Металлические свойства химических элементов с точки зрения

(А.С.Пушкин)

Цели урока. Обобщить и систематизировать знания и умения учащихся по изученной теме. Учащиеся должны знать терминологию по теме, периодический закон, строение периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева (ПСХЭМ) и атома, значение периодического закона. Уметь по электронной формуле атома определять химический символ элемента, положение его в ПСХЭМ, работать самостоятельно и коллективно, выделять главное, сравнивать, делать выводы.

Оборудование. Портрет Д.И.Менделеева, ПСХЭМ, конверты с заданиями для команд, жетоны.

Учитель. Добрый день, ребята и гости! Сегодня на нашем уроке присутствуют директор школы, завуч, классные руководители, учителя, учащиеся-ассистенты из старших классов. Ребята, будьте внимательны и сосредоточены! Недавно мы отмечали открытие периодического закона, прославившего русскую науку и нашу Родину. Вещие слова Д.И.Менделеева: «Посев научный взойдет для жатвы народной» – сбылись. Я надеюсь, что в нашей школе готовят настоящих знатоков химии, которые много знают, много умеют, а самое главное – смогут правильно использовать свои умения на практике. Наш не совсем обычный урок посвящен периодическому закону, ПСХЭМ и строению атома. Начнем урок с викторины «Термины».

1. Уберите приставку, и устойчивые отношения между явлениями в природе и обществе превратятся в реку Кон, протекающую в Северном Казахстане.

2. К названию вещества, вызывающего отравление, добавьте название города Ро, расположенного в Северной Италии, и вы получите центральную, положительно заряженную часть атома.

3. В какой элементарной частице с наименьшим отрицательным электрическим зарядом «протекает» река Лек в Нидерландах?

(Электрон – р. Лек.)

4. При отбрасывании единицы электрического сопротивления в названии мельчайшей частицы химического элемента, состоящей из ядра и электронов, она превращается в город Ат, расположенный в Бельгии.

5. К названию звука определенной высоты прибавьте приставку «про» впереди слова, и вы получите элементарную частицу, имеющую положительный заряд и входящую в состав всех атомных ядер.

6. В какой электрически нейтральной элементарной частице с массой, почти равной массе протона, «зашифрована» река Ей, протекающая в Судане?

7. Какой атом химического элемента, отличающийся от другого атома того же элемента своей массой, «включает» город Ито, находящийся в Японии?

8. Одинаково названы: 1) горизонтальная последовательность химических элементов, построенная по возрастанию их атомных номеров, начинающаяся щелочным металлом и заканчивающаяся инертным газом; 2) промежуток времени, в течение которого что-нибудь происходит;
3) повторяющаяся группа цифр в записи бесконечной дроби; 4) относительно законченный фрагмент текста, части которого связаны между собой синтаксически, лексически и интонационно. Как именно?

9. Это: 1) вертикальная последовательность химических элементов, построенная по возрастанию их атомных номеров, обладающих однотипным электронным строением атомов и являющихся химическими аналогами; 2) несколько предметов, людей, животных, расположенных близко друг к другу, соединенных вместе; 3) совокупность людей, объединенных общностью интересов, профессии, деятельности, а также совокупность предметов, объединенных общностью признаков. Как их называют?

10. Добавьте две буквы, и путь движения космического корабля в гравитационном поле какого-нибудь небесного тела превратится в область пространства вокруг ядра атома, где движется электрон.

11. Каким словом одинаково названы: 1) совокупность химических элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность; 2) единство, определенный порядок в расположении чего-нибудь или в связи действий; 3) форма организации чего-нибудь; 4) форма общественного устройства; 5) совокупность организаций, объединенных в одно целое; 6) техническое устройство, конструкция?

12. Так называют графическое выражение периодического закона, отражающее природную систему химических элементов, и сведения о чем-нибудь, данные, расположенные по графам.

13. Совокупность атомов определенного вида и химический источник электрического тока имеют одинаковое название. Какое?

Учитель. Молодцы, ребята! Вы очень хорошо знаете термины. Но необходимо уметь писать их грамотно. Выполняем письменную работу в виде конкурса «Исчезнувшие буквы». За этот конкурс команда сможет получить максимум 5 жетонов, каждая допущенная ошибка – это минус один жетон. Всем вам раздали листки с названиями команд. Напишите каждый на листке свою фамилию. После выполнения задания ассистенты соберут листки и передадут в жюри для проверки.

Конкурс «Исчезнувшие буквы»

Вставьте пропущенные буквы в химических терминах.

Учитель. Сейчас я предлагаю вашему вниманию викторину «Знаете ли вы ученых?».

Викторина «Знаете ли вы ученых?»

1. Какие ученые установили, что атом делим, состоит из ядра и движущихся вокруг него электронов?

(Э.Резерфорд, 1911 г., Н.Бор, 1913 г.)

2. Что представляет собой атомная модель Э.Резерфорда?

(Атомы химических элементов имеют сложное внутреннее строение.
В центре атома находится положительно заряженное ядро.
Вокруг ядра постоянно движутся электроны.
В целом атом электронейтрален.)

3. Каковы постулаты Н.Бора?

(Электрон вращается вокруг ядра по строго
определенным (стационарным) орбитам.
Энергия излучается и поглощается при переходе
электрона с одной стационарной орбиты на другую.)

4. Кем и когда была создана протонно-нейтронная теория?

(Д.Д.Иваненко и Е.Н.Гапоном, 1932 г.)

5. Электричество переносится мельчайшими частицами, существующими в атомах всех химических элементов. Кто и когда ввел термин «электрон» (от греч. – янтарь)?

6. Какие ученые определили, что электроны несут отрицательный заряд?

(Дж.Томсон и Ж.Перрен.)

7. Кто определил удельный заряд и массу электрона?

8. В каком году и кто выдвинул идею о двойственной природе электрона (волна и частица)?

(В 1927 г. Луи де Бройль.)

9. Кто до Менделеева объединил сходные по свойствам элементы (естественные семейства)?

10. Кто до Менделеева обнаружил повторяемость свойств через семь элементов («закон октав»)?

11. Кто до Менделеева выделил триады элементов?

12. «Я думаю, что нет необходимости настаивать на огромном значении подтверждения теоретических выводов Менделеева». Чьи это слова и кто открыл галлий – экаалюминий?

(П.Лекок де Буабодран, Франция, 1875 г.)

13. «Нет никакого сомнения, что в Скандии открыт экабор. Мысли русского химика подтверждаются самым наглядным образом». Чьи это слова и кто открыл скандий – экабор?

(Л.Нильсон, Швеция, 1879 г.)

14. «Вряд ли может существовать более яркое доказательство учения о периодичности элементов. Оно знаменует собой выдающееся расширение химического поля зрения, гигантский шаг в области познания». Чьи это слова и кто открыл германий – экасилиций?

