivanje z bolj aktivnimi kovinami manj aktivnih kovin iz raztopin njihovih soli:

Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

V industriji se pogosto ne uporabljajo čiste kovine, ampak njihove mešanice - zlitine pri katerem se koristne lastnosti ene kovine dopolnjujejo s koristnimi lastnostmi druge. Torej ima baker nizko trdoto in je malo uporaben za izdelavo strojnih delov, medtem ko zlitine bakra s cinkom ( medenina) so že precej trde in se pogosto uporabljajo v strojništvu. Aluminij ima visoko duktilnost in zadostno lahkotnost (nizka gostota), vendar je premehak. Na njegovi osnovi se pripravi zlitina z magnezijem, bakrom in manganom - duralumin (duralumin), ki brez izgube uporabnih lastnosti aluminija pridobi visoko trdoto in postane primerna v letalski industriji. Zlitine železa z ogljikom (in dodatki drugih kovin) so splošno znane lito železo in jeklo.

Kovine v prosti obliki so redukcijskih sredstev. Vendar pa je reaktivnost nekaterih kovin nizka zaradi dejstva, da so prekrite z površinski oksidni film, v različni meri odporen na delovanje kemičnih reagentov, kot so voda, raztopine kislin in alkalij.

Na primer, svinec je vedno prekrit z oksidnim filmom, njegov prehod v raztopino pa ne zahteva le izpostavljenosti reagentu (na primer razredčeni dušikovi kislini), temveč tudi segrevanje. Oksidni film na aluminiju preprečuje njegovo reakcijo z vodo, vendar se pod delovanjem kislin in alkalij uniči. Ohlapen oksidni film (rja), ki nastane na površini železa v vlažnem zraku, ne moti nadaljnje oksidacije železa.

Pod vplivom koncentriran na kovinah nastajajo kisline trajnostno oksidni film. Ta pojav se imenuje pasivizacija. Torej, koncentrirano žveplova kislina pasivizirane (in nato ne reagirajo s kislino) kovine, kot so Be, Bi, Co, Fe, Mg in Nb, in v koncentrirani dušikovi kislini - kovine A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th in U.

Pri interakciji z oksidanti v kislih raztopinah se večina kovin spremeni v katione, katerih naboj je določen s stabilnim oksidacijskim stanjem določenega elementa v spojinah (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ in Fe 3 +)

Redukcijska aktivnost kovin v kisli raztopini se prenaša z vrsto napetosti. Večina kovin se pretvori v raztopino s klorovodikovo in razredčeno žveplovo kislino, vendar Cu, Ag in Hg - samo z žveplovo (zgoščeno) in dušikovo kislino, Pt in Au - s "kraljevo vodo".

Korozija kovin

Neželena kemična lastnost kovin je njihova, torej aktivno uničenje (oksidacija) ob stiku z vodo in pod vplivom v njej raztopljenega kisika. (kisikova korozija). Na primer, korozija železnih izdelkov v vodi je splošno znana, zaradi česar nastane rja, izdelki pa se drobijo v prah.

Korozija kovin poteka tudi v vodi zaradi prisotnosti raztopljenih plinov CO 2 in SO 2; ustvari se kislo okolje, katione H + pa izpodrivajo aktivne kovine v obliki vodika H 2 ( vodikova korozija).

Točka stika med dvema različnima kovinama je lahko še posebej jedka ( kontaktna korozija). Med eno kovino, kot je Fe, in drugo kovino, kot sta Sn ali Cu, ki je postavljena v vodo, se pojavi galvanski par. Pretok elektronov poteka od bolj aktivne kovine, ki je levo v nizu napetosti (Re), do manj aktivne kovine (Sn, Cu), bolj aktivna kovina pa se uniči (korodira).

Prav zaradi tega pločevinasta površina pločevink (kositirano železo) rjavi, ko so shranjeni v vlažni atmosferi in z neprevidnim ravnanjem (železo se že po pojavu majhne praske hitro zruši, kar omogoča stik železa z vlago). Nasprotno, pocinkana površina železnega vedra dolgo ne rjavi, saj tudi če so praske, ne korodira železo, ampak cink (bolj aktivna kovina kot železo).

