Які метали реагують із водою? Загальні хімічні властивості металів Охарактеризуйте фізичні та хімічні властивості металів

У хімічних реакціях метали виступають у ролі відновлювачіві підвищують ступінь окислення, перетворюючись із простих речовин на катіони.

Хімічні властивостіметалів різняться залежно від хімічної активності металу. За активністю у водних розчинах метали розташовані в низку напруг.

У цей ряд, складений російським хіміком М.М. Бекетовим, включений також неметал водень. Активність металів зменшується зліва направо:

Запам'ятати!Метали, що стоять в ЕХ ряду після водню, називають неактивними металами.

Метали, розташовані в ЕХ ряду до алюмініюназивають сильноактивними чи активними металами.

Загальні хімічні властивості металів

1) Багато металів вступають у реакцію з типовими неметалами– галогенами, киснем, сіркою. При цьому утворюються відповідно хлориди, оксиди, сульфіди та інші бінарні сполуки:

з азотом деякі метали утворюють нітриди, реакція практично завжди протікає під час нагрівання;

із сіркою метали утворюють сульфіди – солі сірководневої кислоти;

з воднем найактивніші метали утворюють іонні гідриди (бінарні сполуки, у яких водень має ступінь окиснення -1);

з киснем більшість металів утворює оксиди – амфотерні та основні. Основний продукт горіння натрію – пероксид $Na_2O_2$; а калій і цезій горять із заснуванням надпероксидів $MeO_2$.

2) Слід звернути увагу на особливості взаємодії металів з водою:

Активні метали, що знаходяться в ряду активності металів до Mg (включно), реагують з водою з утворенням лугів та водню:$Ca + 2H_2O = Ca(OH)_2 + H_2\uparrow$

Активні метали (наприклад, натрій та літій) взаємодіють з водою з вибухом.

Метали середньої активностіокислюються водою при нагріванні до оксиду:

$6Cr + 6H_2O \xrightarrow(t, ^\circ C) 2Cr_2O_3 + 3H_2\uparrow$

Неактивніметали (Au, Ag, Pt) – не реагують з водою.

$\hspace(1.5cm) \xrightarrow () MOH +H_2\uparrow$ активні метали (до Al)

$H_2O + M \xrightarrow () \hspace(1cm) \ne \hspace(1cm)$ неактивні метали (після Н)

Докладніше взаємодія металів із водою розглянуто у темах, присвячених хімії окремих груп.

3) З розведеними кислотамиреагують метали, що стоять в ЕХР до водню: відбувається реакція заміщення з утворенням солі та газоподібного водню. При цьому кислота виявляє окислювальні властивості за рахунок наявності катіону водню:

$\mathrm(Mg) + 2\mathrm(HCl) = \mathrm(MgCl)_2 + \mathrm(H)_2$

4) Взаємодія азотної кислоти(будь-якої концентрації) та концентрованої сірчаної кислотипротікає з утворенням інших продуктів: крім солі та водню у цих реакціях виділяється продукт відновлення сірчаної (або азотної) кислоти. Докладніше див. тему "Взаємодія азотної кислоти з металами та неметалами.

Запам'ятати!Усі метали, що стоять у ряду лівіше водню, витісняють його з розведених кислот, а метали, розташовані праворуч від водню, з розчинами кислот не реагують (азотна кислота – виняток).

5) Активність металів також впливає на можливість протікання простої речовини металу з оксидом або сіллю іншого металу. Метал витісняє з солей менш активні метали, що стоять правіше за нього в ряді напруг.

Запам'ятати!Для протікання реакції між металом і сіллю іншого потрібно, щоб солі, як вступають у реакцію, так і що утворюються в ході, були розчиняються у воді. Метал витісняє із солі лише слабший метал.

Наприклад, для витіснення міді з водного розчину сульфату міді підходить залізо,

$\mathrm(CuSO)_4 + \mathrm(Fe) = \mathrm(FeSO)_4 + \mathrm(Cu)$

але не підходять свинець - тому що він утворює нерозчинний сульфат. Якщо опустити шматочок свинцю в розчин сульфату міді, то з поверхні металу покриється тонким шаром сульфату і реакція припиниться

$\mathrm(CuSO)_4 + \mathrm(Pb) = \mathrm(PbSO)_4\downarrow + \mathrm(Cu)$

Інший приклад: цинк легко витісняє срібло із розчину нітрату срібла, проте реакція цинку із суспензією сульфіду срібла, нерозчинного у воді, практично не протікає.