(К.Винклер, Германия, 1886 г.)

15. Кто открыл в 1896 г. явление радиоактивности?

(А.А.Беккерель, французский физик.)

16. Кто и в каком году установил, что заряд ядра атома (в условных единицах) численно равен атомному номеру элемента в периодической системе элементов Д.И.Менделеева?

(Г.Мозли, английский физик, 1914 г.)

17. Когда и кем был сформулирован порядок заполнения электронных подуровней?

(В 1951 г. советским ученым В.М.Клечковским.)

Учитель. Ребята, вы отлично справились и с этим заданием. Теперь проведем с вами викторину «Угадай». Из четырех вариантов ответа выберите один – правильный.

Викторина «Угадай»

Задания для первой команды

1. Какой протон на вкус?

а) Сладкий;
б) кислый;
в) горький;
г) соленый.

2. Годом открытия Д.И.Менделеевым периодического закона считают:

а) 1838 г.;
б) 1849 г.;
в) 1859 г.;
г) 1869 г.

3. В авторской формулировке периодического закона Д.И.Менделеева имеется выражение «простое тело», которое на современном химическом языке означает:

а) простое вещество;

б) неорганическое вещество;

в) неодушевленное тело;

г) химический элемент.

4. В основе современной классификации химических элементов лежит:

б) строение атома;

в) атомная масса;

г) число протонов в ядре атома.

5. Химический элемент водород помещают в первой и седьмой группах ПСХЭМ в связи с:

а) особенностью строения атома водорода;

б) тем, что водород при низкой температуре обладает свойствами щелочного металла;

в) тем, что водород при высокой температуре обладает свойствами галогена;

г) тем, что водород – самый легкий газ.

6. Каково положение металлов и неметаллов в ПСХЭМ соответственно с наиболее ярко выраженными металлическими и неметаллическими свойствами?

а) Металлы расположены вверху, неметаллы – внизу;

б) металлы расположены внизу, неметаллы – вверху;

в) металлы расположены в левой нижней части периодической системы, неметаллы – в правой верхней части;

г) металлы расположены слева, неметаллы – справа.

7. Химические свойства определяются прежде всего:

а) зарядом ядра атома;

б) положением химического элемента в периодической системе;

в) атомной массой;

г) строением внешнего электронного уровня.

8. Физический смысл порядкового номера химического элемента в том, что он определяет:

а) положение элемента в периодической системе;

б) число протонов в ядре атома;

в) число энергетических уровней;

г) число нейтронов в атоме.

9. Физический смысл номера периода в ПСХЭМ состоит в том, что:

а) он определяет сходные физико-химические свойства элементов данного периода;

б) металлические свойства слева направо ослабевают;

в) число электронных уровней в атомах равно номеру периода;

г) свойства элементов периодически повторяются.

Задания для второй команды

1. Какой из приведенных химических элементов имеет наиболее ярко выраженные неметаллические свойства?

а) S; б) Se; в) Si; г) Sc.

2. Какой из приведенных химических элементов имеет наиболее ярко выраженные металлические свойства?

а) Тe; б) Al; в) Fe; г) Ca.

3. Какие два химических элемента из приведенных обладают наиболее сходными химическими свойствами?

а) Al и Se; б) P и S; в) Ti и V; г) S и Se.

4. Какие вещества в каждой паре реагируют между собой наиболее активно?

5. Какая пара простых веществ обладает наиболее сходными свойствами?

6. Неметаллические свойства химических элементов с точки зрения химии обусловлены:

а) активностью взаимодействия их с металлами;

б) способностью атома принимать электроны;

в) строением кристаллической решетки;

г) величиной относительной электроотрицательности.

7. Металлические свойства химических элементов с точки зрения химии обусловлены:

а) способностью атома отдавать электроны;

б) способностью реагировать с неметаллами;

в) величиной относительной электроотрицательности;

г) строением кристаллической решетки.

8. Амфотерными свойствами не обладает:

9. У химических элементов изменяется периодически:

а) атомная масса; б) атомное ядро; в) атомный радиус; г) атомный номер.

Задания для третьей команды

1. У химических элементов каждого периода ПСХЭМ с возрастанием атомного номера:

а) атомный радиус и электроотрицательность уменьшаются;

б) атомный радиус увеличивается, электроотрицательность возрастает;

в) атомный радиус увеличивается, электроотрицательность уменьшается;

г) атомный радиус уменьшается, электроотрицательность возрастает.

2. У химических элементов главных подгрупп ПСХЭМ с увеличением атомного номера усиливаются:

а) металлические свойства;

б) неметаллические свойства;

в) химическая активность;

г) растворимость в воде.

3. У химических элементов в пределах периода ПСХЭМ слева направо усиливаются:

а) металлический блеск;

в) окислительные свойства;

г) относительная плотность.

4. Металлические свойства химических элементов в ряду Mg–Al–Na–K–Rb:

в) вначале ослабевают, затем усиливаются;

г) вначале возрастают, затем уменьшаются.

5. Неметаллические свойства химических элементов в ряду As–Se–Br–Cl–F:

в) вначале уменьшаются, затем возрастают;

г) вначале усиливаются, затем ослабевают.

6. Как изменяется степень окисления атомов в высших оксидах р-элементов в пределах третьего периода ПСХЭМ?

а) Закономерно возрастает;

б) постепенно уменьшается;

в) вначале возрастает, затем уменьшается;

г) вначале уменьшается, затем возрастает.

7. Что можно сказать о степени окисления атомов химических элементов главных подгрупп ПСХЭМ в высших оксидах?

а) Возрастает сверху вниз;

б) как правило, равна номеру группы;

в) всегда равна номеру группы;

г) уменьшается сверху вниз.

8. Степень окисления атомов химических элементов в летучих водородных соединениях изменяется в периодах ПСХЭМ:

а) от 1 до 8, слева направо;

б) от 8 до 0, справа налево;

в) от 4 до 1, слева направо;

г) от 1 до 4, слева направо.

9. Число электронов в атоме определяется:

а) строго определенной атомной массой;

б) строением внешнего электронного слоя;

в) наличием избыточного (положительного или отрицательного) заряда;

г) зарядом атомного ядра.

Учитель. Отвечаем на вопросы викторины «75 на 75». Из трех вариантов ответа укажите один – правильный.

1. Периодическая система химических элементов – это:

а) графическое выражение периодического закона;

б) последовательность химических элементов;

в) вертикальная совокупность химических элементов.

2. Главная подгруппа ПСХЭМ содержит химические элементы:

а) малых периодов;

б) больших периодов;

в) малых и больших периодов.