Korozijska odpornost za določeno kovino se poveča, če je prevlečena z bolj aktivno kovino ali ko sta taljeni; na primer oblaganje železa s kromom ali izdelava zlitine železa s kromom odpravi korozijo železa. Kromirano železo in jeklo, ki vsebuje krom ( nerjaveče jeklo) imajo visoko korozijsko odpornost.

elektrometalurgija, to je pridobivanje kovin z elektrolizo talin (za najbolj aktivne kovine) ali solnih raztopin;

pirometalurgija t.j. pridobivanje kovin iz rud pri visoki temperaturi (na primer proizvodnja železa v plavžnem procesu);

hidrometalurgija izolacija kovin iz raztopin njihovih soli z bolj aktivnimi kovinami (na primer proizvodnja bakra iz raztopine CuSO 4 z delovanjem cinka, železa ali aluminija).

Samorodne kovine se včasih nahajajo v naravi (tipični primeri so Ag, Au, Pt, Hg), pogosteje pa so kovine v obliki spojin ( kovinske rude). Po razširjenosti v zemeljski skorji so kovine različne: od najpogostejših - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) do najredkejših - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.


Restavrativne lastnosti- To so glavne kemijske lastnosti, značilne za vse kovine. Pojavljajo se v interakciji z najrazličnejšimi oksidanti, vključno z oksidanti iz okolja. Na splošno lahko interakcijo kovine z oksidanti izrazimo s shemo:

Jaz + oksidant" jaz(+X),

Kjer je (+X) pozitivno oksidacijsko stanje Me.

Primeri oksidacije kovin.

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 dejavnosti kovin

    Redukcijske lastnosti kovin se med seboj razlikujejo. Potenciali elektrod E se uporabljajo kot kvantitativna značilnost redukcijskih lastnosti kovin.

    Bolj aktivna kot je kovina, bolj negativen je njen standardni elektrodni potencial E o.

    Kovine, razporejene v vrsto, ko se njihova oksidativna aktivnost zmanjša, tvorijo vrsto aktivnosti.

    Serija dejavnosti kovin

    jaz Li K pribl Na mg Al Mn Zn Kr 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
    Kovina z bolj negativno vrednostjo Eo lahko reducira kovinski kation z bolj pozitivnim potencialom elektrode.

    Redukcija kovine iz raztopine njene soli z drugo kovino z višjo redukcijsko aktivnostjo se imenuje cementacija.. Cementacija se uporablja v metalurških tehnologijah.

    Zlasti Cd dobimo tako, da ga reduciramo iz raztopine njegove soli s cinkom.

    Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

  • 3.3. 1. Interakcija kovin s kisikom

    Kisik je močan oksidant. Lahko oksidira veliko večino kovin, razenAuinPt . Kovine v zraku pridejo v stik s kisikom, zato se pri preučevanju kemije kovin vedno posveča pozornost značilnostim interakcije kovine s kisikom.

    Vsi vedo, da je železo v vlažnem zraku prekrito z rjo - hidratiziranim železovim oksidom. Toda številne kovine v kompaktnem stanju pri ne previsoki temperaturi kažejo odpornost proti oksidaciji, saj na svoji površini tvorijo tanke zaščitne filme. Ti filmi oksidacijskih produktov ne dopuščajo, da bi oksidant prišel v stik s kovino. Pojav tvorbe zaščitnih plasti na površini kovine, ki preprečujejo oksidacijo kovine, se imenuje pasivacija kovine.

    Zvišanje temperature spodbuja oksidacijo kovin s kisikom. Aktivnost kovin se poveča v fino zdrobljenem stanju. Večina kovin v prahu gori v kisiku.

