« химия металлов».строение атомов металлов , его свойства

Интересные факты

• Самым твердым металлом на Земле является хром. Этот голубовато-белый метал был открыт в 1766 году под Екатеринбургом.
• И наоборот, самыми мягкими металлами являются алюминий, серебро и медь. Благодаря своей мягкости они нашли широкое применение в разных областях, например, в электроаппаратостроении.
• Золото – которое на протяжении веков было самим драгоценным металлом имеет и еще одно любопытное свойство – это самый пластичный металл на Земле, обладающий к тому же отличной тягучестью и ковкостью. Также золото не окисляется при нормальной температуре (для этого его нужно нагреть до 100С), обладает высокой теплопроводностью и влагоустойчивостью. Наверняка все эти физические характеристики делают настоящее золото таким ценным.
• Ртуть – уникальный металл, прежде всего тем, что он единственный из металлов, имеющий жидкую форму. Причем в природных условиях ртути в твердом виде не существует, так как ее температура плавления -38С, то есть в твердом состоянии она может существовать в местах, где просто таки очень холодно. А при комнатной температуре 18С ртуть начинает испаряться.
• Вольфрам интересен тем, что это самый тугоплавкий металл в мире, чтобы он начал плавиться нужна температура 3420С. Именно по этой причине в электрических лампочках нити накаливания, принимающие основной тепловой удар, изготовлены из вольфрама.

Какие металлы относятся к благородным, их свойства

Название «благородные» эта группа металлов получила благодаря особым характеристикам. В зависимости от разновидности физико-химические свойства у них могут проявляться в разной степени, но они всегда остаются уникальными.

Родий

Родий – представитель платиновой группы. Принадлежит к числу легких металлов, имеет бледно-голубой цвет. Отличается высокой степенью твердости и, вместе с тем, хрупкости.

Ценится за высокую отражательную способность, устойчивость к химическому воздействию. Окислить родий можно только горячей серной кислотой. Процесс плавления начинается при нагреве почти до 2000 °С.

Платина

Из-за белого блеска платина, открытая на рудниках Америки, изначально называлась «серебришком». Только в 1751 году платина получает статус драгметалла, а ее стоимость мгновенно обгоняет известные тогда серебро и золото. Она обладает высокой пластичностью, отлично поддается ковке (из-за чего и полюбилась ювелирам). Вместе с тем платина тверже золота, тугоплавка, устойчива к химическим воздействиям, не подвержена окислению.

Золото

Как и платина, обладает хорошей пластичностью, ковкостью, но имеет более низкие температуры плавления. Реагирует только с царской водкой, неуязвимо для щелочей, солей и кислот. В природе редко встречаются экземпляры чистого золота с выраженной желтой окраской и характерным блеском. Чаще всего старатели сталкиваются с блеклой рудой зеленого цвета.

Осмий

Самый тугоплавкий из благородных металлов. Температура плавления достигает 2700 °С. Кроме того, осмий не растворяется в кислотах. По внешним характеристикам белый и твердый. Принадлежит к группе тяжелых металлов.

Иридий

Как и осмий, относится к тяжелым металлам. Самый прочный, плотный, тугоплавкий и не растворяющийся в кислотах, серо-белого цвета. Температура плавления немного ниже, чем у осмия, и составляет 2454 °С.

Рутений

По внешним характеристикам рутений легко спутать с платиной. По температуре плавления благородный металл напоминает иридий, обладает повышенной прочностью и плотностью. Интересно, что только рутений и осмий под действием щелочи, окислителя и высоких температур образовывают растворимые в воде спеки.

Палладий

Мягкий, ковкий, белого цвета с серебристым отливом. При нагревании до 860 ° C палладий образует оксиды, но при дальнейшем повышении температуры снова становится чистым. Температура плавления составляет 1554 °С.

Серебро

Среди благородных металлов серебро отличается наименьшей плотностью и относительно низкой температурой плавления – 960 °С. Лучше всего поддается ковке, служит отличным тепло- и электропроводником. Практически не реагирует с кислотами, но темнеет под действием сероводорода, входящего в состав атмосферы.

Список полудрагоценных металлов

В ювелирном производстве и приборостроении активно используют металлы, не являющиеся по сути драгоценными, но представляющие определенную ценность. Они условно называются полудрагоценными. Среди наиболее востребованных можно выделить такие виды:

• титан;
• вольфрам;
• мельхиор.