Загальні хімічні властивості металів узагальнені у таблиці:

Атоми металів порівняно легко віддають валентні електрони та переходять у позитивно заряджені іони. Тож метали є відновниками. Метали взаємодіють із простими речовинами: Са + С12 - СаС12, Активні метали реагують із водою: 2Na + 2Н20 = 2NaOH + H2f. Метали, що стоять у ряді стандартних електродних потенціалів до водню, взаємодіють з розчинами розбавлених кислот (крім HN03) з виділенням водню: Zn + 2НС1 = ZnCl2 + H2f. Метали реагують з водними розчинами солей менш активних металів: Ni + CuS04 = NiS04 + Сі J. Метали реагують з кислотами-окислювачами: С. Способи одержання металів Сучасна металургія отримує понад 75 металів та численні сплави на їх основі. Залежно від способів отримання металів розрізняють пірогідро- та електрометалургію. ГГ) Пірометаллургія охоплює способи отримання металів із руд за допомогою реакцій відновлення, які проводяться при високих температурах. Як відновники застосовують вугілля, активні метали, оксид вуглецю (II), водень, метан. Cu20 + С - 2Сі + СО, t° Cu20 + СО - 2Cu + С02, t° Сг203 + 2А1 - 2Сг + А1203, (алюмотермія) t° TiCl2 + 2Mg - Ti + 2MgCl2, (магнійтермія) t° W+3H20. (водородотермія) |Ц Гідрометалургія - це одержання металів із розчинів їх солей. Наприклад, при обробці розведеної сірчаною кислотою мідної руди, що містить оксид міді (І), мідь переходить у розчин у вигляді сульфату: CuO + H2S04 = CuS04 + Н20. Потім мідь витягають із розчину або електролізом, або витісненням за допомогою порошку заліза: CuS04 + Fe = FeS04 + Сі. [З] Електрометалургія – це способи отримання металів з їх розплавлених оксидів або солей за допомогою електролізу: електроліз 2NaCl – 2Na + Cl2. Запитання та завдання для самостійного вирішення 1. Вкажіть становище металів у періодичній системі Д. І. Менделєєва. 2. Покажіть фізичні та хімічні властивості металів. 3. Поясніть причину спільності властивостей металів. 4. Покажіть зміну хімічної активності металів головних підгруп І та ІІ груп періодичної системи. 5. Яким чином змінюються металеві властивості у елементів ІІ та ІІІ періодів? Назвіть найтугоплавкіший і легкоплавкі метали. 7. Вкажіть, які метали зустрічаються в природі у самородному стані та які – лише у вигляді сполук. Чим це можна пояснити? 8. Яка природа сплавів? Як склад металу впливає його властивості. Покажіть на прикладах. Вкажіть найважливіші способи одержання металів із руд. 10l Назвіть різновиди пірометалургії. Які відновники використовують у кожному конкретному способі? Чому? 11. Назвіть метали, які одержують за допомогою гідрометалургії. У чому сутність та які переваги даного методуперед іншими? 12. Наведіть приклади одержання металів за допомогою електрометалургії. У якому разі використовують цей спосіб? 13. Якими є сучасні способи отримання металів високого ступеня чистоти? 14. Що таке «електродний потенціал»? Який із металів має найбільший і який – найменший електродні потенціали у водному розчині? 15. Охарактеризуйте низку стандартних електродних потенціалів? 16. Чи можна витіснити металеве залізо із водного розчину його сульфату за допомогою металевого цинку, нікелю, натрію? Чому? 17. Яким є принцип роботи гальванічних елементів? Які метали можуть у них використовуватися? 18. Які процеси належать до корозійних? Які види корозії вам відомі? 19. Що називається електрохімічною корозією? Які засоби захисту від неї вам відомі? 20. Як впливає корозію заліза його контакти з іншими металами? Який метал руйнуватиметься першим на пошкодженій поверхні лудженого, оцинкованого та нікельованого заліза? 21. Який процес називають електролізом? Напишіть реакції, що відображають процеси, що відбуваються на катоді та аноді при електролізі розплаву натрію хлориду, водних розчинів хлориду натрію, сульфату міді, сульфату натрію, сірчаної кислоти. 22. Яку роль грає матеріал електродів під час перебігу процесів електролізу? Наведіть приклади процесів електролізу, що протікають з розчинними та нерозчинними електродами. 23. Сплав, що йде на виготовлення мідних монет, містить 95 % міді. Визначте другий метал, що входить до сплаву, якщо при обробці однокопійкової монети надлишком соляної кислоти виділилося 62,2 мл водню (н. у.). алюміній. 24. Наважка карбіду металу масою 6 г спалена в кисні. При цьому утворилося 2,24 л оксиду вуглецю (IV) (н. у.). Визначте який метал входив до складу карбіду. 25. Покажіть, які продукти виділяються при електролізі водного розчину нікелю сульфату, якщо процес протікає: а) з вугільними; б) із нікелевими електродами? 26. При електролізі водного розчину мідного купоросуна аноді виділилося 2,8 л газу (н. у.). Який це газ? Що і в якій кількості виділилося на катоді? 27. Складіть схему електролізу водного розчину нітрату калію, що протікає на електродах. Чому дорівнює кількість пропущеної електрики, якщо на аноді виділилося 280 мл газу (н. у.)? Що і в якій кількості виділилося на катоді?