3. Побочная подгруппа ПСХЭМ содержит химические элементы только:

а) малых периодов;

б) больших периодов;

в) незавершенного периода.

4. Все химические элементы побочных подгрупп ПСХЭМ являются:

а) металлами; б) неметаллами; в) кислотами.

5. Сколько периодов в ПСХЭМ?

6. Сколько рядов в ПСХЭМ?

7. Сколько химических элементов в шестом периоде ПСХЭМ?

8. Сколько химических элементов в главной подгруппе пятой группы ПСХЭМ?

9. Чему равен порядковый номер элемента, который находится в четвертом периоде, в главной подгруппе второй группы ПСХЭМ?

10. Чему равна высшая валентность атома хрома (порядковый номер – 24)?

а) VI; б) IV; в) III.

11. Какой из приведенных химических элементов находится в четвертой группе ПСХЭМ?

а) Железо; б) углерод; в) калий.

12. Изотопы отличаются друг от друга числом:

а) электронов; б) протонов; в) нейтронов.

13. Электронная оболочка атома – это совокупность всех:

а) протонов; б) нейтронов; в) электронов.

14. Совокупность электронов, которые находятся на одном энергетическом уровне, – это слой:

а) изотопный; б) электронный; в) протонный.

15. Совокупность орбиталей, которые находятся на одном энергетическом уровне и имеют одинаковую форму, – это подуровень:

16. Период – это последовательность химических элементов, атомы которых имеют одинаковое число слоев:

17. Главная подгруппа ПСХЭМ – это вертикальный ряд химических элементов, атомы которых имеют во внешнем электронном слое одинаковое число:

а) изотопов; б) электронов; в) нейтронов.

18. Чему равно число нейтронов в атоме ?

19. Атом состоит из ядра и:

б) электронных оболочек;

20. Как называется электронный слой К в многоэлектронных атомах?

а) Внутренний; б) предвнешний; в) внешний.

21. Чему равно массовое число (А) атома?

Учитель. Следующая викторина – «50 на 50». Из двух вариантов ответа выберите один – правильный.

Задания для первой команды

1. Число нейтронов (N) в атоме химического элемента можно вычислить, зная массовое число (А) и порядковый номер (Z) элемента, по формуле:

2. Максимальное число электронов (N_e) на энергетическом уровне можно подсчитать, зная номер уровня (n), по формуле:

3. Электронная формула 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 отражает строение атома:

а) натрия; б) цинка.

4. Химические элементы главных подгрупп ПСХЭМ обладают сходными химическими свойствами, поскольку:

а) имеют одинаковую валентность;

б) атомы этих элементов имеют одинаковую электронную формулу для внешнего энергетического уровня.

5. У химических элементов в пределах главных подгрупп ПСХЭМ одинаковое:

а) строение внешнего энергетического уровня;

б) значение валентности.

6. Наименьшим значением энергии отрыва электрона среди приведенных химических элементов обладает:

а) натрий; б) магний.

7. Определите химический элемент, атомное ядро которого содержит 33 протона и 42 нейтрона:

а) молибден; б) мышьяк.

8. Изотопы химического элемента отличаются друг от друга:

а) числом нейтронов; б) числом электронов.

9. Электронная формула . 3d 1 4s 2 принадлежит атому химического элемента:

Задания для второй команды

1. Число протонов, нейтронов и электронов в атоме наименее распространенного природного изотопа хлора соответственно равно:

а) 35, 10, 17; б) 17, 20, 17.

2. Выберите металл:

а) натрий; б) сера.

3. Укажите химический элемент, образующий амфотерный оксид:

а) сера; б) алюминий.

4. Какой ряд химических элементов образует оксиды с общей формулой R₂O₃?

а) B, Al, Ga; б) Mg, Zn, Be.

5. Ряд химических элементов, в котором от первого к последнему элементу возрастают металлические свойства, – это:

а) Li, Nа, K; б) Na, Mg, Al.

6. Наибольший радиус атома среди приведенных химических элементов у:

7. Укажите символ p-элемента:

8. Число внешних электронов у атома алюминия равно:

9. Атомам каких химических элементов легче отдать электроны, чем принять?

а) Расположенным в главной подгруппе I группы ПСХЭМ;

б) расположенным в главной подгруппе VI группы ПСХЭМ.

Задания для третьей команды

1. Укажите неметалл:

а) магний; б) водород.

2. Какой ряд химических элементов образует оксиды с общей формулой R₂O?

а) Na, K, Li; б) N, P, As.

3. Ряд химических элементов, в котором от первого к последнему элементу возрастают неметаллические свойства, – это:

а) I, Br, Cl; б) Mg, Ca, Sr.

4. Наименьший радиус атома среди приведенных химических элементов у:

5. Укажите символ s-элемента:

6. Максимальная валентность атома углерода:

7. Химические элементы, атомы которых способны как принимать, так и отдавать электроны:

а) расположены в главной подгруппе I группы ПСХЭМ;

б) расположены в главной подгруппе VI группы ПСХЭМ.

8. Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме фтора:

9. Формула высшего оксида химического элемента с порядковым номером 14:

В настоящий момент науке известно сто пять химических элементов, систематизированных в виде периодической таблицы. Подавляющее большинство из них причисляют к металлам, что подразумевает наличие у этих элементов особых качеств. Это так называемые металлические свойства. К таким характеристикам, в первую очередь, относятся пластичность, повышенная тепло- и электропроводимость, способность к образованию сплавов, низкое значение потенциала ионизации.

Металлические свойства того или иного элемента обусловлены способностью его атомов при возникновении взаимодействия с атомными структурами других элементов смещать в их направлении электронные облака или же «отдавать» им свои свободные электроны. Самыми активными металлами являются те, что имеют низкую энергию ионизации и электроотрицательность. Также ярко выраженные металлические свойства характерны для элементов, имеющих максимально большой радиус атома и предельно малое число внешних (валентных) электронов.

По мере наполнения валентной орбиты количество электронов во внешнем слое атомной структуры возрастает, и радиус, соответственно, уменьшается. В связи с этим атомы начинают стремиться к присоединению свободных электронов, а не к их отдаче. Металлические свойства таких элементов приобретают тенденцию к уменьшению, а их неметаллические свойства – к увеличению. И, наоборот, при увеличении атомного радиуса отмечается усиление металлических свойств. Поэтому характерной общей чертой всех металлов являются, так называемые, восстановительные качества – та самая способность атома отдавать свободные электроны.

Наиболее ярко металлические свойства элементов проявляются у веществ первой, второй групп главных подгрупп периодической таблицы, а также у щелочных и щелочноземельных металлов. Но самые сильные восстановительные качества наблюдаются у франция, а в водной среде – у лития благодаря более высокому показателю энергии гидратации.