Цена на них колеблется в среднем ценовом диапазоне и не превышает 2 долларов за грамм.

Перечень драгоценных металлов

Известны следующие драгоценные металлы:

1. Золото.
2. Серебро.
3. Платина.
4. Родий.
5. Осмий.
6. Иридий.
7. Рутений.
8. Палладий.

Некоторые ученые выделяют еще один элемент, который можно отнести к благородным металлам – технеций. Однако ввиду своей радиоактивности его не включают в общую классификацию.

Каждый из материалов в природе встречается либо в виде самородков, либо в составе руды или сплавов. Месторождений благородных металлов по всей Земле не так уж много, поэтому разработка их проводится под жестким контролем тех государственных предприятий, на чьей территории они находятся.

Механические свойства

Основными механическими свойствами металлов является их твердость, упругость, прочность, вязкость и пластичность.

При соприкосновении двух металлов могут образоваться микро вмятины, но более твердый металл способен сильнее противостоять ударам. Такая сопротивляемость поверхности металла ударам извне и есть его твердость.

Чем же твердость металла отличается от его прочности. Прочность, это способность металла противостоять разрушению под действием каких-либо других внешних сил.

Под упругостью металла понимается его способность возвращать первоначальную форму и размер, после того как нагрузка, вызвавшая деформацию металла устранена.

Способность металла менять форму под внешним воздействием называется пластичностью.

Цветные металлы

Вторая по величине группа имеет небольшую плотность, хорошую пластичность, невысокую температуру плавления, преобладающие цвета (белый, желтый, красный) и состоит из следующих металлов:

• Легкие – магний, стронций, цезий, кальций. В природе встречаются только в прочных соединениях. Применяются для получения легких сплавов разного назначения.
• Благородные. Примеры металлов: платина, золото, серебро. Они обладают повышенной устойчивостью к коррозии.
• Легкоплавкие – кадмий, ртуть, олово, цинк. Имеют невысокую температуру плавления, участвуют в производстве разных сплавов.

Серебро имеет бактерицидные свойства

Серебро было известно людям еще до нашей эры. Какое-то время оно даже ценилось выше золота. Однако о его разных свойствах люди узнают до сих пор.

Например, о непосредственном влиянии ионного серебра на бактерии все еще ведутся споры. Доказано, что при соприкосновении бактерий и ионов, первые погибают в результате воздействия.

Было выдвинуто уже множество теорий, однако точно все еще неизвестны причины гибели микроорганизмов под воздействием серебра.

Ионы этого металла хорошо справляются с возбудителями тифа, протеи, дифтерии и других. Там, где серебро не уничтожает бактерии, оно может замедлить процесс прорастания новых спор и распространения микроорганизмов.

Медь и сплавы с медью

В чистом виде имеет розовато-красный цвет, маленькое удельное сопротивление, небольшую плотность, хорошую теплопроводность, отличную пластичность, обладает стойкостью к коррозии. Находит широкое применение как проводник электрического тока. Для технических нужд используют два вида сплавов из меди: латуни (медь с цинком) и бронзы (медь с алюминием, оловом, никелем и другими металлами). Латунь используется для изготовления листов, лент, труб, проволоки, арматуры, втулок, подшипников. Из бронзы изготавливают плоские и круглые пружины, мембраны, разную арматуру, червячные пары.

Химические свойства металлов

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

Вопросы

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:

• кальций + хлор (Cl₂);
• магний + азот (N₂).

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:

Особенности сдачи легких сплавов

В настоящее время физические и юридические лица имеют возможность получить прибыль от сдачи цветмета в специализированные пункты приема. Стоимость лома определяется рядом факторов, среди которых качество материала, чистота его химического состава, категория и прочие параметры. Также имеют значение актуальные расценки на рынке, тарифы конкретной принимающей компании.

Формальная сторона вопроса сдачи любого лома, в том числе легких цветных металлов, имеет свою специфику. Право на такое мероприятие есть у каждого, но реализуется оно по-разному. Например, если сдача цветмета производится юридическим лицом – организацией, предприятием или представителем малого бизнеса (ИП), – то потребуется специальная лицензия. На физических лиц данное требование не распространяется, однако следует учитывать несколько правил:

• к приемке допускается только собственный лом (при наличии документов, подтверждающих право на владение);
• подлежащий сдаче цветмет должен входить в реестр материалов, принимаемых без лицензии;
• сдача лома нелегальным пунктам приема может иметь весьма неприятные последствия в соответствии с действующим законодательством.