  • s-kovine

    Prikazana je največja obnovitvena aktivnosts-kovine. Kovine Na, K, Rb Cs se lahko vnamejo na zraku in so shranjene v zaprtih posodah ali pod plastjo kerozina. Be in Mg se pasivizirata pri nizkih temperaturah v zraku. Toda ko se vžge, Mg trak gori z bleščečim plamenom.

    KovineIIA-podskupine in Li pri interakciji s kisikom tvorijo okside.

    2Ca + O 2 \u003d 2CaO

    4 Li + O 2 \u003d 2 Li 2 O

    Alkalijske kovine, razenLi, pri interakciji s kisikom ne tvorijo oksidov, temveč peroksidejaz 2 O 2 in superoksidiMeO 2 .

    2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

    K + O 2 = KO 2

  • p-kovine

    Kovine v lastistr- do bloka na zraku so pasivirani.

    Pri gorenju v kisiku

    • Kovine podskupine IIIA tvorijo okside tipa jaz 2 O 3,
    • Sn se oksidira v SNO 2 , in Pb - do PbO
    • Bi gre k Bi 2 O 3.
  • d-kovine

    vsed- kovine iz obdobja 4 oksidira kisik. Sc, Mn, Fe se najlažje oksidirajo. Posebej odporen proti koroziji Ti, V, Cr.

    Pri zgorevanju v kisiku od vsehd

    Pri zgorevanju v kisiku od vsehd- elementi 4. obdobja, le skandij, titan in vanadij tvorijo okside, v katerih je Me v najvišjem oksidacijskem stanju, enak številki skupine. Preostale d-kovine 4. obdobja pri zgorevanju v kisiku tvorijo okside, v katerih je Me v vmesnih, a stabilnih oksidacijskih stanjih.

    Vrste oksidov, ki jih tvorijo d-kovine 4 obdobij med zgorevanjem v kisiku:

    • Meo v obliki Zn, Cu, Ni, Co. (pri T>1000оС Cu tvori Cu 2 O),
    • jaz 2 O 3, v obliki Cr, Fe in Sc,
    • MeO 2 - Mn in Ti
    • V tvori najvišji oksid - V 2 O 5 .
    d-kovine 5. in 6. obdobja, razen Y, La, bolj kot vse druge kovine so odporne proti oksidaciji. Ne reagirajte s kisikom Au, Pt .

    Pri zgorevanju v kisikud-kovine 5 in 6 obdobij praviloma tvorijo višje okside, izjema so kovine Ag, Pd, Rh, Ru.

    Vrste oksidov, ki jih tvorijo d-kovine 5 in 6 obdobij med zgorevanjem v kisiku:

    • jaz 2 O 3- oblika Y, La; Rh;
    • MeO 2- Zr, Hf; Ir:
    • jaz 2 O 5- Nb, Ta;
    • MeO 3- Mo, W
    • Jaz 2 O 7- Tc, Re
    • Meo 4 - Os
    • MeO- Cd, Hg, Pd;
    • jaz 2 O- Ag;
  • Interakcija kovin s kislinami

    V kislinskih raztopinah je vodikov kation oksidant.. Kation H + lahko oksidira kovine v nizu aktivnosti v vodik, tj. z negativnimi potenciali elektrod.

    Mnoge kovine se ob oksidaciji v kislih vodnih raztopinah mnoge spremenijo v kationeMez + .

    Anioni številnih kislin so sposobni pokazati oksidativne lastnosti, ki so močnejše od H+. Takšni oksidanti vključujejo anione in najpogostejše kisline H 2 TAKO 4 inHNO 3 .

    Anioni NO 3 - kažejo oksidacijske lastnosti pri kateri koli koncentraciji v raztopini, vendar so redukcijski produkti odvisni od koncentracije kisline in narave oksidirane kovine.

    Anioni SO 4 2- kažejo oksidativne lastnosti le v koncentrirani H 2 SO 4 .