Количество элементов, у которых проявляются металлические свойства, в пределах периода возрастает с увеличением номера периода. В периодической таблице металлы от неметаллов отделены диагональной линией, которая тянется от бора к астату. По этой разделительной черте расположены элементы, у которых в равной степени проявляются и те, и другие качества. К таким веществам относятся кремний, мышьяк, бор, германий, астат, сурьма и теллур. Данная группа элементов называется металлоидами.

Каждый период характеризуется наличием своеобразной «пограничной зоны», в которой располагаются элементы с двойственными качествами. Следовательно, переход от ярко выраженного металла к типичному неметаллу осуществляется постепенно, что и нашло отражение в периодической таблице.

Общие свойства металлических элементов (высокая электропроводимость, теплопроводность, ковкость, характерный блеск, пластичность и др.) обусловлены схожестью их внутреннего строения, а точнее – наличием кристаллической решетки. Однако существует немало качеств (плотность, твердость, температура плавления), которые придают всем металлам сугубо индивидуальные физико-химические свойства. Эти характеристики зависят от строения кристаллической решетки каждого конкретного элемента.

Чем отличаются металлы от неметаллов с точки зрения атомарной химии?

• взаимодействие натрия с водой (предварительно добавив в воду раствор фенолфталеина) ;

• горение магния в кислороде;

• проверка на наличие водорода (характерный хлопок при поджигании) ; кислород и водород следует собрать заранее в газометре.

Металлы-простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокой электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, способностью хорошо отражать электромагнитные волны (блеск и непрозрачность) , пластичностью. М. в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение. В парообразном состоянии М. одноатомны.

Перечисленные выше характерные свойства М. обусловлены их электронным строением. Атомы М. легко отдают внешние (валентные) электроны. В кристаллической решётке М. не все электроны связаны со своими атомами. Некоторая их часть (

1 на атом) подвижна. Эти электроны могут более или менее свободно перемещаться по М. Существование свободных электронов (электронов проводимости) в М. объясняется зонной теорией (см. Твёрдое тело) . М. можно представить себе в виде остова из положительных ионов, погруженного в «электронный газ». Последний компенсирует силы электростатического отталкивания между положительными ионами и тем самым связывает их в твёрдое тело (металлическая связь) .

Из известных (1974) 105 химических элементов 83 — М. и лишь 22 — неметаллы. Если в длинном или «полудлинном» варианте периодической системы элементов Менделеева провести прямую линию от бора до астата (табл. 1), то можно считать, что неметаллы расположены на этой линии и справа от неё, а М. — слева.

Урок 8. Общие свойства металлов

Известно, что все простые вещества условно можно разделить на простые вещества-металлы и простые вещества-неметаллы.

МЕТАЛЛЫ, по определению М. В. Ломоносова — это «светлые тела, которые ковать можно». Обычно это ковкие блестящие материалы, обладающие высокой тепло- и электропроводностью. Эти физические и многие химические свойства металлов связаны со способностью их атомов ОТДАВАТЬ электроны.

НЕМЕТАЛЛЫ, напротив, способны ПРИСОЕДИНЯТЬ электроны в химических процессах. Большинство неметаллов проявляют противоположные металлам свойства: не блестят, не проводят электрический ток, не куются. Являясь противоположными по свойствам, металлы и неметаллы легко реагируют друг с другом.

Эта часть Самоучителя посвящена краткому освещению свойств металлов и неметаллов. Описывая свойства элементов, желательно придерживаться следующей логической схемы:

1. Вначале описать строение атома (указать распределение валентных электронов), сделать вывод о принадлежности данного элемента к металлам или неметаллам, определить его валентные состояния (степени окисления) — см. урок 3;

2. Затем описать свойства простого вещества, составив уравнения реакций

• с кислородом;
• с водородом;
• с металлами (для неметаллов) или с неметаллами (для металлов);
• с водой;
• с кислотами или со щелочами (там, где это возможно);
• с растворами солей;

3. Затем нужно описать свойства важнейших соединений (водородных соединений, оксидов, гидроксидов, солей). При этом вначале следует определить характер (кислотный или основной) данного соединения, а затем, вспомнив свойства соединений этого класса, составить необходимые уравнения реакций;

4. И наконец нужно описать качественные реакции на катионы (анионы), содержащие этот элемент, способы получения простого вещества и важнейших соединений этого химического элемента, указать практическое применение изучаемых веществ этого элемента.

Так, если вы определите, что оксид кислотный, то он будет реагировать с водой, основными оксидами, основаниями (см. урок 2.1) и ему будет соответствовать кислотный гидроксид (кислота). При описании свойств этой кислоты также полезно заглядывать в соответствующий раздел: урок 2.2.

Внутреннее строение и физические свойства металлов

Металлы — это простые вещества, атомы которых могут только отдавать электроны. Такая особенность металлов связана с тем, что на внешнем уровне этих атомов мало электронов (чаще всего от 1 до 3) или внешние электроны расположены далеко от ядра. Чем меньше электронов на внешнем уровне атома и чем дальше они расположены от ядра, — тем активнее металл (ярче выражены его металлические свойства).

Задание 8.1. Какой металл активнее:

Назовите химические элементы А, Б, В, Г.

Металлы и неметаллы в Периодической системе химических элементов Менделеева (ПСМ) разделяет линия, проведённая от бора к астату. Выше этой линии в главных подгруппах находятся неметаллы (см. урок 3). Остальные химические элементы — металлы.

Задание 8.2. Какие из следующих элементов относятся к металлам: кремний, свинец, сурьма, мышьяк, селен, хром, полоний?

Вопрос. Как можно объяснить тот факт, что кремний — неметалл, а свинец — металл, хотя число внешних электронов у них одинаково?

Существенной особенностью атомов металлов является их большой радиус и наличие слабо связанных с ядром валентных электронов. Для таких атомов величина энергии ионизации* невелика.

* ЭНЕРГИЯ ИОНИЗАЦИИ равна работе, затрачиваемой на удаление одного внешнего электрона из атома (на ионизацию атома), находящегося в основном энергетическом состоянии.

Часть валентных электронов металлов, отрываясь от атомов, становятся «свободными». «Свободные» электроны легко перемещаются между атомами и ионами металлов в кристалле, образуя «электронный газ» (рис. 28).

В последующий момент времени любой из «свободных» электронов может притянуться любым катионом, а любой атом металла может отдать электрон и превратиться в ион (эти процессы показаны на рис. 28 пунктирами).

Таким образом, внутреннее строение металла похоже на слоёный пирог, где положительно заряженные «слои» атомов и ионов металла чередуются с электронными «прослойками» и притягиваются к ним. Наилучшей моделью внутреннего строения металла является стопка стеклянных пластинок, смоченных водой: оторвать одну пластинку от другой очень трудно (металлы прочные), а сдвинуть одну пластинку относительно другой очень легко (металлы пластичные) (рис. 29).

