Метали: обща характеристика на металите и сплавите. Доклад по химия „Метали Какви са металите в химията

Металите са химични елементи с висока електрическа проводимост. Те са широко разпространени в морета, реки, планини, полета, в недрата на земята и дори в телата на живите организми.

Към днешна дата хората са открили 114 елемента, от които 96 са метали. За да разберете дали дадено вещество принадлежи към метали или неметали, трябва да използвате периодичната таблица. Просто трябва да начертаете диагонал от Астат до Бор. Всичко, което е вляво, са метали. Всичко вдясно е неметали.

Те играят незаменима роля в живота. Те постоянно участват в процесите на живите организми. Ето защо е невъзможно да се откажат от металите.

Много от металите се окисляват до свеж въздух... Има група метали, наричат ​​се благородни, въздухът не им влияе по никакъв начин. Тази група включва: злато, платина, сребро и много други. Някои правят оксиден филм с течение на времето и след това реакцията не продължава.

Металите могат да бъдат разделени на 2 вида: цветни метали и сплави, черни метали и техните сплави.

Първата група, а именно злато, сребро, калай, мед, никел, се нарича така, защото има разнообразен цвят. Широко се използва в бижутата, за съзнанието на бижутата.

Черни елементи и сплави. Сплавите се получават чрез легиране. Това е добавянето на други елементи към метала за придаване на нови свойства: здравина, гъвкавост, крехкост, устойчивост на корозия. Най-често срещаната сплав е чугун и стомана.

Най-важното химическо свойство е способността на атомите да даряват електрони. Така те се превръщат в положително заредени йони. Това е изучавал Бекетов. Той изобретява електрохимичната серия от напрежения. Изглежда така: Li, K, Ba, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb (H 2) Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, Au.Колкото по-рано е веществото, толкова по-силна е неговата активност.

Металите се използват в строителството, защото са издръжливи и не пропускат газове и течности. Те също са добри проводници. Това се използва активно от човек. Използват се за електрически нагревателни елементи и резервисти като материал със съпротивление. Инструментите също са изработени от метали и сплави. Това са предимно стомана, диаманти, керамика.

Вариант 2

Металите са огромна част от елементи или просто вещества, които имат определени характеристики - висок коефициент на електропроводимост, достатъчен запас на пластичност и якост, специфичен цвят и висока степен на коване.

Първите метали, познати на хората от древни времена, са златото и среброто, които се намират на повърхността на земята.

В живота металите са много разнообразни, представени в големи обеми и в различни форми. Могат да се разграничат няколко групи състояния на метали:

1. Ag, Au, Rt, Cu - местни видове.
2. Fe 3 O 4, Fe 2 O 3, (NaK) 2 O × AlO 3 - оксиди.
3. KCl, BaSO 4, Ca 3 (PO 4) 2), - соли.
4. Cd -, Nb, Tl - придружаващи минерали

Някои от металите, които често се срещат на повърхността на цялата земя, са алуминий и желязо, а най-редките са калий и титан.

Можете да подчертаете и разгледате основните свойства на металите:

1. Точката на топене на повечето вещества е достатъчно висока, но има метали, които се топят лесно дори при обикновена газова горелка, като калай.
2. Индикатор като плътност позволява металите да бъдат разделени на две категории: леки, като литий, и тежки, като осмий или иридий. Това свойство позволява използването на метали и техните различни сплави за производството на инструменти и машини, автомобили и военно оборудване.
3. Такова свойство като пластичност позволява използването на метални предмети в онези области на индустрията, където се изискват специални гъвкави и устойчиви на разкъсване продукти.
4. Електрическата проводимост се дължи на наличието на подвижни електрони в кристалните решетки на металите. Медта и алуминият обикновено се използват в продуктите за окабеляване, тъй като имат най-висока електрическа проводимост. Нихром, материал с повишено съпротивление, се използва при производството на резистори и в електрически нагреватели.
5. Високата топлопроводимост на метали, като натрий, прави възможно използването на метални предмети в устройства, които изискват бързо охлаждане.
6. Повечето метали имат приблизително еднакъв светъл цвят - сив, син или жълто-червен.

В съвременния свят продуктите от метал, обработен по специални методи, произведени по специални технологии с добавяне на иновативни добавки, набират все по-голямо развитие. Свойствата на такива материали се подобряват всяка година, въпреки че много повече открития очакват учените в тази област на науката.

• Природа, растения и животни в Австралия

  Въпреки факта, че Австралия е най-древният континент на Земята, той е открит много по-късно от другите континенти. Следователно природната красота тук е по-добре запазена. Самото местоположение го прави уникален

• Християнство - съобщение доклад

  Една от най-големите световни религии и най-разпространената е християнството. Тази религия, която съществува повече от 2 хиляди години, е представена във всички страни по света.

• Живот и творчество на Валентина Осеева

  Валентина Александровна Осеева (1902-1969) е една от известните детски писатели от съветския период от историята на страната. Осеева е родом от Киев и е родена в семейство

• Хронологична таблица на Твардовски (живот и работа)

  1910 г. - Роден в семейството на ковач в село Загорие край Смоленск. 1924 г. - сътрудничество с местен вестник, първите творчески стъпки.

• Доклад за диви животни

  Днес е невъзможно да си представим свят без диви животни. Природата е толкова красива и разнообразна, че всеки неин обитател се превръща в уникална собственост на целия живот на земята.

Структурата на металните атоми (виж Приложение No 1).

Метални групи.

II. Физични свойства на металите.

III. Концепцията за сплави.

IV. Химични свойства на металите.

V. Корозия на метали.

VII. Използването на метали.

VIII. Биологична роляметали.

I. Позиция на металите в периодичната таблица.

Структурата на металните атоми (виж Приложение No 1).

Метални групи.

В момента са известни 118 химични елемента, повечето от които са метали. Последните са много разпространени в природата и се срещат под формата на различни съединения в земните недра, водите на реки, езера, морета, океани, състава на телата на животни, растения и дори в атмосферата.

В периодичната система на Д. И. Менделеев всеки период, с изключение на първия (той включва два неметални елемента - водород и хелий), започва с активен химичен елемент - метал. Тези изходни елементи образуват основната подгрупа от група I и се наричат ​​алкални метали. Те са получили името си от името на съответните хидроксиди, лесно разтворими във вода - алкали.

Атомите на алкалните метали съдържат само един електрон на външно енергийно ниво, който те лесно даряват при химични взаимодействия, тъй като са най-силните редуциращи агенти. Ясно е, че в съответствие с увеличаването на атомния радиус, редукционните свойства на алкалните метали се увеличават от литий до франций.

Елементите след алкалните метали, които съставляват основната подгрупа на група II, също са типични метали със силна редукционна способност (техните атоми съдържат два електрона на външно ниво). От тези метали калций, стронций, барий и радий се наричат ​​алкалоземни метали. Тези метали са получили това име, защото техните оксиди, които алхимиците наричат ​​"земи", когато се разтварят във вода, образуват алкали.

Металите включват елементи от основната подгрупа на група III, с изключение на бора.

От елементите на основните подгрупи на следните групи металите включват: в група IV германий, калай, олово (първите два елемента са въглерод и силиций са неметали), в група V антимон и бисмут (първите три елемента са неметали), в група VI само последният елемент - полоний е силно изразен метал. В основните подгрупи VII и VIII от групите всички елементи са типични неметали.

Що се отнася до елементите от вторичните подгрупи, всички те са метали.

По този начин условната граница между метални елементи и неметални елементи минава по диагонала B (бор) - Si (силиций) - As (арсен) - Te (телур) - At (астат).

Металните атоми имат относително големи размери (радиуси), поради което външните им електрони са значително отдалечени от ядрото и са слабо свързани с него. И втората особеност, която е присъща на атомите на най-активните метали, е наличието на 1 - 3 електрона на външно енергийно ниво.

Оттук следва най-характерното свойство на всички метали - тяхната редукционна способност, тоест способността на атомите лесно да даряват външни електрони, превръщайки се в положителни йони. Металите не могат да бъдат окислители, тоест металните атоми не могат да прикрепят електрони към себе си.

II. Физични свойства на металите.

По своите свойства металите се различават рязко от неметалите. За първи път тази разлика между метали и неметали е определена от М. В. Ломоносов. „Металите“, пише той, „са твърди, ковки, лъскави“.

Приписвайки този или онзи елемент към категорията метали, имаме предвид, че той има определен набор от свойства:

1) Плътна кристална структура.

2) Характерен метален блясък.

3) Висока топлопроводимост и електрическа проводимост.

4) Намаляване на електрическата проводимост с повишаване на температурата.

5) Ниски стойности на йонизационния потенциал, т.е. способността за лесно даряване на електрони.

6) Ковкост и пластичност.

7) Способност за образуване на сплави.

Всички метали и сплави, използвани в момента в технологията, могат да бъдат разделени на две основни групи. Първият от тях включва черните метали - желязото и всички негови сплави, в които той е основната част. Тези сплави са чугуни и стомана. В технологията често се използват така наречените легирани стомани. Те включват стомани, съдържащи хром, никел, волфрам, молибден, ванадий, кобалт, титан и други метали. Понякога легираните стомани съдържат 5-6 различни метала. С помощта на метода на легиране се получават различни ценни стомани, които в някои случаи имат повишена якост, в други - висока устойчивост на абразия, в трети - устойчивост на корозия, т.е. способността да не се срутва под въздействието на външната среда.

Втората група включва цветни метали и техните сплави. Те получиха това име, защото имат различни цветове. Например, медта е светлочервена; никел, калай, сребро - бяло; оловото е синкаво бяло, златото е жълто. От сплавите те са намерили голямо приложение в практиката: бронзът е сплав на мед с калай и други метали, месингът е сплав на мед с цинк, бабитът е сплав на калай с антимон и мед и т.н.

Това разделение на черни и цветни метали е условно.

Наред с черните и цветните метали се разграничават и група благородни метали: сребро, злато, платина, рутений и някои други. Те са наречени така, защото практически не се окисляват във въздуха дори при повишени температури и не се разграждат, когато са изложени на разтвори на киселини и основи.

Отвън металите, както знаете, се характеризират преди всичко със специален "метален" блясък, който се дължи на способността им да отразяват силно светлинните лъчи. Този блясък обаче обикновено се наблюдава само когато металът образува непрекъсната компактна маса. Вярно е, че магнезият и алуминият запазват блясъка си, дори когато са превърнати в прах, но повечето метали в фино натрошени са черни или тъмносиви. Тогава типичните метали имат висока топло- и електрическа проводимост и според способността си да провеждат топлина и ток, те са подредени в същия ред: най-добрите проводници са среброто и медта, най-лошите са оловото и живака. С повишаване на температурата електрическата проводимост намалява, с понижаване на температурата, напротив, се увеличава.

Много важно свойство на металите е тяхната относително лесна механична деформация. Металите са пластични, добре са изковани, изтеглени в тел, валцовани на листове и др.

Характерните физични свойства на металите са свързани с особеностите на тяхната вътрешна структура. Според съвременните възгледи металните кристали са съставени от положително заредени йони и свободни електрони, отделени от съответните атоми. Целият кристал може да се представи под формата на пространствена решетка, чиито места са заети от йони, а в интервалите между йоните има лесно подвижни електрони. Тези електрони непрекъснато се движат от един атом към друг и се въртят около ядрото на един или друг атом. Тъй като електроните не са свързани с определени йони, то вече под въздействието на малка потенциална разлика те започват да се движат в определена посока, т.е. генерира се електрически ток.

Наличието на свободни електрони също е отговорно за високата топлопроводимост на металите. Намирайки се в непрекъснато движение, електроните непрекъснато се сблъскват с йони и обменят енергия с тях. Следователно трептенията на йоните, засилени в дадена част от метала в резултат на нагряване, незабавно се прехвърлят към съседни йони, от тях към следващите и т.н., като топлинното състояние на метала бързо се изравнява; цялата маса метал приема същата температура.