    Izdelki za redukcijo oksidantov: H + , NO 3 - , TAKO 4 2 -

    2H + + 2e - =H 2

    TAKO 4 2- iz koncentrirane H 2 SO 4 TAKO 4 2- + 2e - + 4 H + = TAKO 2 + 2 H 2 O

    (možna tudi tvorba S, H 2 S)

    NO 3 - iz koncentrirane HNO 3 NE 3 - + e - +2H+= NO 2 + H 2 O
    NO 3 - iz razredčenega HNO 3 NE 3 - + 3e - +4H+=NO + 2H2O

    (Mogoče je tvoriti tudi N 2 O, N 2, NH 4 +)

    Primeri reakcij interakcije kovin s kislinami

    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

  • Produkti oksidacije kovin v kislih raztopinah

    Alkalijske kovine tvorijo kation tipa Me +, s-kovine druge skupine tvorijo katione jaz 2+.

    Kovine p-bloka, ko so raztopljene v kislinah, tvorijo katione, navedene v tabeli.

    Kovini Pb in Bi se raztopita samo v dušikovi kislini.

    jaz Al Ga V 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

    Vse d-kovine 4 obdobja razen Cu , se lahko oksidira z ioniH+ v kislinskih raztopinah.

    Vrste kationov, ki jih tvorijo d-kovine 4 obdobja:

    • jaz 2+(tvorijo d-kovine v razponu od Mn do Cu)
    • jaz 3+ ( tvorijo Sc, Ti, V, Cr in Fe v dušikovi kislini).
    • Ti in V tvorita tudi katione MeO 2+
    d-elementi obdobij 5 in 6 so bolj odporni na oksidacijo kot 4d- kovine.

    V kislih raztopinah lahko H + oksidira: Y, La, Cd.

    V HNO 3 se lahko raztopijo: Cd, Hg, Ag. Vroč HNO 3 raztopi Pd, Tc, Re.

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

    Kovine: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W se običajno raztopijo v zmesi HNO 3 + HF.

    V kraljevi vodi (mešanice HNO 3 + HCl) se Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au in Os težko raztopijo). Razlog za raztapljanje kovin v aqua regia ali v mešanici HNO 3 + HF je tvorba kompleksnih spojin.

    Primer. Raztapljanje zlata v aqua regia postane možno zaradi tvorbe kompleksa -

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

  • Interakcija kovin z vodo

    Oksidativne lastnosti vode so posledica H(+1).

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

    Ker je koncentracija H + v vodi nizka, so njene oksidacijske lastnosti nizke. Kovine se lahko raztopijo v 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. vses- kovine, razen Be in Mg zlahka topen v vodi.

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

    Na močno reagira z vodo in sprošča toploto. Izpuščeni H 2 se lahko vname.

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

    Mg se raztopi samo v vreli vodi, Be je zaščiten pred oksidacijo z inertnim netopnim oksidom

    p-blok kovine so manj močna redukcijska sredstva kots.

    Med p-kovinami je redukcijska aktivnost višja pri kovinah podskupine IIIA, Sn in Pb sta šibka reduktorja, Bi ima Eo > 0.

    p-kovine se v normalnih pogojih ne raztopijo v vodi. Ko se zaščitni oksid raztopi s površine v alkalnih raztopinah, Al, Ga in Sn oksidira voda.

    Med d-kovinami jih oksidira voda pri segrevanju Sc in Mn, La, Y. Železo reagira z vodno paro.

  • Interakcija kovin z alkalnimi raztopinami

    V alkalnih raztopinah voda deluje kot oksidant..

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

    Oksidacijske lastnosti vode se z naraščanjem pH zmanjšujejo zaradi zmanjšanja koncentracije H +. kljub temu nekatere kovine, ki se ne raztopijo v vodi, se raztopijo v alkalijskih raztopinah, na primer Al, Zn in nekateri drugi. Glavni razlog za raztapljanje takšnih kovin v alkalnih raztopinah je, da so oksidi in hidroksidi teh kovin amfoterni, se raztopijo v alkaliji, kar odpravlja pregrado med oksidantom in redukcijskim sredstvom.

    Primer. Raztapljanje Al v raztopini NaOH.

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