Задание 8.3. Сделайте такую «модель» металла и убедитесь в этих свойствах.

Химическая связь, осуществляемая за счёт «свободных» электронов, называется металлической связью.

«Свободные» электроны обеспечивают также такие физические свойства металлов, как электро- и теплопроводность, пластичность (ковкость), а также металлический блеск.

Задание 8.4. Найдите дома металлические предметы.

Выполняя это задание, вы легко найдёте на кухне металлическую посуду: кастрюли, сковородки, вилки, ложки. Из металлов и их сплавов делают станки, самолёты, автомобили, тепловозы, инструменты. Без металлов невозможна современная цивилизация, так как электрические провода также делают из металлов — Cu и Al. Только металлы годятся для получения антенн для радио- и телеприёмников, из металлов делают и лучшие зеркала. При этом чаще используют не чистые металлы, а их смеси (твёрдые растворы) — СПЛАВЫ.

Металлы легко образуют сплавы — материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов (простых веществ), из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других компонентов. В принципе, чёткую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других химических элементов.

Все перечисленные выше предметы — станки, самолёты, автомобили, сковородки, вилки, ложки, ювелирные изделия — делают из сплавов. Металлы-примеси (легирующие компоненты) очень часто изменяют свойства основного металла в лучшую, с точки зрения человека, сторону. Например, и железо и алюминий — довольно мягкие металлы. Но, соединяясь друг с другом или с другими компонентами, они превращаются в сталь, дуралюмин и другие прочные конструкционные материалы. Рассмотрим свойства самых распространённых сплавов.

Сталь — это сплавы железа с углеродом, содержащие последнего до 2 %. В состав легированных сталей входят и другие химические элементы — хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25 % углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55 %) идет на изготовление режущих инструментов: бритвенные лезвия, сверла и др.

Железо составляет основу чугуна. Чугуном называется сплав железа с 2–4 % углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей и др.

Бронза — сплав меди, обычно с оловом как основным легирующим компонентом, а также с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка. Оловянные бронзы знали и широко использовали ещё в древности. Большинство античных изделий из бронзы содержат 75–90 % меди и 25–10 % олова, что делает их внешне похожими на золотые, однако они более тугоплавкие. Это очень прочный сплав. Из него делали оружие до тех пор, пока не научились получать железные сплавы. С применением бронзы связана целая эпоха в истории человечества: Бронзовый век.

Латунь — это сплавы меди с Zn, Al, Mg. Это цветные сплавы с невысокой температурой плавления, их легко обрабатывать: резать, сваривать и паять.

Мельхиор — является сплавом меди с никелем, иногда с добавками железа и марганца. По внешним характеристикам мельхиор похож на серебро, но обладает большей механической прочностью. Сплав широко применяют для изготовления посуды и недорогих ювелирных изделий. Большинство современных монет серебристого цвета изготавливают из мельхиора (обычно 75 % меди и 25 % никеля с незначительными добавками марганца).

Дюралюминий, или дюраль — это сплав на основе алюминия с добавлением легирующих элементов — медь, марганец, магний и железо. Он характеризуется своей стальной прочностью и устойчивостью к возможным перегрузкам. Это основной конструкционный материал в авиации и космонавтике.

Химические свойства металлов

Металлы легко отдают электроны, т. е. являются восстановителями. Поэтому они легко реагируют с окислителями.

1. Какие атомы являются окислителями?
2. Как называются простые вещества, состоящие из атомов, которые способны принимать электроны?

Таким образом, металлы реагируют с неметаллами. В таких реакциях неметаллы, принимая электроны, приобретают обычно НИЗШУЮ степень окисления.

Рассмотрим пример. Пусть алюминий реагирует с серой:

Вопрос. Какой из этих химических элементов способен только отдавать электроны? Сколько электронов?

Алюминий — металл, имеющий на внешнем уровне 3 электрона (III группа!), поэтому он отдаёт 3 электрона:

Поскольку атом алюминия отдает электроны, атом серы принимает их.

Вопрос. Сколько электронов может принять атом серы до завершения внешнего уровня? Почему?

У атома серы на внешнем уровне 6 электронов (VI группа!), следовательно, этот атом принимает 2 электрона:

Таким образом, полученное соединение имеет состав:

В результате получаем уравнение реакции:

Задание 8.5. Составьте, рассуждая аналогично, уравнения реакций:

Составляя уравнения реакций, помните, что атом металла отдаёт все внешние электроны, а атом неметалла принимает столько электронов, сколько их не хватает до восьми.

Названия полученных в таких реакциях соединений всегда содержат суффикс ИД:

Корень слова в названии происходит от латинского названия неметалла (см. урок 2.4).

Металлы реагируют с растворами кислот (см. урок 2.2). При составлении уравнений подобных реакций и при определении возможности такой реакции следует пользоваться рядом напряжений (рядом активности) металлов:

Металлы, стоящие в этом ряду до водорода, способны вытеснять водород из растворов кислот:

Задание 8.6. Составьте уравнения возможных реакций:

• магний + серная кислота;
• никель + соляная кислота;
• ртуть + соляная кислота.

Все эти металлы в полученных соединениях двухвалентны.

Реакция металла с кислотой возможна, если в результате её получается растворимая соль. Например, магний практически не реагирует с фосфорной кислотой, поскольку его поверхность быстро покрывается слоем нерастворимого фосфата:

Металлы, стоящие после водорода, могут реагировать с некоторыми кислотами, но водород в этих реакциях не выделяется:

Задание 8.7. Какой из металлов — Ва, Mg, Fе, Рb, Сu — может реагировать с раствором серной кислоты? Почему? Составьте уравнения возможных реакций.

Металлы реагируют с водой, если они активнее железа (железо также может реагировать с водой). При этом очень активные металлы (Li – Al) реагируют с водой при нормальных условиях или при небольшом нагревании по схеме:

где х — валентность металла.

Задание 8.8. Составьте уравнения реакций по этой схеме для К, Nа, Са. Какие ещё металлы могут реагировать с водой подобным образом?

Возникает вопрос: почему алюминий практически не реагирует с водой? Действительно, мы кипятим воду в алюминиевой посуде, — и… ничего! Дело, в том, что поверхность алюминия защищена оксидной пленкой (условно — Al₂O₃). Если её разрушить, то начнётся реакция алюминия с водой, причём довольно активная. Полезно знать, что эту плёнку разрушают ионы хлора Cl – . А поскольку ионы алюминия небезопасны для здоровья, следует выполнять правило: в алюминиевой посуде нельзя хранить сильно солёные продукты!