Помимо сугубо меркантильного интереса сдача цветных металлов привлекательна с точки зрения экологии, сохранения запасов природных ресурсов. Переработанный лом снова идет на изготовление необходимой продукции, причем производство из вторсырья оказывается дешевле, чем при использовании руды. С учетом того, что потребность промышленности в ломе неуклонно растет, тогда как природные запасы сырья стремительно сокращаются, замкнутый производственный цикл является наиболее рациональным. Таким образом, каждый, кто сдает сдает лом цветмета, не только повышает собственное благосостояние, но и действует во благо общества в целом.

Ртуть испаряется в воздухе

Когда люди впервые открыли ртуть, ей было дано название «живое серебро». Это очень точное определение того, как выглядит ртуть.

Редкий металл является жидкостью, но при этом очень тяжелой. Самый распространенный предмет, где можно увидеть ртуть – старый градусник. Все родители запрещают своим детям его трогать. А все из-за свойств ртути, которая может испаряться в воздухе.

Пары, образовывающиеся при испарении, очень токсичны и могут навредить организму человека. Они проникают внутрь, нарушают состав и структуру белков, из-за чего некоторые процессы начинают течь в обратном направлении, что влечет за собой отравление и смерть.

Но летальный исход вызывают только большие количества этого металла, больше чем в обычном градуснике. Однако меры по устранению проблемы в любом случае надо принять незамедлительно.

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.

Социальная организация

Улучшение питания плюс малоподвижный образ жизни привели к росту демографии. Сельское хозяйство привело к появлению все более и более фиксированных поселений, с которыми появлялись поселки и города.

Оттуда изменений было много. Рабочие начали специализироваться, и появились первоклассные структуры, основанные на богатстве.

Точно так же технический прогресс, который производил излишки, привел к тому, что коммунальная система была оставлена ​​позади, поскольку многие пытались накопить это богатство индивидуально.

Так родилась концепция частной собственности, и самые могущественные начали осуществлять власть над другими. Чтобы установить контроль и правила, им пришлось социально организоваться в своего рода город-государство.

Анализ

Анализатор благородных металлов ставит цель ответить на два основных вопроса:

• какое сырье перед нами: чистый драгметалл либо сплав с незначительным содержанием благородного элемента;
• какова процентная доля драгметалла в представленной для анализа лигатурной массе.

Первая проба получается качественной, вторая дает количественный результат. Они выполняются в строгой последовательности, одна за другой. После проведения качественной пробы, устанавливающей, что в сплаве действительно имеется драгоценный металл, можно переходить к определению его количества. Если при обследовании анализируемого образца путем взаимодействия с пробирной кислотой ничего не остается, то это неблагородный металл.

Установленные в ходе экспертизы результаты нашли свое отображение в пробах. Это числовая маркировка, она показывает процентное содержание драгметалла в представленном сплаве.

Сплавы металлов

По мере развития науки, человек понял, что соединяя воедино несколько различных металлов, можно получить вещество, которое будет превосходить по своим показателям исходные компоненты — так появились сплавы металлов.

Сплавы получают из расплавов металлов, которые в жидком виде хорошо растворяются и смешиваются друг с другом.

Главные разновидности сплавов металлов:

• Механическая смесь металлов представляет собой смесь очень мелких кристаллов отдельных металлов, как, например, перемешать цемент с песком;
• Твердые растворы представляют собой однородные кристаллы в узлах кристаллической решетки которых находятся атомы сплавляемых металлов;
• Интерметаллические соединения получаются взаимным растворением металлов, в результате которого атомы образуют «экзотические» соединения, например, Ag₂Zn₅, Cu₃Zn.

Следует сказать, что сплавляются друг с другом не только металлы, в состав некоторых сплавов входят и неметаллы, с которыми металлы не только механически смешиваются, но и образуют атомные соединения, в результате чего полученный сплав обладает резко отличающимися физическими свойствами от исходных металлов. Современная наука разработала много разнообразных сплавов, которые обладают заранее заданными свойствами.