По плътност металите условно се разделят на две големи групи: леки метали, чиято плътност е не повече от 5 g / cm 3, и тежки метали - всички останали. Плътността и точките на топене на някои метали са дадени в Приложение No2.

Частиците от метали в твърдо и течно състояние са свързани със специален вид химична връзка - така наречената метална връзка. Определя се от едновременното присъствие на обикновени ковалентни връзки между неутралните атоми и кулоновото привличане между йони и свободни електрони. По този начин металната връзка не е свойство на отделни частици, а на техните агрегати.

Някои метали кристализират в две или повече кристални форми. Това свойство на веществата - да съществуват в няколко кристални модификации - се нарича полиморфизъм. Полиморфизмът за прости вещества е известен като алотропия.

Калайът има две кристални модификации:

· Α - стабилен под 13,2 ° C (ρ = 5,75 g / cm 3). Това е сив калай. Има кристална решетка от диамантен тип (атомна);

· Β - стабилен над 13,2 ° C (ρ = 6,55 g / cm 3). Това е бял калай.

Бял калай е сребристо бял много мек метал. Когато се охлади под 13,2 ° C, той се разпада в сив прах, тъй като специфичният му обем се увеличава значително при преминаване от β към α. Това явление се нарича калаена чума.

Металите взаимодействат с магнитните полета по различни начини. Метали като желязо, кобалт, никел и гадолиний се отличават със способността си да намагнетизират и да поддържат намагнетизирано състояние за дълго време. Те се наричат ​​феромагнети. Повечето метали (алкални и алкалоземни метали и значителна част от преходните метали) са слабо намагнетизирани и не запазват това състояние извън магнитното поле – това са парамагнети. Металите, изтласкани от магнитно поле, са диамагнети (мед, сребро, злато, бисмут).

III. Концепцията за сплави.

Характерна особеност на металите е способността им да образуват сплави помежду си или с неметали. За да се получи сплав, смес от метали обикновено се стопява и след това се охлажда с различна скорост, която се определя от естеството на компонентите и промяната в естеството на тяхното взаимодействие с температурата. Понякога сплавите се получават чрез синтероване на фини метални прахове, без да се прибягва до топене (прахова металургия). И така, сплавите са продукти от химическото взаимодействие на металите.

Кристалната структура на сплавите в много отношения е подобна на чистите метали, които, взаимодействайки един с друг по време на топене и последваща кристализация, образуват:

а) химични съединения, наречени интерметали;

б) твърди разтвори;

в) механична смес от кристали от компоненти.

Един или друг вид взаимодействие се определя от съотношението на енергията на взаимодействие на различни и хомогенни частици от системата, тоест съотношението на енергиите на взаимодействие на атомите в чисти метали и сплави.

Някои примеси обаче влошават качеството на металите и сплавите. Известно е например, че чугунът (сплав от желязо и въглерод) няма здравината и твърдостта, които са характерни за стоманите. В допълнение към въглерода, свойствата на стоманата се влияят от добавянето на сяра и фосфор, които увеличават нейната чупливост.

От цветните сплави отбелязваме бронз, месинг, мельхиор и дуралуминий.

Бронзът е сплав на основата на мед с добавка (до 20%) калай. Бронзът е добре отлят, затова се използва в машиностроенето, където от него се изработват лагери, бутални пръстени, клапани, фитинги и др. Използва се и за художествено отливане.

Месингът също е медна сплав, съдържаща 10 до 50% цинк. Използва се в автомобилостроенето.

Купроникелът е сплав, съдържаща около 80% мед и 20% никел, подобна на външен вид на среброто. Използва се за производството на сравнително евтини прибори за хранене и арт продукти.

Duralumin (duralumin, duralumin) е сплав на алуминиева основа, съдържаща мед, магнезий, манган и никел. Има добри механични свойства и се използва в самолетостроенето и машиностроенето.

Металните предмети около нас рядко се състоят от чисти метали. Само алуминиевите тигани или медната тел са около 99,9% чисти. В повечето други случаи хората имат работа със сплави. Така, различни видовежелязото и стоманата съдържат, заедно с металните добавки, малки количества въглерод, които имат решаващо влияние върху механичното и термично поведение на сплавите. Всички сплави имат специална маркировка, т.к сплавите със същото име (например месинг) могат да имат различни масови фракции на други метали.

За производството на сплави се използват различни метали. Най-важните сред всички сплави са стоманите с различен състав. Простите структурни стомани се състоят от желязо с относително висока чистота с малки (0,07-0,5%) въглеродни добавки. Така че чугунът, получен в доменна пещ, съдържа около 10% други метали, от които около 3% е въглерод, а останалото е силиций, манган, сяра и фосфор. А легираните стомани се получават чрез добавяне на силиций, мед, манган, никел, хром, волфрам, ванадий и молибден към желязото.

Никелът, заедно с хрома, е основен компонент на много сплави. Придава висока химическа устойчивост и механична якост на стоманите. Така известната неръждаема стомана съдържа средно 18% хром и 8% никел. За производството на химическо оборудване, дюзи за самолети, космически ракети и спътници са необходими сплави, които са стабилни при температури над 1000 ° C, тоест не се разрушават от кислород и горими газове и в същото време имат здравина от най-добрите стомани. Тези условия отговарят на сплави с високо съдържание на никел. Голяма група е съставена от медно-никелови сплави.

Сплав от мед, известна от древни времена, - бронзът съдържа 4-30% калай (обикновено 8-10%). Бронзови предмети от майстори са оцелели и до днес. Древен Египет, Гърция, Китай. Инструментите и много други предмети са отлети от бронз през Средновековието. Прочутите Цар оръдие и Цар Камбана в Московския Кремъл също са отлети от сплав на мед и калай. Понастоящем калайът често се заменя в бронза с други метали, което води до промяна в техните свойства. Алуминиеви бронзове, които съдържат 5-10% алуминий, имат повишена здравина. Такъв бронз е сечен медни монети... Много здрави, твърди и еластични берилиеви бронзове съдържат приблизително 2% берилий. Пружините от берилиев бронз са практически вечни. Бронзите, направени на базата на други метали, като олово, манган, антимон, желязо и силиций, намират широко приложение в националната икономика.

Купроникелова сплав съдържа от 18 до 33% никел (останалото е мед). Точката на топене на мельхиора е 1170 ° C. Той има красива външен вид... Сервизите и декорациите са изработени от мельхиор, сечени са монети („сребърни“). Сплав, подобна на мельхиор - никел сребро - съдържа освен 15% никел, до 20% цинк. Тази сплав се използва за производството на художествени продукти, медицински инструменти. Медно-никелови сплави константан (40% никел) и манганин (сплав от мед, никел и манган) имат много високо електрическо съпротивление. Използват се при производството на електрически измервателни уреди. Характерна особеност на всички медно-никелови сплави е тяхната висока устойчивост на корозионни процеси - те почти не се разрушават дори в морска вода. Медни сплави с цинк със съдържание на цинк до 50% се наричат ​​месинг. Месингът "60" съдържа например 60 тегловни части мед и 40 тегловни части цинк. За леене под налягане на цинк се използва сплав, съдържаща около 94% цинк, 4% алуминий и 2% мед. Това са евтини сплави, имат добри механични свойства и са лесни за обработка. Месингите, поради своите качества, са намерили широко приложениев машиностроенето, химическата промишленост, в производството на стоки за бита. За да се придадат специални свойства на месингите, към тях често се добавят алуминий, никел, силиций, манган и други метали. Месингът се използва за направата на тръби за автомобилни радиатори, тръбопроводи, гилзи, възпоменателни медали, както и части от технологични устройства за получаване на различни вещества.

Нискотопими сплави могат да бъдат получени по следните рецепти. Нютонова сплав: 31 тегловни части олово, 19 части калай и 50 части бисмут. Точка на топене 95°C. Дървесна сплав: 25 части олово, 12,5 части калай, 50 части бисмут и 12,5 части кадмий. Точка на топене 60°C. Лъжица, изработена от тази сплав, ще се разтопи, ако с нея се разбърква горещо кафе. В миналото това беше демонстрирано като хумористично преживяване. Така смесената напитка обаче е отровна заради солите на оловото и бисмута!

Промишлените медно-никелови сплави могат условно да бъдат разделени на две групи: структурни (или устойчиви на корозия) и електрически (термоелектродни сплави и резистентни сплави).

Структурните сплави включват куниал, мельхиор, никел сребро и др. Купроникелът се нарича двойни и по-сложни сплави на медна основа, чийто основен легиращ компонент е никел. За повишаване на устойчивостта на корозия в морската вода те са допълнително легирани с желязо и манган. Никел среброто в сравнение с мельхиора се характеризира с висока якост поради допълнително легиране с цинк. Куниалите са сплави от тройната система Cu-Ni-Al. Никелът и алуминият се разтварят в мед в големи количества при високи температури, но с понижаване на температурата разтворимостта рязко намалява. Поради тази причина сплавите от системата Cu-Ni-Al се втвърдяват ефективно чрез закаляване и стареене. Сплавите за закаляване се нагряват до 900-1000 o C и след това отлежават при 500-600 o C. Укрепването по време на стареене се осигурява от диспергирани утайки на Ni3Al и NiAl фази. Купроникел, никел сребро, cunial се отличават с високи механични и корозионни свойства; те се използват за производството на топлообменници в морското корабостроене (кондензаторни тръби и термостати), медицински инструменти, части от прецизна механика и химическа промишленост, части от устройства в електротехника, радиотехника и за производство на съдове. Като резистивни сплави се използват купроникел от марката MN19 и никел сребро от марка MNTs15-20.

Електрическите сплави включват съпротивителни сплави - манганин (MNMts3-12) и константан (MNMts40-1b5) и сплави за термоелектроди и компенсационни проводници: Kopel (MNMts43-0,5).

Нютонова сплав: 31 тегловни части олово, 19 части калай и 50 части бисмут. Точка на топене 95°C.

Дървесна сплав: 25 части олово, 12,5 части калай, 50 части бисмут и 12,5 части кадмий (кадмият се получава най-добре в цех за галванично покритие). Точка на топене 60°C. Лъжица, изработена от тази сплав, ще се разтопи, ако с нея се разбърква горещо кафе. В миналото това беше демонстрирано като хумористично преживяване. Така смесената напитка е отровна поради солите на оловото и бисмута!

Можем да вземем малко месинг в нашата малка фурна. За да направите това, разтопете медта с помощта на Bunsen или, по-добре, с горелка за издухване на стъкло и след това добавете парчета цинк; можете веднага да поставите парчета от двата метала в тигела. Месинг 60 съдържа например 60 тегловни части креда и 40 тегловни части цинк (В СССР т.нар. двойни месинги също се маркират според съдържанието на мед. Клас L80 например означава, че месингът съдържа 79-81% мед, а останалото е цинк (прибл. прев.).

За леене под налягане на цинк се използва сплав, съдържаща около 94% цинк, 4% алуминий и 2% мед.

IV. Химични свойства на металите.

Основното химично свойство на металите е способността на техните атоми лесно да даряват своите валентни електрони и да се трансформират в положително заредени йони. Типичните метали никога не свързват електрони; техните йони винаги са положително заредени.

Лесно дарявайки своите валентни електрони в химични реакции, типичните метали са енергийни редуциращи агенти.

Способността за даряване на електрони не се проявява в еднаква степен в отделните метали. Колкото по-лесно металът се отказва от електроните си, толкова по-активен е той, толкова по-енергично взаимодейства с други вещества.

Потопете парче цинк в разтвор на някаква оловна сол. Цинкът започва да се разтваря и от разтвора се отделя олово. Реакцията се изразява с уравнението:

Zn + Pb (NO 3) 2 = Pb + Zn (NO 3) 2

От уравнението следва, че тази реакция е типична окислително-редукционна реакция. Същността му се свежда до факта, че цинковите атоми даряват своите валентни електрони на двувалентни оловни йони, като по този начин се превръщат в цинкови йони, а оловните йони се редуцират и освобождават под формата на метално олово. Ако направите обратното, тоест потопите парче олово в разтвор на цинкова сол, тогава няма да настъпи реакция. Това показва, че цинкът е по-активен от оловото, че неговите атоми се даряват по-лесно и че йоните добавят електрони по-трудно от оловните атоми и йони.