Вопрос. Можно ли хранить в алюминиевой посуде кислые щи, компот?

Менее активные металлы, которые стоят в ряду напряжений после алюминия, реагируют с водой в сильно измельчённом состоянии и при сильном нагревании (выше 100 °C) по схеме:

Металлы, менее активные, чем железо, с водой не реагируют!

Металлы реагируют с растворами солей. При этом более активные металлы вытесняют менее активный металл из раствора его соли:

Задание 8.9. Какие из следующих реакций возможны и почему:

1. серебро + нитрат меди II;
2. никель + нитрат свинца II;
3. медь + нитрат ртути II;
4. цинк + нитрат никеля II.

Составьте уравнения возможных реакций. Для невозможных поясните, почему они невозможны.

Следует отметить (!), что очень активные металлы, которые при нормальных условиях реагируют с водой, не вытесняют другие металлы из растворов их солей, поскольку они реагируют с водой, а не с солью:

А затем полученная щёлочь реагирует с солью:

Поэтому реакция между сульфатом железа и натрием НЕ сопровождается вытеснением менее активного металла:

Коррозия металлов

Коррозия — самопроизвольный процесс окисления металла под действием факторов окружающей среды.

В природе практически не встречается металлов в свободном виде. Исключение составляют только «благородные», самые неактивные металлы, например золото, платина. Все остальные активно окисляются под действием кислорода, воды, кислот и др. Например, ржавчина образуется на любом незащищённом железном изделии именно в присутствии кислорода или воды. При этом окисляется железо:

а восстанавливаются компоненты атмосферной влаги:

В результате образуется гидроксид железа (II), который, окисляясь, превращается в ржавчину:

Подвергаться коррозии могут и другие металлы, правда, ржавчина на их поверхности не образуется. Так, нет на Земле металла алюминия — самого распространённого металла на планете. Но зато основу многих горных пород и почвы составляет глинозём Al₂O₃. Дело в том, что алюминий мгновенно окисляется на воздухе. Коррозия металлов наносит колоссальный ущерб, разрушая различные металлические конструкции.

Чтобы уменьшить потери от коррозии, следует устранить причины, которые её вызывают. В первую очередь, металлические предметы следует изолировать от влаги. Это можно сделать разными способами, например, хранить изделие в сухом месте, что далеко не всегда возможно. Кроме того, можно поверхность предмета покрасить, смазать водоотталкивающим составом, создать искусственную оксидную плёнку. В последнем случае в состав сплава вводят хром, который «любезно» распространяет собственную оксидную плёнку на поверхность всего металла. Сталь становится нержавеющей.

Изделия из нержавеющей стали дороги. Поэтому для защиты от коррозии используют тот факт, что менее активный металл не изменяется, т. е. не участвует в процессе. Поэтому если к сохраняемому изделию приварить более активный металл, то, пока он не разрушится, изделие корродировать не будет. Этот способ защиты называется протекторной защитой.

Металлы — это простые вещества, которые всегда являются восстановителями. Восстановительная активность металла убывает в ряду напряжений от лития к золоту. По положению металла в ряду напряжений можно определить, как металл реагирует с растворами кислот, с водой, с растворами солей.

Лекция 15. Общие химические свойства металлов

С химической точки зрения металл – это элемент, который во всех соединениях проявляет положительную степень окисления.Из известных в настоящее время 109 элементов 86 являются металлами. Основной отличительной особенностью металлов является наличие в конденсированном состоянии свободных, не связных с определенным атомом электронов. Эти электроны способны перемещаться по всему объему тела. Наличие свободных электронов определяет всю совокупность свойств металлов. В твердом состоянии большинство металлов имеет кристаллическую высокосимметричную структуру одного из типов: кубическую объемноцентрированную, кубическую гранецентрированную или гексагональную плотноупакованную (рис. 1).

Рис. 1. Типичная структура кристалла металлов: а – кубическая объемноцентрированная; б–кубическая гранецентрированная; в – плотная гексагональная

Существует техническая классификация металлов. Обычно выделяют следующие группы: черные металлы (Fe); тяжелые цветные металлы(Cu, Pb, Zn, Ni, Sn, Co, Sb, Bi, Hg, Cd), легкие металлы с плотностью менее 5 г/см 3 (Al, Mg, Ca и т.д.), драгоценные металлы (Au, Ag и платиновые металлы) и редкие металлы (Be, Sc, In, Ge и некоторые другие).

В химии металлы классифицируются по их месту в периодической системе элементов. Различают металлы главных и побочных подгрупп. Металлы главных подгрупп называют непереходными. Эти металлы характеризуются тем, что в их атомах происходит последовательное заполнение s– и p– электронных оболочек.

Типичными металлами являются s–элементы (щелочные Li, Na, K, Rb, Cs, Fr и щелочноземельные Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra металлы). Данные металлы расположены в Iа и IIа подгруппах (т. е., в главных подгруппах I и II групп). Этим металлам отвечает конфигурация валентных электронных оболочек ns 1 или ns 2 (n – главное квантовое число). Для данных металлов характерно:

а) металлы имеют на внешнем уровне 1 – 2 электрона, поэтому проявляют постоянные степени окисления +1, +2;

б) оксиды этих элементов носят основной характер (исключение –бериллий, т.к. малый радиус иона придает ему амфотерные свойства);

в) гидриды имеют солеобразный характер и образуют ионные кристаллы;

г) возбуждение электронных подуровней возможно только у металлов IIА группы с последующей sp–гибридизацией орбиталей.

К p–металлам относятся элементы IIIа (Al, Ga, In, Tl), IVа (Ge, Sn, Pb), Vа (Sb, Bi) и VIа (Ро) групп с главными квантовыми числами 3, 4, 5, 6. Данным металлам отвечает конфигурация валентных электронных оболочек ns 2 p z (z может принимать значение от 1 до 4 и равно номеру группы минус 2). Для данных металлов характерно:

а) образование химических связей осуществляется s – и p–электронами в процессе их возбуждения и гибридизации (sp–и spd), однако сверху вниз по группам способность к гибридизации падает;

б) оксиды p– металлов амфотерные или кислотные (основные оксиды только у In и Tl);

в) гидриды p–металлов имеют полимерный характер (AlH₃)_n или газообразный (SnH₄ ,PbH₄ и т. д.), что подтверждает сходство с неметаллами, открывающими эти группы.

В атомах металлов побочных подгрупп, называемых переходными металлами, происходит застраивание d– и f– оболочек, в соответствии с чем их делят на d–группу и две f–группы лантаноиды и актиноиды.