Перший матеріал, який навчилися використовувати люди для своїх потреб – це камінь. Однак пізніше, коли людині стало відомо про властивості металів, камінь відійшов далеко назад. Саме ці речовини та їх сплави стали найважливішим та головним матеріалом у руках людей. У тому числі виготовлялися предмети побуту, знаряддя праці, будувалися приміщення. Тому в цій статті ми розглянемо, що ж собою є метали, Загальна характеристика, властивості та застосування яких так актуально до сьогодні. Адже буквально одразу за кам'яним віком пішла ціла плеяда металевих: мідний, бронзовий та залізний.

Метали: загальна характеристика

Що ж поєднує всіх представників цих простих речовин? Звичайно, це будова їх кристалічних ґрат, типи хімічних зв'язків та особливості електронної будови атома. Адже звідси й характерні фізичні властивості, що лежать в основі використання цих матеріалів людиною.

Насамперед, розглянемо метали як хімічні елементи періодичної системи. У ній вони розташовуються досить вільно, займаючи 95 осередків з відомих на сьогоднішній день 115. Є кілька особливостей їх розташування в загальній системі:

• Утворюють головні підгрупи I та II груп, а також III, починаючи з алюмінію.
• Усі побічні підгрупи складаються лише з металів.
• Вони розташовуються нижче від умовної діагоналі від бору до астату.

Спираючись на такі дані, легко простежити, що неметали зібрані у верхній правій частині системи, а решта іншого простір належить аналізованим нами елементам.

Усі вони мають кілька особливостей електронної будови атома:

Загальна характеристика металів та неметалів дозволяє виявити закономірності у їх будові. Так, кристалічні грати перших - металеві, особливі. У вузлах її знаходяться відразу кілька типів частинок:

• іони;
• атоми;
• електрони.

Усередині накопичується загальна хмара, яка називається електронним газом, яка і пояснює всі фізичні властивості цих речовин. Тип хімічного зв'язку в металах однойменний із нею.

Фізичні властивості

Існує низка параметрів, які поєднують усі метали. Загальна характеристика їх за фізичними властивостями має такий вигляд.

Перелічені параметри - це і є загальна характеристика металів, тобто все те, що їх поєднує в велике сімейство. Проте слід розуміти, що з будь-якого правила є винятки. Тим більше, що елементів такого роду занадто багато. Тому всередині самого сімейства також є свої підрозділи на різні групи, які ми розглянемо нижче і котрим вкажемо характерні особливості.

Хімічні властивості

З погляду науки хімії, всі метали – це відновники. Причому дуже сильні. Чим менше електронів на зовнішньому рівні і чим більший атомний радіус, тим сильніший метал за вказаним параметром.

В результаті цього метали здатні реагувати з:

Це лише загальний огляд хімічних властивостей. Адже кожної групи елементів вони суто індивідуальні.

Лужноземельні метали

Загальна характеристика лужноземельних металів:

Таким чином, лужноземельні метали – це поширені елементи s-родини, що виявляють високу хімічну активність і є сильними відновниками та важливими учасниками біологічних процесів в організмі.

Лужні метали

Загальна характеристика починається з їхньої назви. Його вони отримали за здатність розчинятися у воді, формуючи луги – їдкі гідроксиди. Реакції з водою дуже бурхливі, іноді із запаленням. У вільному вигляді в природі дані речовини не зустрічаються, тому що їхня хімічна активність занадто висока. Вони реагують із повітрям, парами води, неметалами, кислотами, оксидами та солями, тобто практично з усім.

Це їх електронним будовою. На зовнішньому рівні лише один електрон, який вони легко віддають. Це найсильніші відновники, саме тому для їх отримання у чистому вигляді знадобився досить довгий час. Вперше це було зроблено Гемфрі Деві вже у XVIII столітті шляхом електролізу гідроксиду натрію. Наразі всіх представників цієї групи добувають саме таким методом.

Загальна характеристика лужних металів полягає ще й у тому, що вони становлять першу групу головної підгрупи періодичної системи. Всі вони - важливі елементи, що утворюють багато цінних природних сполук, що використовуються людиною.

Загальна характеристика металів d- та f-сімейств

До цієї групи елементів відносяться всі ті, ступінь окислення яких може змінюватись. Це означає, що в залежності від умов метал може виступати в ролі і окислювача, і відновника. Такі елементи мають велику здатність вступати в реакції. Серед них велика кількістьамфотерних речовин

Загальна назва всіх цих атомів – перехідні елементи. Вони отримали його за те, що за властивостями, що виявляються, дійсно стоять як би посередині, між типовими металами s-родини і неметалами р-родини.

Загальна характеристика перехідних металів має на увазі позначення подібних їх властивостей. Вони такі:

• велика кількість електронів на зовнішньому рівні;
• великий атомний радіус;
• кілька ступенів окиснення (від +3 до +7);
• знаходяться на d-або f-підрівні;
• утворюють 4-6 великих періодів системи.

Як прості речовини метали цієї групи дуже міцні, тягучі та ковкі, тому мають велике промислове значення.

Побічні підгрупи періодичної системи

Загальна характеристика металів побічних підгруп повністю збігається з такою у перехідних. І це не дивно, адже, по суті, це зовсім те саме. Просто побічні підгрупи системи утворені саме представниками d- та f-родин, тобто перехідними металами. Тому можна сказати, що дані поняття – синоніми.

Найактивніші та найважливіші з них – перший ряд із 10 представників від скандію до цинку. Всі вони мають важливе промислове значення і часто використовуються людиною, особливо для виплавки.

Сплави

Загальна характеристика металів та сплавів дозволяє зрозуміти, де і як можна використовувати ці речовини. Такі сполуки в останні десятки років зазнали великих перетворень, адже відкриваються і синтезуються нові добавки для поліпшення їх якості.

Найбільш відомими сплавами на сьогоднішній день є:

• латунь;
• дюраль;
• чавун;
• сталь;
• бронза;
• переможе;
• ніхром та інші.

Що таке метал? Це суміш металів, що отримується при плавці останніх у спеціальних пічних пристроях. Це робиться для того, щоб отримати продукт, що перевершує за властивостями чисті речовини, що його утворюють.

Порівняння властивостей металів та неметалів

Якщо говорити про загальних властивостях, то характеристика металів і неметалів буде відрізнятися одним дуже істотних пунктом: для останніх не можна виділити подібних характеристик, оскільки вони сильно відрізняються за властивостями як фізичним, так і хімічним.

Тому для неметалів створити подібну характеристику не можна. Можна лише окремо розглянути представників кожної групи та описати їх властивості.

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ

1 ) Активні (лужні та лужноземельні метали, Mg, Al, Zn та ін.)

2) Металисередньої активності (Fe, Cr, Mn та ін.);

3 )Малоактивні (Cu, Ag)

4) Шляхетні метали - Au, Pt, Pd та ін.

У реакціях – лише відновники. Атоми металів легко віддають електрони зовнішнього (а деякі - і передзовнішнього) електронного шару, перетворюючись на позитивні іони. Можливі ступені окислення Ме Найнижча 0,+1,+2,+3 Вища +4,+5,+6,+7,+8

1. ВЗАЄМОДІЯ З НЕМЕТАЛАМИ

1. З ВОДОРОДОМ

Реагують при нагріванні метали IA та IIA групи, крім берилію. Утворюються тверді нестійкі речовини гідриди, інші метали не реагують.

2K + H₂ = 2KH (гідрид калію)

Ca + H₂ = CaH₂

2.З КИСНЕМ

Реагують усі метали, окрім золота, платини. Реакція зі сріблом відбувається при високих температурах, але оксид срібла(II) практично не утворюється, оскільки він термічно нестійкий. Лужні метали за нормальних умов утворюють оксиди, пероксиди, надпероксиди (літій – оксид, натрій – пероксид, калій, цезій, рубідій – надпероксид

4Li + O2 = 2Li2O (оксид)

2Na + O2 = Na2O2 (пероксид)

K+O2=KO2 (надпероксид)

Інші метали головних подрупп за нормальних умов утворюють оксиди зі ступенем окислення, що дорівнює номеру групи 2Сa+O2=2СaO

2Сa+O2=2СaO

Метали побічних подруп утворюють оксиди при нормальних умовах і при нагріванні оксиди різного ступеняокислення, а залізо залізну окалину Fe3O4 (Fe⁺²O∙Fe2⁺³O3)

3Fe + 2O2 = Fe3O4

4Cu + O₂ = 2Cu₂⁺¹O (червоний) 2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O (чорний);

2Zn + O₂ = ZnO 4Cr + 3О2 = 2Cr2О3

3. З ГАЛОГЕНАМИ

галогеніди (фториди, хлориди, броміди, йодиди). Лужні за нормальних умов з F, Cl, Br займаються:

2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид)

Лужноземельні та алюміній реагують за нормальних умов:

Зa+Cl2=ЗaCl2

2Al+3Cl2 = 2AlCl3

Метали побічних підгруп при підвищених температурах

Cu + Cl₂ = Cu⁺²Cl₂ Zn + Cl₂ = ZnCl₂

2Fe + ЗС12 = 2Fe⁺³Cl3 хлорид заліза (+3) 2Cr + 3Br2 = 2Cr⁺³Br3

2Cu + I₂ = 2Cu⁺¹I(Не буває йодиду міді (+2)!)

4. ВЗАЄМОДІЯ З СІРОЮ

при нагріванні навіть у лужних металів, з ртуттю за нормальних умов. Реагують усі метали, крім золота та платини

зсірої – сульфіди: 2K + S = K2S 2Li+S = Li2S (сульфід)

Зa+S=ЗaS(сульфід) 2Al+3S = Al2S3 Cu + S = Cu⁺²S (чорний)

Zn + S = ZnS 2Cr + 3S = Cr2⁺³S3 Fe + S = Fe⁺²S

5. ВЗАЄМОДІЯ З ФОСФОРОМ І АЗОТОМ

протікає при нагріванні (виключення: літій з азотом за нормальних умов):

з фосфором – фосфіди: 3Ca + 2 P=Са3P2,

З азотом – нітриди 6Li + N2 = 3Li2N (нітрид літію) (н.у.) 3Mg + N2 = Mg3N2 (нітрид магнію) 2Al + N2 = 2A1N 2Cr + N2 = 2CrN 3Fe + N2 = Fe₃⁺²N₂

6. ВЗАЄМОДІЯ З ВУГЛЕРОДОМ І КРЕМНІЄМ

протікає при нагріванні:

З вуглецем утворюються карбіди З вуглецем реагують лише найактивніші метали. З лужних металів карбіди утворюють літій та натрій, калій, рубідій, цезій не взаємодіють з вуглецем:

2Li + 2C = Li2C2, Са + 2С = СаС2

Метали – d-елементи утворюють із вуглецем сполуки нестехіометричного складу типу твердих розчинів: WC, ZnC, TiC – використовуються для отримання надтвердих сталей.

з кремнієм – силіциди: 4Cs + Si = Cs4Si,

7. ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ З ВОДОЮ:

З водою реагують метали, що стоять до водню в електрохімічному ряді напруг. .

2Na + 2HOH = 2NaOH + H2
Зa + 2HOH = Ca(OH)2 + H2

2Аl + 6Н2O = 2Аl(ОН)3 + ЗН2

Інші метали реагують з водою тільки в розжареному стані, утворюючи оксиди (залізо – залізну окалину)

Zn + Н2O = ZnO + H2 3Fe + 4HOH = Fe3O4 + 4H2 2Cr + 3H₂O = Cr₂O₃ + 3H₂

8 З КИСНЕМ І ВОДОЮ

На повітрі залізо та хром легко окислюється у присутності вологи (іржавіння)

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

4Cr + 3O2 + 6H2O = 4Cr(OH)3

9. ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ З ОКСИДАМИ

Метали (Al, Mg, Са), відновлюють при високій температурі неметали або менш активні метали з їх оксидів → неметал або малоактивний метал і оксид (кальційтермія, магнійтермія, алюмінотермія)

2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3 ЗСа + Cr₂O₃ = ЗСаО + 2Cr (800 °C) 8Al+3Fe3O4 = 4Al2O3+9Fe (терміт) 2Mg + CО2 = 2MgO + С + 2NO = 2CuO + N2 3Zn + SО2 = ZnS + 2ZnO

10. З ОКСИДАМИ

Метали залізо та хром реагують з оксидами, зменшуючи ступінь окислення

Cr + Cr2⁺³O3 = 3Cr⁺²O Fe+ Fe2⁺³O3 = 3Fe⁺²O

11. ВЗАЄМОДІЯ МЕТАЛІВ ІЗ лугами

З лугами взаємодіють тільки ті метали, оксиди і гідроксиди яких мають амфотерні властивості ((Zn, Al, Cr(III), Fe(III) та ін.) Розплав → сіль металу + водень.

2NaOH + Zn → Na2ZnO2 + H2 (цинкат натрію)

2Al + 2(NaOH · H2O) = 2NaAlO2 + 3H2
РОЗЧИН → комплексна сіль металу + водень.

2NaOH + Zn0 + 2H2O = Na2 + H2 (тетрагідроксоцінкат натрію) 2Al+2NaOH + 6H2O = 2Na+3H2

12. ВЗАЄМОДІЯ З КИСЛОТАМИ (крім HNO3 і Н2SО4 (конц.)

Метали, що стоять в електрохімічному ряду напруг металів лівіше за водень, витісняють його з розведених кислот → сіль і водень

Запам'ятай! Азотна кислота ніколи не виділяє водень під час взаємодії з металами.

Мg + 2НС1 = МgСl2 + Н2
Al + 2НС1 = Al⁺³Сl₃ + Н2

13. РЕАКЦІЇ З СОЛЯМИ

Активні метали витісняють із солей менш активні. Відновлення з розчинів:

CuSO4 + Zn = Zn SO4 + Cu

FeSO4 + Cu =РЕАКЦІЇНІ

Mg + CuCl2(pp) = MgCl2 +Зu

Відновлення металів із розплавів їх солей

3Na+ AlCl₃ = 3NaCl + Al

TiCl2 + 2Mg = MgCl2 + Ti

Метали груп реагують з солями, знижуючи ступінь окислення

2Fe⁺³Cl3 + Fe = 3Fe⁺²Cl2

Відновлювальні властивості- це основні хімічні характеристики, характерні всім металів. Вони проявляються у взаємодії з найрізноманітнішими окислювачами, у тому числі з окислювачами з довкілля. Загалом взаємодія металу з окислювачами можна виразити схемою:

Ме + Окислювач" Me(+Х),

Де (+Х) – це позитивний ступінь окислення Ме.

Приклади окиснення металів.

Fe + O 2 → Fe(+3) 4Fe + 3O 2 = 2 Fe 2 O 3

Ti + I 2 → Ti(+4) Ti + 2I 2 = TiI 4

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