Изместването на някои метали от техните съединения от други метали е проучено за първи път в детайли от руския учен Бекетов, който подрежда металите според намаляващата им химическа активност в така наречените "редове на изместване". В момента редът на изместване на Бекетов се нарича поредица от напрежения.

Приложение № 3 представя стойностите на стандартните електродни потенциали на някои метали. Символът Me + / Me - обозначава метала Me, потопен в разтвор на неговата сол. Стандартните потенциали на електродите, действащи като редуциращи агенти по отношение на водорода, имат знак "-", а "+" маркира стандартните потенциали на електродите, които са окислители.

Металите, подредени във възходящ ред на техните стандартни електродни потенциали, образуват електрохимична серия от метални напрежения:

Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au

Редица напрежения характеризират химичните свойства на металите:

1) Колкото по-нисък е електродният потенциал на метала, толкова по-голям е неговият редукционен капацитет.

2) Всеки метал е способен да измести (възстанови) от солеви разтвори онези метали, които са в поредицата от напрежения след него:

Fe 0 + Cu +2 SO 4 = Fe +2 SO 4 + Cu 0

Cu 0 + Hg +2 Cl 2 = Hg 0 + Cu +2 Cl 2

3) Всички метали, които имат отрицателен стандартен електроден потенциал, тоест тези, разположени в поредицата от напрежения вляво от водорода, са в състояние да го изместят от киселинни разтвори:

Zn 0 + 2H +1 Cl = Zn +2 Cl 2 + H 2 0

Но медта не реагира със солна киселина. Трябва да се помни, че това правило има редица изменения:

а) правилото се спазва, ако при реакцията на метал с киселина се образува разтворима сол;

б) концентрирана сярна киселина и азотна киселина с всякаква концентрация взаимодействат с метали по специален начин, докато водородът не се образува;

в) правилото не важи за алкалните метали, тъй като те лесно взаимодействат с вода (и това правило важи за реакциите на водни разтвори на киселини с метали).

Трябва да се отбележи, че представената серия характеризира поведението на металите и техните соли само във водни разтвори и при стайна температура. Освен това трябва да се има предвид, че високата електрохимична активност на металите не винаги означава неговата висока химическа активност. Например, поредица от напрежения започва с литий, докато по-химично активните метали: рубидий и калий са разположени вдясно от лития. Това се дължи на изключително високата енергия на процеса на хидратация на литиеви йони в сравнение с йоните на други алкални метали.

Алкалните и алкалоземните метали лесно взаимодействат с кислорода във въздуха:

4Li 0 + O 2 0 = 2Li 2 +1 O -2 (4е -)

2Ca 0 + O 2 0 = 2Ca +2 O -2 (4e -)

С кислород, натрият и калият образуват не оксиди, а пероксиди:

2Na 0 + O 2 0 = Na 2 +1 O 2 -1 (2e -)

2K 0 + O 2 0 = K 2 +1 O 2 -1 (2е -)

Желязо, цинк, мед и други по-малко активни метали се окисляват енергично от кислород само при нагряване:

2Zn 0 + O 2 0 = 2Zn +2 O -2 (4е -)

2Cu 0 + O 2 0 = 2Cu +2 O -2 (4е -)

Златните и платинените метали не се окисляват от атмосферния кислород при никакви условия.

Във въздуха при обикновени температури повърхността на берилия и магнезия е покрита със защитен оксиден филм. Алкалоземните метали взаимодействат по-активно с атмосферния кислород, поради което се съхраняват под слой керосин или в запечатани съдове, като алкални метали.

Когато се нагряват на въздух, всички разглеждани метали изгарят енергично с образуването на оксиди:

2Be 0 + O 2 0 = 2Be +2 O -2 (4e -)

2Mg 0 + O 2 0 = 2Mg +2 O -2 (4e -)

Реакцията на изгаряне на магнезий е придружена от ослепителна светкавица, преди това е била използвана при снимане на обекти в тъмни помещения. В момента се използва електрическа светкавица.

Алкалните метали активно взаимодействат с почти всички неметали. Използвайки общата нотация за Met метали, ние записваме в общ вид уравнението за реакциите на алкални метали с неметали - водород, хлор и сяра:

2Me 0 + H 2 0 = 2Me +1 H -1 (2e -)

2Me 0 + Cl 2 0 = 2Me +1 Cl -1 (2е -)

2Me 0 + S 0 = Me 2 +1 S -2 (2e -)

Алкалоземните метали се окисляват с водород до хидриди при високи температури:

Me 0 + H 2 0 = Me +2 H 2 -1 (2е -)

Берилият, магнезият и всички алкалоземни метали взаимодействат при нагряване с неметали - хлор, сяра, азот и др., образувайки съответно хлориди, сулфиди, нитриди:

Me 0 + Cl 2 0 = Me +2 Cl 2 -1 (2е -)

Me 0 + S 0 = Me +2 S -2 (2e -)

3Me 0 + N 2 0 = Me 3 +2 N 2 -3 (6е)

Всички алкални метали активно взаимодействат с вода, образувайки алкали и редуциращи водата до водород (снимка вдясно). Скоростта на взаимодействие на алкален метал с вода ще се увеличи от литий до цезий:

2Me 0 + 2H +1 OH = 2Me +1 OH + + H 2 0 (2e -)

От всички метали от основната подгрупа на група II, само берилият практически не взаимодейства с вода, магнезият реагира с него бавно, останалите метали взаимодействат бурно с вода при нормални условия:

Me 0 + 2H +1 OH = Me +2 (OH) 2 + H 2 0 (2е -)

Други метали, които стоят в поредица от напрежения до водород, също могат да изместят водорода от водата при определени условия. Но алуминият реагира бурно с вода само ако оксидният филм се отстрани от повърхността му:

2Al 0 + 6H 2 +1 0 = 2Al +3 (OH) 3 + 3H 2 0

Желязото взаимодейства с вода само в нажежено състояние:

3Fe 0 + 4H 2 +1 O = (Fe +2 Fe 2 +3) O 4 + 4H 2 0

С киселини в разтвор (HCl, H 2 SO 4 (разреден), CH 3 COOH и др., с изключение на HNO 3), взаимодействат метали, които стоят в серия от напрежения до водород. Това произвежда сол и водород.

2Al 0 + 6H +1 Cl = 2Al +3 Cl 3 + 3H 2 0

2CH 3 COOH +1 + Mg 0 = Mg +2 (CH 3 COO) 2 + H 2 0

Със соли на по-малко активни метали в разтвор. В резултат на тази реакция се образува разтворима сол на по-активен метал и по-малко активен метал се освобождава в свободна форма:

Fe 0 + Cu +2 SO 4 = Fe +2 SO 4 + Cu 0

V. Корозия на метали.

Почти всички метали, влизащи в контакт със заобикалящата го газообразна или течна среда, повече или по-малко бързо се разрушават от повърхността. Причинява се от химичното взаимодействие на метали с газове във въздуха, както и с вода и разтворени в него вещества.

Всеки процес на химическо разрушаване на метали под въздействието на околната среда се нарича корозия.

Корозията е най-често срещана при контакт на метали с газове. Върху металната повърхност се образуват съответни съединения: оксиди, серни съединения, основни соли на въглеродната киселина, които често покриват повърхността с плътен слой, който предпазва метала от по-нататъшно излагане на същите газове.

По-различно е положението, когато металът влезе в контакт с течна среда – вода и разтворени в нея вещества. Получените съединения могат да се разтворят, поради което корозията се разпространява по-нататък в метала. Освен това водата, съдържаща разтворени вещества, е проводник на електрически ток, в резултат на което непрекъснато протичат електрохимични процеси, които са един от основните фактори, които причиняват и ускоряват корозията.

Най-често продуктите от желязо са подложени на корозия. Особено силно корозира метала във влажен въздух и вода. Опростено, този процес може да бъде изразен с помощта на следното уравнение на химичната реакция:

4Fe + ЗО 2 + 6Н 2 O = 4Fe (ОН) 3

Има много начини за борба с корозията. Ще назова някои от тях.

1) Нанасяне на защитни покрития върху повърхността на метала, който трябва да бъде защитен от корозия. За това често се използват маслени бои, емайли, лакове. Тези неметални покрития са евтини, но обикновено са краткотрайни. Те трябва да се актуализират на всеки две години, а понякога и по-често. Например рисуват Айфеловата кула в Париж.

Защитеният метал може да бъде покрит със слой от друг метал: злато, сребро, хром, никел, калай, цинк и др. Един от най-старите методи е калайдисването или покриването на железен лист със слой калай. Такова желязо се нарича калай.

2) Използване на неръждаеми стомани, съдържащи специални добавки. Например, "неръждаема стомана", от която се произвеждат приборите за хранене, съдържа до 12% хром и до 10% никел. Леките неръждаеми сплави включват алуминий или титан. Всеки, който беше във Всеруския изложбен център, видя пред входа обелиска „На завоевателите на космоса, облицован с плочи от титанова сплав (снимката вляво). По матовата му лъскава повърхност няма нито едно петънце ръжда.

3) Въвеждане в работната среда, където се намират метални части, вещества, които намаляват агресивността на околната среда десетки и стотици пъти. Такива вещества се наричат ​​инхибитори на корозия.

Инхибиторите на корозия се въвеждат в затворени охладителни системи, в петролни продукти и дори се инжектират в газопроводи, за да намалят корозията на тръбите отвътре. За да се предотврати корозията на желязото в сярна киселина, към него се добавя азотна киселина като инхибитор.

4) Осъществяване на контакт с по-активен метал - протектор. Например, цинкът обикновено се използва за защита на стоманените корпуси на морските съдове. А на сушата метална конструкция (тръба, електропровод и др.) е свързана с лист или парче по-активен метал. За същата цел към детайлите на мостовата конструкция се заваряват парчета цинк.

Чистите метали в повечето случаи почти не корозират. Дори такъв метал като желязото, в напълно чист вид, почти не ръждясва. Но обикновените технически метали винаги съдържат различни примеси, което създава благоприятни условия за корозия.

Щетите, причинени от металната корозия, са огромни. Изчислено е например, че поради корозия ежегодно загива такова количество стомана, което е равно на приблизително една четвърт от цялото й световно производство годишно. Ето защо се отделя много внимание на изучаването на корозионните процеси и търсенето на най-добрите средства за нейното предотвратяване.

Методите за борба с корозията са изключително разнообразни. Най-простият от тях е да се предпази металната повърхност от директен контакт с околната среда, като се покрие с маслена боя, лак, емайл или накрая с тънък слой от друг метал. От особен интерес от теоретична гледна точка е покритието на един метал с друг.

Те включват: катодно покритие, когато защитният метал е в поредицата от напрежения вдясно от защитното (типичен пример е калайдисана, т.е. калайдисана стомана); анодно покритие, като покритие от цинкова стомана.

За предпазване от корозия е препоръчително металната повърхност да се покрие със слой от по-активен метал, отколкото слой от по-малко активен. Въпреки това, други съображения често диктуват използването на покрития от по-малко активни метали.

На практика най-често е необходимо да се вземат мерки за защита на стоманата като метал, особено податлив на корозия. Освен цинк, от по-активните метали, понякога за целта се използва кадмий, който действа като цинк. От по-малко активните метали за покритие на стомана най-често се използват калай, мед, никел.

Продуктите от никелирана стомана имат красив външен вид, което обяснява широкото използване на никелиране. Когато никеловият слой е повреден, корозията е по-малко интензивна, отколкото когато медният (или калай) слой е повреден, тъй като потенциалната разлика за двойката никел-желязо е много по-малка, отколкото за двойката мед-желязо.

Сред другите методи за борба с корозията има и метод за протектори, който се състои във факта, че защитеният метален обект се привежда в контакт с голяма повърхност от по-активния метал. И така, цинковите листове се въвеждат в парни котли, които са в контакт със стените на котела и образуват галванична двойка с тях.

Vi. Методи за получаване на метали.