К переходным металлам относят 37 элементов d–группы и 28 металлов f–группы. К металлам d–группы относят элементы Ib (Cu, Ag, Au), IIb (Zn, Cd, Hg), IIIb (Sc, Y, La, Ac), IVb (Ti, Zr, Hf, Db), Vb (V, Nb, Ta, Jl), VIb (Cr, Mo, W, Rf), VIIb (Mn, Tc, Re, Bh) и VIII групп (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Rt, Hn, Mt, Db, Jl, Rf, Bh, Hn, Mt). Этим элементам отвечает конфигурация 3d z 4s 2 . Исключения составляют некоторые атомы, в том числе атомы хрома с полузаполненной 3d 5 –оболочкой (3d 5 4s 1 ) и меди – с полностью заполненной 3d 10 –оболочкой (3d 10 4s 1 ). Эти элементы обладают некоторыми общими свойствами:

1. все они образуют сплавы между собой и другими металлами;

2. наличие частично заполненных электронных оболочек обусловливает способность d–металлов образовывать парамагнитные соединения;

3. в химических реакциях они проявляют переменную валентность (за немногими исключениями), а их ионы и соединения, как правило, окрашены;

4. в химических соединениях d–элементы электроположительны. «Благородные» металлы, обладая высоким положительным значением стандартного электродного потенциала (Е>0), взаимодействуют с кислотами необычным образом;

5. ионы d–металлов имеют вакантные атомные орбитали валентного уровня (ns, np, (n–1) d), поэтому они проявляют акцепторные свойства, выступая в качестве центрального иона в координационных (комплексных) соединениях.

Химические свойства элементов определяются их положением в Периодической системе элементов Менделеева. Так, металлические свойства сверху вниз в группе возрастают, что обусловлено уменьшением силы взаимодействия между валентными электронами и ядром вследствие увеличения радиуса атома и за счет возрастания экранирования электронами, расположенными на внутренних атомных орбиталях. Это приводит к облегчению ионизации атома. В периоде металлические свойства уменьшаются слева направо, т.к. это связано с увеличением заряда ядра и тем самым с увеличением прочности связи валентных электронов с ядром.

В химическом отношении атомы всех металлов характеризуются сравнительной легкостью отдачи валентных электронов (т.е. малой величиной энергии ионизации) и низким значением сродства к электрону (т.е. малой способностью удерживать избыточные электроны). Как следствие этого низкое значение электроотрицательности, т.е., способность образовывать только положительно заряженные ионы и проявлять в своих соединениях только положительную степень окисления. В связи с этим металлы в свободном состоянии являются восстановителями.

Восстановительная способность разных металлов неодинакова. Для реакций в водных растворах она определяется значением стандартного электродного потенциала металла (т.е. положением металла в ряду напряжений) и концентрацией (активностью) его ионов в растворе.

Взаимодействие металлов с элементарными окислителями (F₂, Cl₂, O₂, N₂, S и т.д.). Например, реакция с кислородом, как правило, протекает следующим образом

где n – валентность металла.

Взаимодействие металлов с водой. Металлы, обладающие стандартным потенциалом менее –2,71 В, вытесняют водород из воды на холоде с образованием гидроксидов металлов и водорода. Металлы со стандартным потенциалом от –2,7 до –1,23 В вытесняют водород из воды при нагревании

Остальные металлы с водой не реагируют.

Взаимодействие с щелочами. С щелочами могут реагировать металлы, дающие амфотерные оксиды, и металлы, обладающие высокими степенями окисления, в присутствии сильного окислителя. В первом случае металлы образуют анионы своих кислот. Так, реакция взаимодействия алюминия с щелочью запишется уравнением

в котором, лигандом является ион гидроксида. Во втором случае образуются соли, например K₂CrO₄ .

Взаимодействие металлов с кислотами. С кислотами металлы реагируют различно в зависимости от численного значения стандартного электродного потенциала (Е) (т.е. от положения металла в ряду напряжения) и окислительных свойств кислоты:

· в растворах галогеноводородов и разбавленной серной кислоты окислителем является только ион Н + , и поэтому с этими кислотами взаимодействуют металлы, стандартный потенциал которых меньше стандартного потенциала водорода:

Me + 2n H + = Me n+ + n H₂;

· концентрированная серная кислота растворяет почти все металлы независимо от положения их в ряду стандартных электродных потенциалов (кроме Au и Pt). Водород при этом не выделяется, т.к. функцию окислителя в кислоте выполняет cульфат–ион (SO₄ 2– ). В зависимости от концентрации и условий проведения опыта cульфат–ион восстанавливается до различных продуктов. Так, цинк в зависимости от концентрации серной кислоты и температуры реагирует следующим образом:

– при очень высокой температуре 4Zn + 5H₂SO_4(конц.) = 4ZnSO₄ + H₂S +4H₂O;

· в разбавленной и концентрированной азотной кислоте функцию окислителя выполняет нитрат–ион (NO₃ – ), поэтому продукты восстановления зависят от степени разбавления азотной кислоты и активности металлов. В зависимости от концентрации кислоты, металла (величины его стандартного электродного потенциала) и условий проведения опыта нитрат–ион восстанавливается до различных продуктов. Так, кальций в зависимости от концентрации азотной кислоты реагирует следующим образом:

Концентрированная азотная кислота не реагирует (пассивирует) с железом, алюминием, хромом, платиной и некоторвми другими металлами.

Взаимодействие металлов друг с другом. При высоких температурах металлы способны реагировать друг с другом с образованием сплавов. Сплавы могут быть твердыми растворами и химическими (интерметаллическими) соединениями (Mg₂Pb, SnSb, Na₃Sb₈, Na₂K и др.).

Свойства металлического хрома (…3d 5 4s 1 ). Простое вещество хром представляет собой блестящий на изломе серебристый металл, который хорошо проводит электрический ток, имеет высокую температуру плавления (1890°С) и кипения (2430°С), большую твердость (в присутствии примесей, очень чистый хром мягок) и плотность (7,2 г/см 3 ).

При обычной температуре хром устойчив к действию элементарных окислителей и воде благодаря плотной окисной пленке. При высоких температурах хром взаимодействует с кислородом и другими окислителями.

Cr + Cl_2(газ) ® CrCl₃ (малиновый цвет)

С металлами при сплавлении хром образует интерметаллиды (FeCr₂, CrMn₃). При 600°С хром взаимодействует с парами воды:

В электрохимическом отношении металлический хром близок к железу:. Поэтому он может растворяться в неокисляющих (по аниону) минеральных кислотах, таких как галогеноводородные:

Сr + 2HCl ® CrCl_{2(голубой цвет)} + H₂­.

На воздухе идет быстро следующая стадия:

Окисляющие (по аниону) минеральные кислоты растворяют хром до трехвалентного состояния:

В случае с HNO_3(конц) происходит пассивация хрома – на поверхности образуется прочная пленка оксида – и металл не реагирует с кислотой. (Пассивный хром имеет высокий окислительно-восстановительный потенциал = + 1,3 В.)