Популярные сплавы:

• Сталь — сплав железа с углеродом (обычно, до 1%) с легирующими добавками хрома, никеля, кремния, фосфора, марганца и проч.
• Чугун — сплав железа с углеродом (более 3%) с легирующими добавками.
• Бронза — сплав меди с оловом с легирующими добавками.
• Латунь — сплав меди с цинком.
• Мельхиор — сплав меди с никелем.
• Дюралюминий — сплав алюминия с медью (3-5%), магнием (1%), марганцем (1%).
• Амальгама — сплав металла с ртутью.

Области применения

Природой золото и другие драгметаллы наделены уникальными потребительскими качествами, за которые золотые изделия или серебряные поделки так дороги их владельцам.

Не зря же термин «драгоценный» трактуется в словарях русского языка двояко — как «ценный, дорого стоящий», так и «милый, дорогой, очень нужный».

Поэтому уже с середины 19 столетия платина, золото, серебро, иридий и другие благородные элементы становятся предметом промышленного применения.

Для каждого материала сложилась своя специфическая технологическая ниша, в соответствии с которой установилась его определенная рыночная стоимость, учитывающая потребность в нем и сложности выделения из природного сырья.

Ниже приведены краткие сведения по применению благородных металлов и примерные цены в руб./грамм.:

1. Золото используется для изготовления ювелирных украшений и стоматологических протезов, в качестве припоя или сварочного материала при изготовлении термопар, как гальваническое покрытие плат, контактов, разъемов при изготовлении изделий для всех отраслей промышленности. С развитием нанотехнологий, телекоммуникаций, авиакосмической промышленности и ядерной энергетики область применения золота существенно расширилась. Золото присутствует в мишенях для ядерных исследований, применяется в специальных оболочках для нейтронных бомб и т.п. Стоимость золота установлена 2570,98 руб./грамм.
2. Серебро применяется в контактах электротехнических изделий, в составе медносеребряных припоев, в составе различных сплавов, до сих пор используется в фотографии. Большое количество серебра идет на изготовление аккумуляторных батарей высокой энергоплотности (серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые) и в качестве добавок к свинцу для тоководов свинцовых аккумуляторов. Зеркала с серебряным покрытием превосходят по отражающим качествам аналоги с алюминиевым покрытием. Стоимость серебра установлена 30,41 руб./грамм.
3. Платина по-прежнему конкурирует с золотом в производстве ювелирных украшений, незаменима для изготовления термостойкой химической лабораторной посуды, популярна в металлургии как легирующая добавка. Гальванотехника, нагревательные элементы, термометры сопротивления, контакты реле — везде присутствует платина. Стоимость платины установлена 1756,73 руб./грамм.
4. Родий применяется для отделки ювелирных изделий, при изготовлении термопар и детекторов нейтронов для ядерной техники. Его термостойкие свойства используются в фильерах для стеклонитей и термопарах, а химическая инертность учтена в технологии производства азотной кислоты. Стоимость родия составляет 5406,96 руб./грамм.
5. Палладий, осмий, иридий и рутений успешно применяются в качестве катализаторов для различных технологических процессов в химической промышленности, при изготовлении измерительных датчиков, для нанесения специальных покрытий в изделиях оборонной и космической промышленности, в телекоммуникационных системах. Металлы платиновой группы незаменимы для изготовления технологического оборудования, эксплуатируемого в агрессивных средах. Коррозионностойкие жаропрочные сплавы рутения с иридием и платиной являются материалом для фильер под стекловолокно и вискозу. Очень популярны авторучки представительского класса, у которых на пишущие «вечные» перья в соответствии с их названием нанесены напайки из сплавов осмия с палладием и платиной.

Для платиноидов, как нередко называют благородные элементы платиновой группы, Центробанком РФ установлены следующие цены:

• палладий – 2220,49 руб./грамм;
• осмий – 854,86 руб./грамм;
• иридий – 3120,22 руб./грамм;
• рутений – 559, 93 руб./грамм.

Более подробно о ценах, а также о способах сдачи драгметаллов, будь то аффинированный с радиодеталей металл или лом украшений, можно прочесть здесь.

Взаимодействие с кислородом

Мно­гие ме­тал­лы могут всту­пать в ре­ак­цию с кис­ло­ро­дом. Обыч­но про­дук­та­ми этих ре­ак­ций яв­ля­ют­ся ок­си­ды, но есть и ис­клю­че­ния, о ко­то­рых вы узна­е­те на сле­ду­ю­щем уроке. Рас­смот­рим вза­и­мо­дей­ствие маг­ния с кис­ло­ро­дом.

Маг­ний горит в кис­ло­ро­де, при этом об­ра­зу­ет­ся оксид маг­ния:

2Mg + O₂ = 2Mg+2O-2

Рис. 1. Го­ре­ние маг­ния в кис­ло­ро­де

Атомы маг­ния от­да­ют свои внеш­ние элек­тро­ны ато­мам кис­ло­ро­да: два атома маг­ния от­да­ют по два элек­тро­на двум ато­мам кис­ло­ро­да. При этом маг­ний вы­сту­па­ет в роли вос­ста­но­ви­те­ля, а кис­ло­род – в роли окис­ли­те­ля.

Видео-опыт: “Горение магния”

Обратите внимание!!! Серебро, золото и платина с кислородом не реагируют. 2

Взаимодействие с галогенами, образуются галогениды

2. Взаимодействие с галогенами, образуются галогениды

Для ме­тал­лов ха­рак­тер­на ре­ак­ция с га­ло­ге­на­ми. Про­дук­том такой ре­ак­ции яв­ля­ет­ся га­ло­ге­нид ме­тал­ла, на­при­мер, хло­рид.

Рис. 2. Го­ре­ние калия в хлоре

Калий сго­ра­ет в хлоре  об­ра­зо­ва­ни­ем хло­ри­да калия:

2К + Cl₂ = 2K+1Cl-1

Два атома калия от­да­ют мо­ле­ку­ле хлора по од­но­му элек­тро­ну. Калий, по­вы­шая сте­пень окис­ле­ния, иг­ра­ет роль вос­ста­но­ви­те­ля, а хлор, по­ни­жая сте­пень окис­ле­ния,- роль окис­ли­те­ля

3. Взаимодействие с серой

Мно­гие ме­тал­лы ре­а­ги­ру­ют с серой с об­ра­зо­ва­ни­ем суль­фи­дов. В этих ре­ак­ци­ях ме­тал­лы также вы­сту­па­ют в роли вос­ста­но­ви­те­лей, тогда как сера будет окис­ли­те­лем. Сера в суль­фи­дах на­хо­дит­ся в сте­пе­ни окис­ле­ния -2, т.е. она по­ни­жа­ет свою сте­пень окис­ле­ния с 0 до -2. На­при­мер, же­ле­зо при на­гре­ва­нии ре­а­ги­ру­ет с серой с об­ра­зо­ва­ни­ем суль­фи­да же­ле­за (II):

Fe + S = Fe+2S-2

Рис. 3. Вза­и­мо­дей­ствие же­ле­за с серой

Видео-опыт: “Взаимодействие цинка с серой”

Ме­тал­лы также могут ре­а­ги­ро­вать с во­до­ро­дом, азо­том и дру­ги­ми неме­тал­ла­ми при опре­де­лен­ных усло­ви­ях.

4. Взаимодействие с водой

Металлы по — разному  реагируют с водой:

Помните!!!

Алюминий реагирует с водой подобно активным металлам, образуя основание:

Видео-опыт: “Взаимодействие натрия с водой”

Раскалённое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид — железную окалину Fe₃O₄ и водород: 3Fe+4H+1₂O−2 → Fe+2O−2⋅Fe+3₂O−2₃ + 4H₂

5. Взаимодействие с кислотами

Металлы особо реагируют с серной концентрированной  и азотной кислотами:

H₂SO₄ (конц.) + Me = соль + H₂O + Х

	Щелочные  и щелочноземельные	Fe, Cr, Al	Металлы до водорода  Сd-Pb	Металлы после водорода (при t)	Au, Pt
X		1)пассивируются на холоде;	S↓ могут H2S илиSO2		—

H₂SO₄ (разб) + Cu ≠

Внимание!

Pt, Au + H2SO4 (конц.) →реакции нет

Al, Fe, Cr + H2SO4 (конц.)  холодная→ пассивация

Классификация металлов

К металлам относятся материалы, обладающие совокупностью механических, технологических, эксплуатационных, физических и химических характерных свойств:

• механические подтверждают способность к сопротивлению деформации и разрушению;
• технологические свидетельствуют о способности к разному виду обработки;
• эксплуатационные отражают характер изменения при эксплуатации;
• химические показывают взаимодействие с различными веществами;
• физические указывают на то, как ведет себя материал в разных полях – тепловом, электромагнитном, гравитационном.

Химические, физические и механические свойства тесно взаимосвязаны между собой, так как состав материала устанавливает все остальные его параметры. Например, тугоплавкие металлы являются самыми прочными. Свойства, которые проявляются в состоянии покоя, называются физическими, а под воздействием извне – механическими. Также существуют таблицы классификации металлов по плотности — основному компоненту, технологии изготовления, температуре плавления и другие.

ХИМИЯ

§ 18. Химические элементы — металлы

Вам известно, что большинство химических элементов относят к металлам — 92 из 114 известных химических элементов.

Характерное свойство элементов-металлов — способность отдавать электроны внешнего (а некоторые — и предвнешнего) электронного слоя и превращаться в положительные ионы. Это свойство атомов металлов, как вы знаете, определяется тем, что они имеют сравнительно большие радиусы и малое число электронов (в основном от 1 до 3) на внешнем электронном слое.

Исключение составляют лишь 6 металлов: атомы германия Ge, олова Sn, свинца РЬ на внешнем слое имеют 4 электрона, атомы сурьмы Sb, висмута Bi — 5, атомы полония Ро — 6.

Для атомов металлов характерны небольшие значения электроотрицательности и исключительно восстановительные свойства, т. е. способность отдавать электроны.

Вы уже знаете, что в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева металлы находятся ниже диагонали бор—астат, а также выше нее в побочных подгруппах. В периодах и главных подгруппах действуют известные вам закономерности в изменении металлических, а значит, восстановительных свойств атомов элементов (рис. 37).

Рис. 37. Положение химических элементов-металлов в Периодической системе, изменение их свойств

Химические элементы, расположенные вблизи диагонали бор—астат (Be, Al, Ti, Ge, Nb, Sb и др.), обладают двойственными свойствами: в одних своих соединениях ведут себя как металлы, в других — проявляют свойства неметалла. Природа германия и сурьмы настолько противоречива, что нередко их называют неметаллами.

В побочных подгруппах восстановительные свойства металлов с увеличением порядкового номера чаще всего уменьшаются. Сравните активность известных вам металлов I группы побочной подгруппы: Сu, Ag, Аu; II группы побочной подгруппы: Zn, Cd, Hg — и вы убедитесь в этом сами.

Это можно объяснить тем, что на прочность связи валентных электронов с ядром у атомов этих металлов в большей степени влияет величина заряда ядра, а не радиус атома. Величина заряда ядра значительно увеличивается, притяжение электронов к ядру усиливается. Радиус атома при этом хотя и увеличивается, но не столь значительно, как у металлов главных подгрупп.

Простые вещества, образованные химическими элементами — металлами, и сложные металлсодержащие вещества играют важнейшую роль в минеральной и органической «жизни» Земли. Достаточно вспомнить, что атомы (ионы) элементов-металлов являются составной частью соединений, определяющих обмен веществ в организме человека, животных, растений. Например, в крови человека найдено 76 элементов, и из них только 14 не являются металлами. В организме человека некоторые элементы-металлы (кальций, калий, натрий, магний) присутствуют в большом количестве, т. е. являются макроэлементами. А такие металлы, как хром, марганец, железо, кобальт, медь, цинк, молибден, присутствуют в небольших количествах, т. е. это микроэлементы. Если вес человека 70 кг, то в его организме содержится (в граммах): кальция — 1700, калия — 250, натрия — 70, магния — 42, железа — 5, цинка — 3. Все металлы чрезвычайно важны, проблемы со здоровьем возникают и при их недостатке, и при избытке.

Например, ионы натрия регулируют содержание воды в организме, передачу нервного импульса. Их недостаток приводит к головной боли, слабости, слабой памяти, потере аппетита, а избыток — к повышению артериального давления, гипертонии, заболеваниям сердца. Специалисты по питанию рекомендуют потреблять в день не более 5 г (1 чайная ложка) поваренной соли (NaCl) на взрослого человека. О влиянии металлов на состояние животных и растений можно узнать из таблицы 17.

Таблица 17
Влияние недостатка
и избытка ионов металлов
на состояние растений и животных