По-голямата част от металите се намират в природата под формата на съединения с други елементи.

Само няколко метала се намират в свободно състояние и тогава те се наричат ​​самородни. Златото и платината се намират почти изключително в естественото им състояние, среброто и медта се намират частично в естественото им състояние; понякога се срещат и самороден живак, калай и някои други метали.

Извличането на злато и платина се извършва или чрез механично отделяне от скалата, в която са затворени, например чрез промиване с вода, или чрез извличането им от скалата с различни реагенти, последвано от отделяне на метала от решението. Всички останали метали се добиват чрез химическа обработка на техните естествени съединения.

Минералите и скалите, съдържащи метални съединения и подходящи за производството на тези метали с промишлени средства, се наричат ​​руди. Основните руди са метални оксиди, сулфиди и карбонати.

Най-важният метод за получаване на метали от руди се основава на редуцирането на техните оксиди с въглища.

Ако, например, смесите червена медна руда (куприт) Cu 2 O с въглища и я подложите на силно сияние, въглищата, редуциращи мед, ще се превърнат във въглероден оксид (II) и медта ще се освободи в разтопено състояние :

Cu 2 O + C = 2Cu + CO

По същия начин чугунът се топи от железни руди, калай се получава от калаен камък SnO 2, а други метали се редуцират от оксиди.

При обработката на серни руди, серните съединения първо се превръщат в кислородни съединения чрез изпичане в специални пещи, а след това получените оксиди се редуцират с въглища. Например:

2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2

ZnO + C = Zn + CO

В случаите, когато рудата е сол на въглеродна киселина, тя може да бъде директно редуцирана с въглища, точно както оксидите, тъй като при нагряване карбонатите се разлагат на метален оксид и въглероден диоксид. Например:

ZnCO 3 = ZnO + CO 2

Обикновено рудите, освен химичното съединение на този метал, съдържат много повече примеси под формата на пясък, глина, варовик, които са много трудни за топене. За да се улесни топенето на метал, различни вещества се смесват с рудата, образувайки топими съединения с примеси - шлаки. Такива вещества се наричат ​​потоци. Ако добавката се състои от варовик, тогава като флюс се използва пясък, който образува калциев силикат с варовик. Обратно, в случай на голямо количество пясък, варовикът служи като поток.

В много руди количеството на примесите (отпадна скала) е толкова голямо, че директното топене на метали от тези руди е икономически неизгодно. Такива руди предварително се „обогатяват”, тоест част от примесите се отстраняват от тях. Особено широко разпространен е флотационният метод на обогатяване на руда (флотация), основан на различна омокряемост на чиста руда и отпадна скала.

Техниката на флотация е много проста и основно се свежда до следното. Рудата, състояща се например от сярен метал и безплодна силикатна скала, се смила фино и се изсипва в големи вани с вода. Към водата се добавя малко органично вещество с ниска полярност, което допринася за образуването на стабилна пяна при разклащане на водата и малко количество специален реагент, така наречения „колектор“, който се адсорбира добре от повърхността на плаващия минерал и го прави невъзможно да се намокри с вода. След това през сместа отдолу се пропуска силна струя въздух, смесвайки рудата с вода и добавените вещества, а въздушните мехурчета се заобикалят от тънки маслени филми и образуват пяна. В процеса на смесване частиците на плаващия минерал се покриват със слой от адсорбирани колекторни молекули, прилепват към мехурчетата на издухания въздух, издигат се нагоре с тях и остават в пяната; частици от отпадъчна скала, навлажнени с вода, се утаяват на дъното. Пяната се събира и изстисква, като се получава руда със значително по-високо съдържание на метал.

За да се редуцират някои метали от техните оксиди, вместо въглища се използват водород, силиций, алуминий, магнезий и други елементи.

Процесът на редуциране на метал от неговия оксид с помощта на друг метал се нарича металотермия. Ако по-специално алуминият се използва като редуциращ агент, тогава процесът се нарича алуминотермия.

Електролизата също е много важен метод за получаване на метали. Някои от най-активните метали се получават изключително чрез електролиза, тъй като всички други средства не са достатъчно енергични за възстановяване на техните йони.

Помислете за електролизата на разтвор на меден (II) сулфат върху неразтворим анод:

CuSO 4 = Cu 2+ + SO 4 2-

Катод (-): Cu 2+ + 2e - = Cu 0 Анод (+): 2H 2 O - 4e - = O 2 + 4H +

Cu 2+ + 2e - = Cu 0 2

2H 2 O - 4e - = O 2 + 4H + 1

Общо йонно уравнение: 2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu 0 + O 2 + 4H +

Общото молекулярно уравнение, отчитащо наличието на SO 4 2- аниони в разтвора: 2CuSO 4 + 2H 2 O = (електролиза) = 2Cu 0 + O 2 + 4H 2 SO 4

VII. Използването на метали.

Сред свойствата на сплавите най-важни за практическа употреба са устойчивост на топлина, устойчивост на корозия, механична якост и др. За авиацията от голямо значение са леките сплави на основата на магнезий, титан или алуминий, за металообработващата промишленост - специални сплави, съдържащи волфрам , кобалт, никел. В електронното инженерство се използват сплави, чийто основен компонент е медта. Свръхмощните магнити са получени с помощта на продуктите на взаимодействието на кобалт, самарий и други редкоземни елементи и свръхпроводящи при ниски температури сплави - на базата на интерметални съединения, образувани от ниобий с калай и др.

Съвременната технология използва огромен брой сплави и в преобладаващата част от случаите те се състоят не от два, а от три, четири или повече метала. Интересно е, че свойствата на сплавите често се различават рязко от тези на отделните метали, от които са образувани. Така сплав, съдържаща 50% бисмут, 25% олово, 12,5% калай и 12,5% кадмий, се топи само при 60,5 градуса по Целзий, докато компонентите на сплавта имат точки на топене от 271, 327, 232 и 321 градуса по Целзий. Твърдостта на калай бронз (90% мед и 10% калай) е три пъти по-голяма от чистата мед, а коефициентът на линейно разширение на желязото и никелови сплави е 10 пъти по-малък от този на чистите компоненти.

Na 2 CO 3 - натриев карбонат, образува кристален хидрат Na 2 CO 3 * 10H 2 O, известен като кристална сода, който се използва при производството на стъкло, хартия, сапун. Това е средна сол.

В ежедневието киселата сол е по-известна - натриев бикарбонат NaHCO3, използва се в хранително-вкусовата промишленост ( сода за хляб) и в медицината (сода бикарбонат).

K 2 CO 3 - калиев карбонат, техническо наименование - поташ, и се използва при производството на течен сапун и за приготвяне на огнеупорно стъкло, както и за тор.

Магнезият и калцият се използват за производството на редки метали и леки сплави. Например, магнезият е част от дуралуминия, а калцият е един от компонентите на оловните сплави, необходими за производството на лагери и кабелни обвивки.

В технологията калциевият оксид CaO се нарича негасена вар, а MgO се нарича изгоряла магнезия. И двата оксида се използват в производството на строителни материали.

Ако алуминиев прах или тънко алуминиево фолио се нагреят силно, те се запалват и изгарят с ослепителен пламък:

4Al 0 + 3O 2 0 = 2Al 2 +3 O 3 -2

Тази реакция се използва за направата на искри и фойерверки.

Алуминият намира широко приложение в металургията за получаване на метали - хром, манган, ванадий, титан, цирконий от техните оксиди. Този метод се нарича алуминотермия. На практика често се използва термит - смес от Fe 3 O 4 с алуминиев прах. Ако тази смес се запали, например, с магнезиева лента, тогава настъпва енергична реакция с отделяне на голямо количество топлина:

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe

Желязото е в основата на съвременните технологии и селскостопанското инженерство, транспорта и комуникациите, космическите кораби и като цяло цялата съвременна индустрия и цивилизация. Повечето продукти, от шевни игли до космически кораб, не могат да бъдат направени без използването на желязо.

Сулфидите на алкалоземните метали, съдържащи малки количества примеси от тежки метали, след предварително осветяване започват да светят в различни цветове - червено, оранжево, синьо, зелено. Те са част от специални светещи бои, наречени фосфори. Използват се за направата на светещи пътни знаци, циферблати и др.

CaCO 3 - калциев карбонат - едно от най-разпространените съединения на Земята. Ние сме широко известни с такива минерали, които го съдържат като тебешир, мрамор, варовик. Използва се и за направата на варос.

Най-важният от тези минерали е варовик, без който нито едно строителство не може. Първо, той сам по себе си е отличен строителен камък (припомнете си известните Одески катакомби - бивши кариери, в които се е добивал камък за изграждането на града), и второ, той е суровина за получаване на други материали: цимент, гасена и негасена вар. , стъкло и др.

Варовиковият натрошен камък укрепва пътищата, а прахът - намалява киселинността на почвата.

Естествената тебешир представлява останките от древни животински черупки (снимка на стр. 15 (вляво)). Знаем много добре един от примерите за използване на тебешир – училищни пастели и пасти за зъби. Кредата се използва при производството на хартия и каучук.

Мраморът е минерал на скулптори, архитекти и облицовки. Микеланджело създава своите красиви творения от мрамор (снимка на страница 15 (вдясно)), стени световноизвестнияот индийския мавзолей Тадж Махал са изградени от мрамор, много станции на московското метро са облицовани с мрамор.

MgCO 3 - магнезиев карбонат, намира широко приложение в производството на стъкло, цимент, тухли, както и в металургията за пренос на отпадъчни скали, т.е. несъдържащи метални съединения в шлаката.

CaSO 4 - калциев сулфат, се среща естествено под формата на гипсов минерал CaSO 4 * 2H 2 O, който е кристален хидрат. Използва се в строителството, в медицината за налагане на фиксирани гипсови превръзки, за вземане на отливки. За това се използва полуводен гипс 2CaSO 4 * H 2 O - алабастър, който при взаимодействие с вода образува двуводен гипс:

2CaSO 4 * H 2 O + H 2 O = 2CaSO 4 * H 2 O

Тази реакция протича с отделяне на топлина.

MgSO 4 - Магнезиевият сулфат, известен също като горчива сол или английска сол, се използва в медицината като слабително. Намира се в морската вода и й придава горчив вкус.

BaSO 4 - бариев сулфат, поради своята неразтворимост и способност да блокира рентгеновите лъчи, се използва в рентгеновата диагностика ("баритна каша") при заболявания на стомашно-чревния тракт.

Ca 3 (PO 4) 2 - калциев фосфат, е част от фосфорити (скали) и апатити (минерали), както и в състава на костите и зъбите в тялото на възрастен човек съдържа повече от 1 кг. калций под формата на съединение Ca 3 (PO 4) 2.

Корундът е минерал от състав Al 2 O 3, има много висока твърдост, неговата финозърнеста разновидност, съдържаща примеси - шмиргел, се използва като абразивен (шлифовъчен) материал.

Добре познати прозрачни корундови кристали, боядисани с примеси: червено - рубини и синьо - сапфири, които се използват като скъпоценни камъни. В момента те се получават изкуствено и се използват не само за бижута, но и за технически цели, например за производството на части за часовници и други прецизни инструменти. Рубинените кристали се използват в лазерите.

FeS 2 – не служи като желязна руда за производството на метали, а се използва за производството на сярна киселина.

Кристален хидрат на железен сулфат (II) FeSO * 7H 2 O, известен като железен сулфат, се използва за борба с вредители по растенията, за приготвяне на минерални бои и за други цели.

Железен (III) хлорид FeCl 3 се използва като морско средство за боядисване на тъкани.

Железен (III) сулфат Fe 2 (SO 4) 3 * 9H 2 O се използва за пречистване на вода и за други цели.

Сребърен нитрат AgNO 3, наричан още лапис. Образува безцветни прозрачни кристали, лесно разтворими във вода. Използва се в производството на фотографски материали, в производството на огледала, в галваничното покритие и в медицината.

VIII. Биологичната роля на металите.

Тежките метали (олово, мед, цинк, арсен, живак, кадмий, хром, алуминий и др.) са необходими на организма в следи и се намират главно в активните центрове на коензимите (LR Nozdryukhina, 1977, JR Glaister, 1986).

При превишаване на допустимата концентрация те нарушават много процеси в организма, като се започне от клетъчните мембрани, т.к. многовалентните метални йони могат да се свързват със специфични области на фосфолипидните полярни части (V.A. Tutelyan et al., 1987, F.W. Oehme, 1978, L.J. Casaret et al., 1975). В резултат на това взаимодействие повърхността на мембраната се разширява или свива и следователно променя обичайните си свойства (V. Kalous, Z. Pavlicek, 1985). Органометалните съединения са особено опасни, т.к те преминават много по-добре бариерите вътре в тялото. Някои метали, например олово, стронций, итрий, кадмий, заместват калция в тялото и това води до чупливост на костите.

Количеството на биологично активните химични елементи в животинските организми и тъкани зависи главно от местообитанието им и характеристиките на консумацията на фураж (S.F. Tyutikov et al., 1997). В повечето случаи селскостопанските животни страдат от дефицит и дисбаланс на микроелементи (K.K. Zanevsky, 1992). Когато съдържанието на тежки метали в почвата е по-високо от допустимите норми, се отбелязва увеличаване на приема на тези метали в дажбите и съответно в животновъдните продукти, влошаване на качеството на селскостопанските продукти. Например, в крайградските ферми, когато съдържанието на тежки метали в храната - олово, никел, хром и флуор - е 2-7 пъти по-високо от ПДК, тяхното съдържание в млякото е 1,25-2 пъти по-високо от допустимото ( Н. И. Морозова, 1998 г.). Във Вологодска област поради липса на селен с излишък от желязо, манган и кадмий млякото се доставя на мандри с ниска титруваща се киселинност (V.I. Ivanov, 1995). Основната причина са емисиите от предприятията на индустриалната зона Череповец. Наличието на тежки метали се отразява на качеството на сиренето, а технологията на производство е нарушена. По-специално, вкусът му се влошава и миризмата става нечиста, сиренето се разпада лесно, изварата се размазва (O.F. Sorokina et al., 1995). Овцете, отглеждани в индустриалната зона на Ирак, показват отлагане на живак, кадмий и олово в тялото (Abbas, 1991). При петгодишните овце съдържанието на живак и кадмий в мускулатурата е по-високо от ML (максимално допустимото ниво). Приемът на тези тежки метали при вдишване е показан от повишени нива на кадмий и олово в белите дробове. Същият автор посочва, че съдържанието на тежки метали в тъканите и органите на овцете, отглеждани в земеделските райони на Ирак, е 2-7 пъти по-малко, отколкото при животните, отглеждани в индустриална зона.

Авторите посочват, че доставката на тежки метали от почвата към растенията нараства успоредно с повишаването на киселинността на почвата. Това е така, защото техните съединения се разтварят по-добре в кисела среда (Ge Y., Murray P., Hendershot W.H, 2000, Planquart P., Bonin G., Prone A., Massiani C., 1999). Доказано е, че абсорбцията на тежки метали от тънките черва зависи от тяхната разтворимост във вода (C.A. Kan, 1994). Дългосрочна употреба на високи дози, известни на азотни торовеводи до намаляване на микроелементите в диетата (VT Samokhin et al., 1996). С техногенното замърсяване на почвата с тежки метали едновременно нараства делът на техните подвижни форми в нея (V.A. Vostroknutov et al., 1998). Въпреки това, с увеличаване на дозите на азотните торове в почвата се забелязва леко повишаване на концентрацията на Hg, Mn, Zn (A.A. Grigoriev, V.V. Okorokov, 1995). Почвените микроорганизми могат да превръщат неразтворимите соли в разтворими.

Така в продължение на много, много години напред човечеството ще използва метали, които продължават да играят водеща роля в развитието на всички области на живота му.

Научно-технологичната революция, започнала преди около 100 години, която засегна както индустрията, така и социалната сфера, също е тясно свързана с производството на метали. На базата на волфрам, молибден, титан и други метали те започнаха да създават устойчиви на корозия, свръхтвърди, огнеупорни сплави, чието използване значително разшири възможностите на машиностроенето. В ядрената и космическата технология волфрамовите и рениеви сплави се използват за производство на части, работещи при температури до 3000 ° C; в медицината се използват хирургически инструменти от тантал и платинени сплави, уникална керамика на основата на титаниеви и циркониеви оксиди.

IX. Списък на използваната литература.

1. "Обща химия"; Н.Л. Глинка; издателство Интеграл-Прес; 2007 година.

2. "Необичайни свойства на обикновените метали"; V.A. Заимовски, Т.Л. Колупаева; библиотека "Квант"; 1997 година.

3. "Магнити от сплави на редкоземни метали с кобалт";
превод от R.S. Торчинова, Е.М. Лазарев; Издателство "Москва"; 1995г.

4. „Универсален справочник по химия за ученици и кандидати”; А.А. Петров; издателство "Списък Нов"; 2003 година.

5. „Открийте света на химията. Част 1"; Р.М. Голубева, Е.А. Алферова, Е.Ю. Раткевич, В. Шефер, П. Бенеш, Г.Н. Мансуров; Издателство Екомир; Москва; 2004 година.

6. „Открийте света на химията. част 3“; Р.М. Голубева, Е.А. Алферова, Е.Ю. Раткевич, В. Шефер, П. Бенеш, Г.Н. Мансуров; Издателство Екомир; Москва; 2004 година.

7. „Химия. Клас 10"; ОПЕРАЦИОННА СИСТЕМА. Габриелян; Ф. М. Маскаев; Издателство дропла; Москва; 2005 година.

8. „Химия. Клас 11"; ОПЕРАЦИОННА СИСТЕМА. Габриелян; Г. Г. Лисова; Издателство дропла; Москва; 2006 година.

9. „Наръчник за учител по химия. 9 клас“; ОПЕРАЦИОННА СИСТЕМА. Габриелян,
I.G. Остроумов; Издателство дропла; Москва; 2005 година.

10. „Наръчник за учител по химия. 11 клас (част II)“; ОПЕРАЦИОННА СИСТЕМА. Габриелян, Г.Г. Лисов; Издателство дропла; Москва; 2006 година.

11. "Обща и неорганична химия"; Н.С. Ахметов; издателство " висше училище"; Москва; 2005 година.

Германият също проявява някои неметални свойства, заемайки междинно положение между метали и неметали.

Взаимодействие на натрий с вода.

Защитният филм на повърхността му предотвратява.

Обелиск на завоевателите на космоса (титаниева облицовка).

Креда под микроскоп.

Скулптури на Микеланджело (мрамор): "Роб, разкъсващ връзките" (вдясно), "Давид" (вляво).

метали- това са елементи, които показват само положителни степени на окисление в своите съединения и в прости вещества, които имат метални връзки. Метална кристална решетка- решетка, образувана от неутрални атоми и метални йони, свързани със свободни електрони. Тази връзка се нарича метални... За металите най-характерни са следните физични свойства: метален блясък, твърдост, пластичност, ковкост и добра топло- и електропроводимост. Топлопроводимостта и електропроводимостта намаляват в редица метали: Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg.

Много метали са широко разпространени в природата. И така, съдържанието на някои метали в земната кора е както следва: алуминий - 8,2%; желязо - 4,1%; калций - 4,1%; натрий - 2,3% магнезий - 2,3%; калий - 2,1%; титан - 0,56%.

Отвън е известно, че металите се характеризират предимно със специален „метален“ блясък, който се дължи на способността им да отразяват силно светлинните лъчи. Този блясък обаче обикновено се наблюдава само когато металът образува непрекъсната компактна маса. Вярно е, че магнезият и алуминият запазват блясъка си, дори когато се превърнат в прах, но повечето метали в фино натрошени са черни или тъмносиви. Тогава типичните метали имат висока топло- и електрическа проводимост и според способността си да провеждат топлина и ток, те са подредени в същия ред: най-добрите проводници са среброто и медта, най-лошите са оловото и живака. С повишаване на температурата електрическата проводимост намалява, с понижаване на температурата, напротив, се увеличава.

много важен имотметалите е тяхната относително лесна механична деформируемост. Металите са пластични, добре са изковани, опънати в тел, валцувани на листове и т.н.

Характерните физични свойства на металите са свързани с особеностите на тяхната вътрешна структура. Според съвременните възгледи металните кристали са съставени от положително заредени йони и свободни електрони, отделени от съответните атоми. Целият кристал може да се представи под формата на пространствена решетка, чиито места са заети от йони, а в интервалите между йоните има лесно подвижни електрони. Тези електрони непрекъснато се движат от един атом към друг и се въртят около ядрото на единия или другия атом. Тъй като електроните не са свързани с определени йони, тогава вече под въздействието на малка потенциална разлика, те започват да се движат в определена посока, тоест възниква електрически ток.

Наличието на свободни електрони също определя високата топлопроводимост на металите. Намирайки се в непрекъснато движение, електроните непрекъснато се сблъскват с йони и обменят енергия с тях. Следователно трептенията на йоните, засилени в дадена част от метала поради нагряване, незабавно се прехвърлят към съседни йони, от тях към следващите и т.н., като топлинното състояние на метала бързо се изравнява; цялата маса метал приема същата температура.

Плътността на металите е условно разделена на две големи групи: леки метали, чиято плътност е не повече от 5 g / cm3, и тежки метали - всички останали.

Частиците от метали в твърдо и течно състояние са свързани чрез специален вид химическа връзка - така наречената метална връзка. Определя се от едновременното присъствие на обикновени ковалентни връзки между неутралните атоми и кулоновото привличане между йони и свободни електрони. По този начин металната връзка не е свойство на отделни частици, а на техните агрегати.

/> /> /> /> /> /> /> /> />

Методи за получаване на метали

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

пирометалургичен

хидрометалургичен

електрометалургичен

/> /> /> /> /> /> /> />

Възстановяване на метали от съединения при високи температури

Извличане на метали от водни разтвори на техните съединения

Възстановяване на метали от стопени съединения под действието на електрически ток

Химични свойства на металите

Взаимодействие с прости вещества:

1.с халогени:

Na + Cl2 → 2NaCl

2. с кислород:

4Al + 3O2 → 2Al2O3

При реакции с халогени и кислород металите най-силно проявяват своята редукционна способност.

3.със сяра:

4.с азот:

3Mg + N2 → Mg3N2

5.с фосфор:

3Ca + 2P → Ca3P2

6.с водород:

Най-активните метали от основните подгрупи са силни редуциращи агенти, поради което редуцират водорода до степен на окисление -1 и образуват хидриди.

Взаимодействие със сложни вещества:

1. с киселини:

2Al + 3H2SO4 → Al2 (SO4) 3+ 3H2

2Al + 6H + 3SO4 → 2Al + 3SO4 + 3H2

2Al + 6H → 2Al + 3H2

Металите, които са в електрохимичната серия от метални напрежения до водород, редуцират водородните йони от разредени киселини, а тези, които са след водород, се редуцират от основния елемент, образуващ тази киселина.

2.с водни разтвори на соли:

Zn + Pb (NO3) 2 → Zn (NO3) 2 + Pb

Zn + Pb + 2NO3 = Zn + 2NO3 + Pb

Zn + Pb = Zn + Pb

При взаимодействие с водни разтвори на соли, металите, разположени в електрохимичната серия от метални напрежения вляво, намаляват металите, разположени в този ред вдясно от тях. Въпреки това, метали със силни редукционни свойства (Li, Na, K, Ca) при тези условия ще намалят водорода на водата, а не метала на съответната сол.

3.с вода:

Най-активните метали реагират с вода при нормални условия и в резултат на тези реакции се образуват водоразтворими основи и се отделя водород.

2Na + 2HOH → 2NaOH + H2

По-малко активните метали реагират с вода при повишени температури с отделянето на водород и образуването на оксида на съответния метал.

Zn + H2O → ZnO + H2

Характеристики на металите от основната подгрупаазгрупи.

Основната подгрупа на група I на периодичната система е литий Li, натрий Na, калий К, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr.

Всички алкални метали имат един s-електрон върху външния електронен слой, който при химична реакциялесно се отделя, показвайки степен на окисление от +1. Следователно алкалните метали са силни редуциращи агенти. Радиусите на техните атоми се увеличават от литий до франция. Външният електронен слой се намира все по-далеч от ядрото с увеличаване на радиуса на атома; химическа активност. В електрохимичната серия от метални напрежения всички алкални метали са отляво на водорода. Всички твърди алкални метали провеждат добре електрически ток. Те са топими, бързо се окисляват на въздух, така че се съхраняват без достъп на въздух и влага, най-често под керосин. Алкалните метали образуват съединения с предимно йонни връзки. Оксидите на алкалните метали са твърди, хигроскопични вещества, които лесно взаимодействат с вода. В този случай се образуват хидроксиди - твърди вещества, които са лесно разтворими във вода. Солите на алкалните метали, като правило, също се разтварят добре във вода.

Изцяло алкалните метали са много силни редуциращи агенти; в съединенията те проявяват единственото окислително състояние +1. Регенеративният капацитет нараства в серията –– Li – Na – K – Rb – Cs.
Всички съединения на алкалните метали са йонни.
Почти всички соли са водоразтворими.

1. Активно взаимодействайте с водата:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
2Li + 2H2O → 2LiOH + H2

2. Реакция с киселини:

2Na + 2HCl → 2NaCl + H2

3. Реакция с кислород:

4Li + O2 → 2Li2O (литиев оксид)
2Na + O2 → Na2O2 (натриев пероксид)
K + O2 → KO2 (калиев супероксид)

Във въздуха алкалните метали моментално се окисляват. Следователно те се съхраняват под слой от органични разтворители (керосин и др.).

4. При реакции с други неметали се образуват бинарни съединения:

2Li + Cl2 → 2LiCl (халогениди)
2Na + S → Na2S (сулфиди)
2Na + H2 → 2NaH (хидриди)
6Li + N2 → 2Li3N (нитриди)
2Li + 2C → 2Li2C2 (карбиди)

Реагира с алкохоли и халогенирани въглеводороди (вижте "Органична химия")

5. Качествена реакция към катиони на алкални метали - оцветяване на пламъка със следните цветове:

Li + - кармин червено
Na + - жълто
K +, Rb + и Cs + - лилаво

IIгрупи.

Основната подгрупа на група II на Периодичната таблица на елементите е берилий Be, магнезий Mg, калций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra.

Атомите на тези елементи имат два s-електрона на външно електронно ниво: ns2. В хим. При реакции атомите на елементите от подгрупата лесно отстъпват и двата електрона на външното енергийно ниво и образуват съединения, в които степента на окисление на елемента е +2.

Всички елементи от тази подгрупа принадлежат към метали. Калцият, стронций, барий и радий се наричат ​​алкалоземни метали.

В свободно състояние тези метали не се срещат в природата. Най-често срещаните елементи са калций и магнезий. Основните калций-съдържащи минерали са калцит CaCO3 (негови разновидности са варовик, креда, мрамор), анхидрит CaSO4, гипс CaSO4 ∙ 2H2O _{, флуорит CaF2 и флуорапатит Ca5 (PO4) 3F. Магнезият е част от минералите магнезит MgCO3, доломит MgCO3 ∙ CaCo3, карналит KCl ∙ MgCl2 ∙ 6H2O.Магнезиевите съединения се намират в големи количества в морската вода.}

Свойства Берилият, магнезият, калцият, барий и радий са сребристо-бели метали Стронций е златист на цвят. Тези метали са леки, особено с ниска плътност са калций, магнезий, берилий.

Радият е радиоактивен химичен елемент.

Берилият, магнезият и особено алкалоземните елементи са реактивни метали. Те са мощни реставратори. От металите от тази подгрупа берилият е малко по-малко активен, което се дължи на образуването на металозащитен оксиден филм върху повърхността на тази подгрупа.

1. Взаимодействие с прости вещества. Всичко лесно взаимодейства с кислород и сяра, образувайки оксиди и сулфати:

Берилият и магнезият реагират с кислород и сяра при нагряване, останалите метали - при нормални условия.

Всички метали от тази група лесно реагират с халогени:

Mg + Cl2 = MgCl2

При нагряване всичко реагира с водород, азот, въглерод, силиций и други неметали:

Ca + H2 = CaH2 (калциев хидрид)

3Mg + N2 = Mg3N2 (магнезиев нитрид)

Ca + 2C = CaC2 (калциев карбид)

Карибиталция е безцветно кристално вещество. Техническият карбит, съдържащ различни примеси, може да бъде сив, кафяв и дори черен. Карбиткалцият се разлага с вода, за да образува ацетиленов газ C2H2 - важен химичен продукт. индустрия:

CaC2 + 2H2O = CaOH) 2+ C2H2

Разтопените метали могат да се комбинират с други метали, за да образуват интерметални съединения, например CaSn3, Ca2Sn.

2. Реагира с вода. Берилият не взаимодейства с вода, т.к реакцията се възпрепятства от защитен оксиден филм върху металната повърхност. Магнезият реагира с вода при нагряване:

Mg + 2H2O = Mg (OH) 2 + H2

Други метали активно взаимодействат с вода при нормални условия:

Ca + 2H2O = Ca (OH) 2 + H2

3. Взаимодействие с киселини. Всички взаимодействат със солна и разредена сярна киселини с освобождаване на водород:

Be + 2HCl = BeCl2 + H2

Металите се редуцират в разредена азотна киселина главно до амоняк или амониев нитрат:

2Ca + 10HNO3 (разл.) = 4Ca (NO3) 2 + NH4NO3 + 3H2O

В концентрирани азотни и сярни киселини (без нагряване) берилият пасивира, останалите метали реагират с тези киселини.

4. Взаимодействие с алкали. Берилият взаимодейства с водни разтвори на алкали с образуването на сложна сол и отделянето на водород:

Be + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

Магнезият и алкалоземните метали не реагират с алкали.

5. Взаимодействие с оксиди и метални соли. Магнезият и алкалоземните метали могат да редуцират много метали от техните оксиди и соли:

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO

Берилият, магнезият и алкалоземните метали се получават чрез електролиза на техните хлоридни стопилки или чрез термична редукция на техните съединения:

BeF2 + Mg = Be + MgF2

MgO + C = Mg + CO

3CaO + 2Al = 2Ca + Al2O3

3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3

Радий се получава под формата на сплав с живак чрез електролиза на воден разтвор на RaCl2 с живачен катод.

Получаване:

1) Окисление на метали (с изключение на Ba, който образува пероксид)

2) Термично разлагане на нитрати или карбонати

CaCO3 –t ° → CaO + CO2

2Mg (NO3) 2 –t ° → 2MgO + 4NO2 + O2

Характеристика на елементите на основната подгрупаIIIгрупи. алуминий.

Алуминият е в основната подгрупа III на групата на периодичната система. На външното енергийно ниво на алуминиевия атом има свободни p-орбитали, което му позволява да премине във възбудено състояние. Във възбудено състояние алуминиевият атом образува три ковалентни връзкиили напълно дарява три валентни електрона, показвайки степен на окисление +3.

Алуминият е най-разпространеният метал на Земята: масовата му част в земната кора е 8,8%. По-голямата част от естествения алуминий е част от алумосиликатите - вещества, чиито основни компоненти са силиций и алуминиеви оксиди.

Алуминият е лек, сребристо-бял метал, топи се при 600 ° C, много е пластичен, може лесно да се изтегля в тел и да се навива на листове и фолио. Електрическата проводимост на алуминия съперничи само на среброто и медта.

Взаимодействие с прости вещества:

1.с халогени:

2Al + 3Cl2 → 2AlCl3

2. с кислород:

4Al + 3O2 → 2Al2O3

3.със сяра:

2Al + 3S → Al2S3

4.с азот:

Алуминият не реагира директно с водорода, но неговият хидрид AlH3 се получава индиректно.

Взаимодействие със сложни вещества:

1. с киселини:

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

2.с основи:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2

Ако NaOH е твърд:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2NaAlO2 + 3H2

3.с вода:

2Al + 6H2O → 2Al (OH) 3 + 3H2

Свойства на алуминиев оксид и хидроксид:

Алуминиевият оксид или алуминиев оксид, Al2O3 е бял прах. Алуминиевият оксид може да се получи чрез изгаряне на метал или калциниране на алуминиев хидроксид:

2Al (OH) 3 → Al2O3 + 3H2O

Алуминиевият оксид практически не се разтваря във вода. Съответният хидроксид Al(OH) 3 се получава чрез действието на амониев хидроксид или алкални разтвори, отстранени от остатъка върху разтвори на алуминиеви соли:

AlCl3 + 3NH3 ∙ H2O → Al (OH) 3 ↓ + 3NH4Cl

Оксидът и хидроксидът на този метал са амфотерни, т.е. проявяват както основни, така и киселинни свойства.

Основни свойства:

Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O

2Al (OH) 3 + 3H2SO4 → Al2 (SO4) 3 + 6H2O

КиселиненИмоти:

Al2O3 + 6KOH + 3H2O → 2K3

2Al (OH) 3+ 6KOH → K3

Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O

Алуминият се получава чрез електролитен метод. Не може да се изолира от водни разтвори на соли, т.к е много активен метал. Следователно основният промишлен метод за производство на метален алуминий е електролизата на стопилка, съдържаща алуминиев триоксид и криолит.

Металният алуминий се използва широко в промишлеността, като по отношение на производството той заема второ място след желязото. Основната част от алуминия се използва за производството на сплави:

Дуралуминият е алуминиева сплав, съдържаща мед и малки количества магнезий, манган и други компоненти. Duralumin са леки, издръжливи и устойчиви на корозия сплави. Използва се в самолетостроенето и машиностроенето.

Магналинът е сплав от алуминий с магнезий. Използват се в самолетостроенето и машиностроенето, в строителството. Той е устойчив на корозия в морска вода, поради което се използва в корабостроенето. Силумин е алуминиева сплав, съдържаща силиций. Добре подлежи на кастинг. Тази сплав се използва в автомобилостроенето, самолетостроенето и машиностроенето, производството на прецизни инструменти. Алуминият е пластичен метал, поради което от него се изработва тънко фолио, което се използва при производството на радиооборудване и за опаковане на стоки. Проводниците са алуминиеви, боите са "под-сребърни".

Преходни метали.

Желязо.

В периодичната система желязото е в четвъртия период, в странична подгрупа на VIII група.

Серийният номер е 26, електронната формула е 1s2 2s2 2p6 3d64s2.

Валентните електрони на атома на желязото са разположени на последния електронен слой (4s2) и предпоследния (3d6). При химични реакции желязото може да дарява тези електрони и да проявява окислителни състояния от +2, +3, а понякога и +6.

Желязото е вторият най-разпространен метал в природата (след алуминия). Най-важните природни съединения: Fe2O3 · 3H2O - кафява желязна руда; Fe2O3 - червена желязна руда; Fe3O4 (FeO · Fe2O3) – магнитна желязна руда; FeS2 - железен пирит ( пирит).живи организми.

Желязото е сребристо сив метал с висока пластичност, пластичност и силни магнитни свойства.Плътността на желязото е 7,87 g/cm3, точката на топене е 1539°C.

В индустрията желязото се получава чрез възстановяването му от желязна рудавъглерод (кокс) и въглероден окис (II) в доменни пещи. Химията на процеса на доменната пещ е както следва:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2,

FeO + CO = Fe + CO2.

Желязото е редуциращ агент в реакциите. Въпреки това, при обикновена температура, той не взаимодейства дори с най-активните окислители (халогени, кислород, сяра), но при нагряване става активен и реагира с тях:

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 Железен (III) хлорид

3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO Fe2O3) Железен оксид (II, III)

Fe + S = FeS Железен (II) сулфид

При много високи температури желязото реагира с въглерод, силиций и фосфор:

3Fe + C = Fe3C Железен карбид (цементит)

3Fe + Si = Fe3Si Железен силицид

3Fe + 2P = Fe3P2 Железен (II) фосфид

Във влажен въздух желязото бързо се окислява (корозира):

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe (OH) 3,

Желязото е в средата на електрохимичния ред на напреженията на металите, поради което е метал със средна активност.Желязото има по-ниска редукционна способност от алкалните, алкалоземните метали и алуминия. Само при високи температури нажеженото желязо реагира с вода:

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

Желязото реагира с разредена сярна и солна киселина, измествайки водорода от киселините:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

При нормални температури желязото не взаимодейства с концентрирана сярна киселина, тъй като се пасивира от нея.При нагряване концентрираната H2SO4 окислява желязото от железен (III) досулфит:

2Fe + 6H2SO4 = Fe2 (SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O.

Разредената азотна киселина окислява желязото до железен (III) нитрат:

Fe + 4HNO3 = Fe (NO3) 3 + NO + 2H2O.

Концентрираната азотна киселина пасивира желязото.

Желязото измества металите от солеви разтвори, които се намират вдясно от него в електрохимичната серия от напрежения:

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu, Fe0 + Cu2 + = Fe2 + + Cu0.

Железен (II) оксид FeO - черно кристално вещество, неразтворимо във вода. Железният (II) оксид се получава чрез редукция на железен (II, III) оксид с въглероден оксид (II):

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2.

Железният (II) оксид е основен оксид, който лесно реагира с киселини и се образуват железни (II) соли:

FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O, FeO + 2H + = Fe2 + + H2O.

Железен (II) хидроксид Fe (OH) 2 - бял прах, неразтворим във вода. Получава се от соли на желязо (II) чрез взаимодействието им с основи:

FeSO4 + 2NaOH = Fe (OH) 2¯ + Na2SO4,

Fe2 + + 2OH- = Fe (OH) 2¯.

Железен (II) хидроксид Fe (OH) 2 проявява основни свойства, лесно реагира с киселини:

Fe (OH) 2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O,

Fe (OH) 2 + 2H + = Fe2 + + 2H2O.

При нагряване железният (II) хидроксид се разлага:

Fe (OH) 2 = FeO + H2O.

Съединения със степен на окисление на желязо +2 проявяват редуциращи свойства, тъй като Fe2 + лесно се окислява до Fe + 3:

Fe + 2 - 1e = Fe + 3

Така прясно получената зеленикава утайка на Fe (OH) 2 във въздуха много бързо променя цвета си - става кафяв. Промяната в цвета се обяснява с окисляването на Fe (OH) 2 до Fe (OH) 3 от кислород във въздуха:

4Fe + 2 (OH) 2+ O2 + 2H2O = 4Fe + 3 (OH) 3.

Железен (III) оксид Fe2O3 - кафяв прах, неразтворим във вода. Получава се железен (III) оксид:

А) разлагане на железен (III) хидроксид:

2Fe (OH) 3 = Fe2O3 + 3H2O

Б) окисление на пирит (FeS2):

4Fe + 2S2-1 + 11O20 = 2Fe2 + 3O3 + 8S + 4O2-2.

Железният (III) оксид проявява амфотерни свойства:

А) взаимодейства с твърди основи NaOH и KOH и с натриеви и калиеви карбонати при високи температури:

Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O,

Fe2O3 + 2OH- = 2FeO2- + H2O,

Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2.

Натриев ферит

Железен (III) хидроксид се получават от соли на желязо (III) чрез взаимодействието им с основи:

FeCl3 + 3NaOH = Fe (OH) 3¯ + 3NaCl,

Fe3 + + 3OH- = Fe (OH) 3¯.

Железният (III) хидроксид е по-слаба основа от Fe (OH) 2 и проявява амфотерни свойства (с преобладаване на основни). Когато взаимодейства с разредени киселини, Fe (OH) 3 лесно образува съответните соли:

Fe (OH) 3 + 3HCl «FeCl3 + H2O

2Fe (OH) 3 + 3H2SO4 «Fe2 (SO4) 3+ 6H2O

Fe (OH) 3 + 3H + "Fe3 + + 3H2O

Реакциите с концентрирани алкални разтвори протичат само при продължително нагряване.

Съединенията със степен на окисление на желязо +3 проявяват окислителни свойства, тъй като под действието на редуциращи агенти Fe + 3 се превръща в Fe + 2:

Fe + 3 + 1e = Fe + 2.

Така, например, железният (III) хлорид окислява калиев йодид до свободен йод:

2Fe + 3Cl3 + 2KI = 2Fe + 2Cl2 + 2KCl + I20

хром.

Хромът е в странична подгрупа на група VI на периодичната таблица. Структура на хромовата електронна обвивка: Cr3d54s1.

Масовата част на хрома в земната кора е 0,02%. Най-важните минерали, които изграждат хромните руди, са хромит или хромова желязна руда и нейните разновидности, при които желязото е частично заменено с магнезий, а хромът е заменен с алуминий.

Хромът е сребристо сив метал. Чистият хром е доста пластичен, а техническият е най-твърдият от всички метали.

Той е химически неактивен. При нормални условия той реагира само с флуор (от неметали), образувайки смес от флуориди. При високи температури (над 600 ° C) взаимодейства с кислород, халогени, азот, силиций, бор, сяра, фосфор:

4Cr + 3O2 –t ° → 2Cr2O3

2Cr + 3Cl2 –t ° → 2CrCl3

2Cr + N2 –t ° → 2CrN

2Cr + 3S –t ° → Cr2S3

В азотна и концентрирана сярна киселина се пасивира, като се покрива със защитен оксиден филм. Разтваря се в солна и разредена сярна киселина, докато ако киселината е напълно освободена от разтворения кислород, се получават соли на хром (II), а ако реакцията протича във въздуха - соли на хром (III):

Cr + 2HCl → CrCl2 + H2

2Cr + 6HCl + O2 → 2CrCl3 + 2H2O + H2

Хром (II) оксид и хром (II) хидроксид са основни.

Cr (OH) 2 + 2HCl → CrCl2 + 2H2O

Хромовите (II) съединения са силни редуциращи агенти; те се трансформират в хромови (III) съединения под действието на атмосферния кислород.

2CrCl2 + 2HCl → 2CrCl3 + H2

4Cr (OH) 2 + O2 + 2H2O → 4Cr (OH) 3

Тривалентни хромови съединения

Хром (III) оксид Cr2O3 е зелен, неразтворим прах. Може да се получи чрез калциниране на хром (III) хидроксид или калиеви и амониеви дихромати:

2Cr (OH) 3 –t ° → Cr2O3 + 3H2O

4K2Cr2O7 –t ° → 2Cr2O3 + 4K2CrO4 + 3O2

(NH4) 2Cr2O7 –t ° → Cr2O3 + N2 + 4H2O

Амфотерен оксид. Когато Cr2O3 се кондензира с основи, сода и киселинни соли, се получават хромови съединения със степен на окисление (+3):

Cr2O3 + 2NaOH → 2NaCrO2 + H2O

Cr2O3 + Na2CO3 → 2NaCrO2 + CO2

Cr2O3 + 6KHSO4 → Cr2 (SO4) 3 + 3K2SO4 + 3H2O

Чрез сливане със смес от алкали и окислител се получават хромови съединения в степен на окисление (+6):

2Cr2O3 + 4KOH + KClO3 → 2K2Cr2O7 (калиев дихромат) + KCl + 2H2O

Хидроксихром (III) Cr (OH) 3 е зелено водонеразтворимо вещество.

Cr2 (SO4) 3+ 6NaOH → 2Cr (OH) 3¯ + 3Na2SO4

Притежава амфотерни свойства - разтваря се както в киселини, така и в основи:

2Cr (OH) 3 + 3H2SO4 → Cr2 (SO4) 3 + 6H2O

Cr (OH) 3 + KOH → K

Хромов оксид (VI) CrO3 - яркочервени кристали, разтворими във вода.

Получава се от калиев хромат (или бихромат) и H2SO4 (конц.).

K2CrO4 + H2SO4 → CrO3 + K2SO4 + H2O

K2Cr2O7 + H2SO4 → 2CrO3 + K2SO4 + H2O

CrO3 - кисел оксид, с алкали образува жълти хромати CrO42-:

CrO3 + 2KOH → K2CrO4 + H2O

В кисела среда хроматите се превръщат в оранжеви дихромати Cr2O72-:

2K2CrO4 + H2SO4 → K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

В алкална среда тази реакция протича в обратна посока:

K2Cr2O7 + 2KOH → 2K2CrO4 + H2O

Всички съединения на хрома (VI) са силни окислители.

4CrO3 + 3S → 3SO2 + 2Cr2O3

медни.

Медта е в странична подгрупа от група I на Периодичната таблица. Структурата на електронните обвивки на атомите на елементите от тази подгрупа се изразява с формулата (n-1) d10ns1. На външното енергийно ниво на атома има един електрон, но при образуването на хим. на връзките могат да участват и електрони от d-поднивото на предпоследното ниво. Следователно, те могат да проявяват степени на окисление +1, +2, +3; за медта съединенията със степен на окисление +2 са най-стабилни.

Медта е мек пластичен метал с розово-червен цвят. Има висока електрическа проводимост.

Медта е химически неактивен метал. Реагира с кислород само при нагряване:

Не реагира с вода, алкални разтвори, солна и разредена сярна киселини. Медта се разтваря в киселини, които са силни окислители:

3Cu + 8HNO3 (разл.) = 3Cu (NO3) 2 + 2NO + 4H2O

Cu + 2H2SO4 (конц.) = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Във влажна атмосфера, съдържаща въглероден диоксид, медната повърхност обикновено е покрита със зеленикаво покритие от основен меден карбонат:

2Cu + O2 + CO2 + H2O = Cu (OH) 2 ∙ CuCO3

Медният (II) оксид CuO е черно вещество, може да се получи от прости вещества или чрез нагряване на меден (II) хидроксид:

Cu (OH) 2 = CuO + H2O

Медният (II) хидроксид е синьо съединение, слабо разтворимо във вода. Лесно се разтваря в киселини и при нагряване в концентрирани разтвори на основи, т.е. проявява свойствата на амфотерния хидроксид:

Cu (OH) 2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O

Cu (OH) 2 + 2KOH = K2

По-голямата част от произведената мед се използва в електрическата промишленост. В големи количества медта се използва за производството на сплави.

Цинк.

Цинкът е във вторична подгрупа на група II. Атомите на елементите от тази подгрупа имат следната електронна обвивка: (n-1) s2p6d10ns2. Те показват степен на окисление от +2 в съединенията.

Цинкът е сребристо бял метал. Има добра електрическа и топлопроводимост. Във въздуха цинкът е покрит със защитен филм от оксиди и хидроксиди, което отслабва металния му блясък.

Цинкът е химически активен метал. При нагряване лесно взаимодейства с неметали (сяра, хлор, кислород):

Разтваря се в разредени и концентрирани киселини HCl, H2SO4, HNO3 и във водни разтвори на основи:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

4Zn + 10HNO3 = 4Zn (NO3) 2+ NH4NO3 + 3H2O

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

Цинковият оксид е бяло вещество, практически неразтворимо във вода. Цинковият оксид и хидроксидът са амфотерни съединения; те реагират с киселини и основи:

ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O

ZnO + 2KOH + H2O = K2

Цинковият хидроксид се разтваря във воден разтвор на амоняк, образувайки сложно съединение:

Zn (OH) 2 + 6NH3 = (OH) 2

При получаване на цинк, неговите руди се изпичат:

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

ZnO + C = Zn + CO

За да се получи по-чист метал, цинковият оксид се разтваря в сярна киселина и се изолира чрез електролиза.

Цинкът се използва за производството на сплави. Продуктите от стомана и чугун са покрити с цинк, за да ги предпазят от корозия.

Концепцията за сплави.

Характерна особеност на металите е способността им да образуват сплави помежду си или с неметали. За да се получи сплав, смес от метали обикновено се стопява и след това се охлажда с различна скорост, която се определя от естеството на компонентите и промяната в естеството на тяхното взаимодействие в зависимост от температурата. Понякога сплавите се получават чрез синтероване на фини метални прахове, без да се прибягва до топене (прахова металургия). Така сплавите са продукти на химичното взаимодействие на металите.

Кристалната структура на сплавите в много отношения е подобна на чистите метали, които взаимодействат помежду си по време на топене и последваща кристализация, образуват: а) химични съединения, наречени интерметали; б) твърди разтвори; в) механична смес от кристали от компоненти.

Този или онзи тип взаимодействие се определя от съотношението на енергията на взаимодействие на различни и хомогенни частици от системата, тоест съотношението на енергиите на взаимодействие на атомите в чисти метали и сплави.

Използва се съвременна технология огромен бройсплави и в преобладаващата част от случаите те се състоят не от два, а от три, четири или повече метала. Интересно е, че свойствата на сплавите често се различават рязко от свойствата на отделните метали, от които са образувани. Така сплав, съдържаща 50% бисмут, 25% олово, 12,5% калай и 12,5% кадмий, се топи само при 60,5 градуса по Целзий, докато компонентите на сплавта имат съответните температури на топене от 271, 327, 232 и 321 градуса по Целзий. Твърдостта на калай бронз (90% мед и 10% калай) е три пъти по-голяма от чистата мед, а коефициентът на линейно разширение на желязото и никелови сплави е 10 пъти по-малък от този на чистите компоненти.

Някои примеси обаче влошават качеството на металите и сплавите. Известно е например, че чугунът (сплав от желязо и въглерод) няма здравината и твърдостта, които са характерни за стоманата. В допълнение към въглерода, свойствата на стоманата се влияят от добавянето на сяра и фосфор, което увеличава нейната крехкост.

Сред свойствата на сплавите най-важни за практическа употреба са устойчивост на топлина, устойчивост на корозия, механична якост и др. За авиацията от голямо значение са леките сплави на основата на магнезий, титан или алуминий, за металообработващата промишленост - специални сплави, съдържащи волфрам , кобалт, никел. В електронното инженерство се използват сплави, чийто основен компонент е медта. Свръхмощните магнити са получени с помощта на продуктите на взаимодействието на кобалт, самарий и други редкоземни елементи, сплави, които са свръхпроводими при ниски температури - на базата на интерметални съединения, образувани от ниобий с калай и др.

Дмитрий Менделеев успя да създаде уникална таблица с химични елементи, чието основно предимство беше периодичността. Металите и неметалите в периодичната таблица са подредени така, че техните свойства се променят периодично.

Периодичната таблица е съставена от Дмитрий Менделеев през втората половина на 19 век. Откритието не само направи възможно да се опрости работата на химиците, но и успя да комбинира в себе си, като в единна система, всички открити химикали, както и да предскаже бъдещи открития.

Създаването на тази структурирана система е безценно за науката и за човечеството като цяло. Именно това откритие даде тласък на развитието на цялата химия в продължение на много години.

Интересно да се знае! Има легенда, че учен е мечтал за готова система.

В интервю с един журналист ученият обясни, че е работил по него от 25 години и че е мечтал за това е съвсем естествено, но това не означава, че всички отговори са дошли насън.

Системата, създадена от Менделеев, е разделена на две части:

• периоди - колони хоризонтално в един или два реда (редове);
• групи - вертикални линии, в един ред.

Общо в системата има 7 периода, всеки следващ елемент се различава от предишния с голям брой електрони в ядрото, т.е. зарядът на ядрото на всеки десен индикатор е по-голям от левия един по един. Всеки период започва с метал и завършва с инертен газ - точно това е периодичността на таблицата, защото свойствата на съединенията се променят в рамките на един период и се повтарят в следващия. В същото време трябва да се помни, че периодите 1-3 са непълни или малки, в тях има само 2, 8 и 8 представители. В пълния период (т.е. останалите четири) има по 18 химически представители.

Групата съдържа химични съединения със същото най-високо, т.е. имат една и съща електронна структура. Общо системата съдържа 18 групи (пълна версия), всяка от които започва с алкален и завършва с инертен газ. Всички вещества, представени в системата, могат да бъдат разделени на две основни групи - метални или неметални.

За да се улесни търсенето, групите имат свои собствени имена, а металните свойства на веществата се засилват с всеки долен ред, т.е. колкото по-ниска е връзката, толкова повече атомни орбити ще има и толкова по-слаби са електронните връзки. Кристалната решетка също се променя – тя става ясно изразена в елементи с голям брой атомни орбити.

В химията се използват три вида таблици:

1. Кратко – актинидите и лантанидите са извадени от границите на основното поле, а 4 и всички следващи периоди заемат 2 реда.
2. Дълго - в него актинидите и лантанидите се изнасят извън границата на основното поле.
3. Изключително дълъг - всеки период заема точно 1 ред.

Основната е периодичната таблица, която беше приета и потвърдена официално, но за удобство често се използва кратката версия. Металите и неметалите в периодичната таблица са подредени според строги правила, които улесняват работата с нея.

Метали в периодичната таблица

В системата на Менделеев сплавите имат преобладаващ брой и списъкът им е много голям - започват с бор (B) и завършват с полоний (Po) (изключение правят германий (Ge) и антимон (Sb)). Тази група има характерни черти, те са разделени на групи, но техните свойства са разнородни. Техните характерни черти:

• пластмасов;
• електропроводимост;
• блясък;
• лесно връщане на електрони;
• пластичност;
• топлопроводимост;
• твърдост (с изключение на живак).

Поради различната химическа и физична същност, свойствата могат да се различават значително за двама представители на тази група, не всички от тях са подобни на типичните естествени сплави, например, живакът е течно вещество, но принадлежи към тази група.

В нормалното си състояние той е течен и без кристална решетка, която играе ключова роля в сплавите. Само химичните характеристики правят живака свързан с тази група елементи, въпреки конвенционалността на свойствата на тези органични съединения. Същото се отнася и за цезия – най-меката сплав, но той не може да съществува в природата в чист вид.

Някои елементи от този тип могат да съществуват само за част от секундата, а някои изобщо не се срещат в природата - те са създадени в изкуствени лабораторни условия. Всяка от групите метали в системата има свое име и характеристики, които ги отличават от другите групи.

В същото време техните различия са много значителни. В периодичната таблица всички метали са подредени според броя на електроните в ядрото, т.е. за увеличаване на атомната маса. Освен това те се характеризират с периодична промяна в характерните свойства. Поради това те не са поставени спретнато в масата, но може да са поставени неправилно.

В първата група алкали няма вещества, които биха се срещали в чист вид в природата – те могат да бъдат само в състава на различни съединения.

Как да различим метал от неметал?

Как да идентифицираме метала в съединението? Има прост начин за определяне, но за това трябва да имате линийка и периодична таблица. За да определите, имате нужда от:

1. Начертайте условна линия по ставите на елементите от Бор до Полоний (можете да отидете до Астат).
2. Всички материали, които ще бъдат отляво на линията и в страничните подгрупи, са метални.
3. Веществата вдясно са от различен тип.

Методът обаче има недостатък - не включва германий и антимон в групата и работи само в дълга таблица. Методът може да се използва като измамник, но за да определите точно веществото, трябва да запомните списъка на всички неметали. Колко са общо? Малко - само 22 вещества.

Във всеки случай, за да се определи естеството на дадено вещество, е необходимо да се разгледа отделно. Елементите ще бъдат лесни, ако знаете техните свойства. Важно е да запомните, че всички метали:

1. При стайна температура те са твърди, с изключение на живак. В същото време те блестят и провеждат добре електрически ток.
2. Те имат по-малък брой атоми на външното ниво на ядрото.
3. Те се състоят от кристална решетка (с изключение на живак), а всички останали елементи имат молекулярна или йонна структура.
4. В периодичната таблица всички неметали са червени, металите са черни и зелени.
5. Ако се движим отляво надясно в периода, тогава зарядът на ядрото на веществото ще се увеличи.
6. Някои вещества имат слаби свойства, но все пак имат характерни черти. Такива елементи принадлежат към полуметали, например полоний или антимон, обикновено се намират на границата на две групи.

Внимание!Системата винаги съдържа типични метали в долната лява част на блока и типични газове и течности в горната дясна част.

Важно е да запомните, че когато се движите в таблицата отгоре надолу, неметалните свойства на веществата стават по-силни, тъй като има елементи, които имат отдалечени външни обвивки. Тяхното ядро ​​е отделено от електроните и следователно те са по-малко привлечени.

Полезно видео

Нека обобщим

Ще бъде лесно да различите елементите, ако знаете основните принципи на формирането на периодичната таблица и свойствата на металите. Също така ще бъде полезно да запомните списъка с останалите 22 елемента. Но не трябва да забравяме, че всеки елемент в съединението трябва да се разглежда отделно, без да се вземат предвид връзките му с други вещества.

Във връзка с

Публикацията за метали по химия накратко ще ви разкаже много полезна информацияза тези химични елементи. Освен това съобщение за металите ще ви помогне да се подготвите за урока.

Доклад по химия "Метали"

Днес металите са широко разпространени в природата и се намират във водите на реки, морета, океани, езера, в недрата на земята, дори в телата на растения, животни и атмосфера.

Свойства на метала:

• Кристална плътна структура
• Метален блясък
• Електропроводимост
• Висока топлопроводимост
• Електрическата проводимост намалява с повишаване на температурата.
• Отдава електроните лесно
• Пластичност и ковкост
• Може да образува сплави

Металите и сплавите са разделени на 2 групи:

1. Черни метали и сплави

Сплавите включват стомана и чугун. В технологията се използват никел, хром, волфрам, кобалт, титан, молибден, ванадий и други метали. Получават се чрез легиране. Те имат висока якост, устойчивост на абразия, устойчивост на корозия.

2. Цветни метали и техните сплави

Наричат ​​се така, защото оцветяването им е разнообразно. Медта, например, медта е светлочервена, калайът, среброто, никелът е бял, златото е жълто, а оловото е синкаво бяло. Сплавите на цветни метали се използват широко в бижутата.

Често с цветни и черни метали се разграничават и благородни метали - злато, сребро, рутений и платина. Те не се окисляват на въздух и не се разлагат дори когато са изложени на алкали и киселини.

Химични свойства на металите

Основното химично свойство е способността на атомите лесно да се откажат от валентни електрони и да преминат в състояние на положително заредени йони. Типичните метали не свързват електрони - техните йони винаги са положителни. Следователно те се считат за мощни редуциращи агенти. И колкото по-лесно даден метал отдава електроните, толкова по-активен става и толкова по-енергично влиза в действие с други метали. Това химическо свойство е изследвано от руския учен Бекетов, който ги подрежда в низходящ ред на химическата активност, така наречените "редове на изместване". Възходящите метали образуват електрохимична серия от напрежения. Изглежда така: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg , Ag, Pd, Pt, Au.

Химични свойства на металите:

• Колкото по-нисък е електродният потенциал на метала, толкова по-висока е неговата редуцируемост.
• Металът може да измести от солевите разтвори метали, които са в поредицата от напрежения след него.
• Металите с отрицателен стандартен електроден потенциал могат да изместят от киселинни разтвори метали, които са вляво от водорода в поредицата от напрежения.
• Металите са електромеханични и химически активни.

Къде се използват метали?

Металите се използват в следните области:

• В строителната индустрия

Металите са основен строителен материал поради тяхната хомогенност, висока якост и непропускливост за газове и течности. Благодарение на възможността да променяте формулировката на сплавите, можете да промените и техните свойства.

• В електрическата индустрия

Металите са отлични проводници на електричество, особено алуминий и мед. Използват се за електрически нагревателни елементи и резистори като материал с повишено съпротивление.

• За производството на инструментални материали

За производството на работната част на инструментите се използват сплави и метали. Най-вече това са стомана, твърди сплави, диамант, керамика и борен нитрид.

Надяваме се, че докладът на тема "Метали" ви помогна да научите нова информация за тези химични елементи. И можете да добавите съобщение по химия на тема "Метали" чрез формата за коментари по-долу.