Основная область применения хрома – металлургия: создание хромистых сталей. Так, в инструментальную сталь вводят 3 – 4% хрома, шарикоподшипниковая сталь содержит 0,5 – 1,5% хрома, в нержавеющей стали (один из вариантов): 18 – 25% хрома, 6 – 10% никеля, 6 4s 2 ). Железо – белый блестящий металл. Образует несколько кристаллических модификаций, устойчивых в определенном температурном интервале.

Химические свойства металлического железа определяются его положением в ряду напряжений металлов: .

При нагревании в атмосфере сухого воздуха железо окисляется:

В зависимости от условий и от активности неметаллов железо может образовывать металлоподобные (Fe₃C, Fe₃Si, Fe₄N), солеподобные (FeCl₂, FeS) соединения и твердые растворы (с C, Si, N, B, P, H).

В воде железо интенсивно корродирует:

При недостатке кислорода образуется смешанный оксид Fe₃O₄:

Разбавленная соляная, серная и азотная кислоты растворяют железо до двухвалентного иона:

Более концентрированная азотная и горячая концентрированная серная кислоты окисляют железо до трехвалентного состояния (выделяются NO и SO₂ соответственно):

Очень концентрированная азотная кислота (плотность 1,4 г/см3) и серная (олеум) пассивируют железо, образуя на поверхности металла оксидные пленки.

Железо используют для получения железоуглеродистых сплавов. Велико биологическое значение железа, т.к. оно – составная часть гемоглобина крови. В организме человека содержится около 3 г железа.

Химические свойства металлического цинка (…3d 10 4s 2 ). Цинк – синевато-белый, пластичный и тягучий металл, но выше 200°С становится хрупким. Во влажном воздухе он покрывается защитной пленкой основной соли ZnCO₃×3Zn(OH)₂ или ZnO и дальнейшего окисления не происходит. При высоких температурах взаимодействует:

Исходя из величин стандартных электродных потенциалов, цинк вытесняет кадмий, который является его электронным аналогом, из солей: Cd 2+ + Zn ® Cd + Zn 2+ .

Благодаря амфотерности гидроокиси цинка металлический цинк способен растворяться в щелочах:

В разбавленных кислотах:

В концентрированных кислотах:

Значительная часть цинка расходуется для цинкования железных и стальных изделий. Широкое промышленное использование имеют сплавы цинка с медью (нейзильбер, латунь). Цинк широко используется при изготовлении гальванических элементов.

Химические свойства металлической меди (…3d 10 4s 1 ). Металлическая медь кристаллизуется в кубической гранецентрированной кристаллической решетке. Это ковкий мягкий, вязкий металл розового цвета с температурой плавления 1083°С. Медь находится на втором месте после серебра по электро- и теплопроводности, что обусловливает значение меди для развития науки и техники.

Медь реагирует с поверхности с кислородом воздуха при комнатной температуре, цвет поверхности становится темнее, а в присутствии CO₂, SO₂ и паров воды покрывается зеленоватой пленкой основных солей (CuOH)₂CO₃, (CuOH)₂SO₄.

Медь непосредственно соединяется с кислородом, галогенами, серой:

2Cu + O₂2CuO

4CuO 2Cu₂O + O₂

В присутствии кислорода металлическая медь взаимодействует с раствором аммиака при обычной температуре:

Находясь в ряду напряжений после водорода , медь не вытесняет его из разбавленных соляной и серной кислот. Однако в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах:

Окисляющие кислоты растворяют медь с переходом ее в двухвалентное состояние:

Со щелочами медь не взаимодействует.

С солями более активных металлов медь взаимодействует, и эта окислительно-восстановительная реакция лежит в основе некоторых гальванических элементов:

Cu SO₄ + Zn® Zn SO₄ + Cu; E о = 1,1 B

Mg + CuCl₂ ® MgCl₂ + Cu; E о = 1,75 B.

Медь образует с другими металлами большое число интерметаллических соединений. Наибольшую известность и ценность имеют сплавы: латунь Cu–Zn (18 – 40% Zn), бронза Cu–Sn (колокольная – 20% Sn), инструментальная бронза Cu–Zn–Sn (11% Zn, 3 – 8% Sn), мельхиор Cu–Ni–Mn–Fe (68% Cu, 30% Ni, 1% Mn, 1% Fe).

Нахождение металлов в природе и способы получения.Вследствие высокой химической активности, металлы в природе находятся в виде различных соединений, и только малоактивные (благородные) металл – платина, золото и т.п. – встречаются в самородном (свободном) состоянии.

Наиболее распространенными природными соединениями металлов являются оксиды (гематит Fe₂O₃, магнетит Fe₃O₄, куприт Cu₂O, корунд Al₂O₃, пиролюзит MnO₂ и др.), сульфиды (галенит PbS, сфалерит ZnS, халькопирит CuFeS, киноварь HgS и т.д.), а также соли кислородосодержащих кислот (карбонаты, силикаты, фосфаты и сульфаты). Щелочные и щелочноземельные металлы встречаются преимущественно в виде галогенидов (фторидов или хлоридов).

Основная масса металлов получается путем переработки полезного ископаемого – руды. Поскольку металлы, входящие в состав руд находятся в окисленном состоянии, то их получение осуществляется путем реакции восстановления. Предварительно руду очищают от пустой породы

Образовавшийся концентрат оксида металла очищают от воды, а сульфиды, для удобства последующей переработки, переводят в оксиды путем обжига, например:

Для разделения элементов полиметаллических руд пользуются методом хлорирования. При обработке руд хлором в присутствии восстановителя образуются хлориды различных металлов, которые вследствие значительной и различной летучести могут быть легко отделены друг от друга.

Восстановление металлов в промышленности осуществляется посредством различных процессов. Процесс восстановления безводных соединений металлов при высоких температурах называют пирометаллургией. В качестве восстановителей используют металлы, более активные, чем получаемый, либо углерод. В первом случае говорят о металлотермии, во втором – карботермии, например:

Особое значение углерод приобрел как восстановитель железа. Углерод для восстановления металлов применяется обычно в виде кокса.

Процесс восстановления металлов из водных растворов их солей относится к области гидрометаллургии. Получение металлов осуществляется при обычных температурах, причем в качестве восстановителей могут быть использованы сравнительно активные металлы или электроны катода при электролизе. Электролизом водных растворов солей могут быть получены только сравнительно малоактивные металлы, расположенные в ряду напряжений (стандартных электродных потенциалов) непосредственно перед водородом или после него. Активные металлы – щелочные, щелочноземельные, алюминий и некоторые другие, получают электролизом расплава солей.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 8446 — | 6702 — или читать все.

193.124.117.139 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно